rancang bangun sistem monitoring kualitas udara …repository.ub.ac.id/3276/1/lukman gumelar.pdf ·...

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING KUALITAS UDARA

BERBASIS KOMUNIKASI NIRKABEL

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar sarjana teknik

LUKMAN GUMELAR

NIM.13506030111081

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

LEMBAR PENGESAHAN

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING KUALITAS UDARA

BERBASIS KOMUNIKASI NIRKABEL

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar sarjana teknik

LUKMAN GUMELAR

NIM. 135060301111081

Skripsi ini telah direvisi dan disetujui oleh dosen pembimbing

Pada tanggal 10 Agustus 2017

Dosen Pembimbing I

Raden Arief Setyawan, S.T., M.T

NIP. 19750819 199903 1 001

Dosen Pembimbing II

Dr.Eng. Panca Mudjirahardjo, S.T., M.T

NIP. 19700329 200012 1 001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D

NIP. 19741203 200012 1 001

JUDUL SKRIPSI :

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING KUALITAS UDARA BERBASIS

KOMUNIKASI NIRKABEL.

Nama Mahasiswa : Lukman Gumelar

NIM : 135060301111081

Program Studi : Teknik Elektro

Konsentrasi : Teknik Elektronika

KOMISI PEMBIMBING :

Ketua : Raden Arief Setyawan, S.T.,M.T ………………………

Anggota : Dr.Eng. Panca Mudjirahardjo, S.T.,M.T ……………………….

TIM DOSES PENGUJI :

Dosen Penguji 1 : Dr. Ir. Ponco Siswindarto, M.Eng,Sc. ………………………..

Dosen Penguji 2 : Dr.Ir. M. Aswin, M.T ………………………..

Dosen Penguji 3 : Eka Maulana, S.T.,M.T., M.Eng ………………………..

Tanggal Ujian :02 Agustus 2017

SK Penguji :No. 980/UN10.F07/SK/2017

Teriring Ucapan Terima Kasih kepada: Ayahanda dan Ibunda tercinta

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penulusuran berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang

diteliti dan diulas didalam Naskah Skripsi adalah asli dari pemikiran saya, tidak terdapat

karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik

disuatu perguruan tinggi dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan

dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dibuktikan terdapat unsur-unsur jiplakan,

saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai peraturan perundang-undangan yang

berlaku (UU No.20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Mahasiswa,

Lukman Gumelar

NIM. 135060301111081

Materai 6000

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Curriculum Vitae

I. Data Pribadi

1. Nama : Lukman Gumelar

2. Tempat dan Tanggal Lahi : Nganjuk, 20 April 1995

3. Jenis Kelamin : Laki-laki

4. Agama : Islam

5. Status Pernikahan : Belum Menikah

6. Warga Negara : Indonesia

7. Alamat KTP : Pondok Wage Indah 1 Blok B-7, Taman,

Sidoarjo

8. Alamat Sekarang : Jl MT Haryono Gg Brawijaya 5

9. Nomor Telepon / HP :081217693227

10. e-mail :[email protected]

11. Kode Pos :61257

II. Pendidikan Formal :

Periode

(Tahun)

Sekolah / Institusi /

Universitas

Jurusan Jenjang

Pendidikan

IPK /

UAN/

RAPOR 2001 - 2007 SDN Wage II - SD - 2007 - 2010 SMPN 1 Taman - SMP - 2010 - 2013 SMAS Al-Falah

Ketintang Surabaya

IPA SMA -

2013 - 2017 Universitas

brawijaya

Teknik elektro S1 3.39

Demikian CV ini saya buat dengan sebenarnya.

Malang 15 Agustus 2017

Lukman Gumelar

135060301111081

RINGKASAN

Lukman Gumelar, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juli

2017, Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Udara Berbasis Komunikasi Nirkabel,

Dosen Pembimbing : Raden Arief Setyawan dan Panca Mudjirahardjo

Polusi udara ditimbulkan dari hasil pembakaran yang tidak sempurna, yang mana

proses pembakaran tersebut menghasilkan gas-gas berbahaya diantaranya yang paling

banyak kita sering temukan adalah gas CO (karbon monoksida) dan gas NOx (Nitrogen

monoksida, Nitrogen dioksida, dan lain-lain. Dampak yang ditimbulkan pencemaran udara

ternyata sangat merugikan manusia sebagai makhluk omnivora yang sangat tergantung

pada jalur makanan tetapi berada pula dalam daur pencemaran tersebut. Berbagai jenis

penyakit yang dapat ditimbulkan pada manusia dari pencemar udara di atas seperti; infeksi

saluran pernafasan atas, paru-paru jadi rusak, hipertensi, jantung, kanker dan lain

sebagainya. Maka perlu adanya sebuah alat yang dapat memantau kondisi kualitas udara

yang meliputi gas karbon monoksida, gas nitrogen dioksida, gas sulfur dioksida, gas ozon,

dan partikul debu(PM10) yang sesuai dengan ISPU(Indeks Standart Pencemaran Udara).

Alat ini menggunakan sensor gas CO, gas NO2, gas O3, gas SO2, dan partikel debu yang

data dari pembacaan masing-masing sensor akan dikirimkan ke node sink melalui

komunikasi nirkabel yang nantinya akan dipantau melalui layanan web thingspeak.com

dari hanphone, PC, dan lain-lain secara langsung. Komunikasi nirkabel antara node sensor

dan node sink paling baik adalah sejauh 150 meter karena tidak ada data error yang

diterima oleh node sink saat menerima data dari node sensor. Alat ini akan mengalami

mode tidur selama 5 menit secara periodik agar menghemat daya pengunaan baterai.

Kata Kunci : Pencemaran Udara, Monitoring, Komunikasi Nirkabel.

SUMMARY

Lukman Gumelar, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering

Brawijaya University, July 2017, Design of Air Quality Monitoring System Based on

Wireless Communication, Academic Supervisor: Raden Arief Setyawan and Panca

Mudjirahardjo.

Air pollution is caused by incomplete combustion, which the combustion process

produces harmful gases among which we often find are CO (carbon monoxide) and NOx

(Nitrogen monoxide, Nitrogen dioxide, etc.) Impact Caused by air pollution is very harmful

to humans as omnivorous creatures that are very dependent on the path of food but are

also in the pollution cycle. A variety of diseases that can be inflicted on humans from the

above air pollutants such as upper respiratory tract infections, the lungs become damaged,

Hypertension, heart, cancer, etc. It is necessary to have a device that can monitor the air

quality conditions including carbon monoxide gas, nitrogen dioxide gas, sulfur dioxide

gas, ozone gas and dust particles (PM10) in accordance with ISPU (Index Standard Air

Pollution) This appliance uses gas sensor CO, NO2 gas, O3 gas, SO2 gas, and part Dust

particles that data from the readings of each sensor will be sent to the sink node through

wireless communication which will be monitored via web thingspeak.com form phone, PC,

and others directly. The wireless communication between the sensor node and the receiver

node is at best 150 meters as there is no error data received by the receiver node when

receiving data from the sensor node. This tool will experience sleep mode for 5 minutes

periodically in order to save the power usage battery.

Key words- air polutan, monitoring, wireless communication

PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya dan perkenan-Nya

penulis dapat meyelesaikan penulisan skripsi ini.

Karya ini tidak mungkin selesai tanpa restu dan dukungan dari berbagai pihak.

Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih sedalam-dalamnya yang tidak terhingga

kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Bapak Sunarto dan Ibu Hindun Supartiyah atas

pengorbanan, motivasi dan doa restunya sehingga penulis dapat menuntut ilmu

sampai jenjang sarjana. Serta, kakak penulis Lintang Nur Ramadhani atas segala

doa, semangat, dukungan, dan motivasi dalam mengayomi penulis hingga saat ini.

2. Bapak M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universtias Brawijaya.

3. Bapak Hadi Suyono, S.T., M.T., Ph.D selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro

Universtias Brawijaya.

4. Bapak Ali Mustofa, S.T., M.T., selaku ketua Program Studi Sarjana Teknik

Elektro Universtias Brawijaya.

5. Ibu Ir. Nurussa’adah, M.T. selaku Ketua Kelompok Dosen Keahlian Elektronika

Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya yang selalu memberi semangat dan

motivasi untuk cepat menyelesaikan skripsi.

6. Bapak Raden Arief Setyawan, S.T., M.T. dan Bapak Dr.Eng. Panca Mudjirahardjo,

S.T., M.T., sebagai pembimbing pertama dan sebagai pembimbing kedua, ditengah

kesibukan beliau berdua selalu memberikan waktu untuk diskusi dengan tulus,

sabar memberikan masukan yang sungguh berharga.

7. Ibu Dr. Rini Nur Hassanah, S.T., M.Sc. sebagai dosen penasihat akademik yang

telah memberikan pengarahan perihal akademik selama masa studi.

8. Para Dosen Pengajar Program Studi Teknik Elektro Universitas Brawijaya, yang

tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah memberikan bekal ilmu pada

penulis dalam menyelesaikan studi.

9. Teman-teman seperjuangan dalam pengerjaan skripsi Asrori, Arsyil, Fatah dan Ari

atas segala dukungan dan bantuan dalam pengerjaan skripsi.

10. Teman-teman Al-Hadid 2013 yang telah memberikan doa, semangat, dan motivasi

untuk segera menyelesaikan skripsi.

11. Saudara dan teman-teman FORSITEK yang telah banyak memberikan ilmu agama

dan ilmu berorganisasi.

12. Seluruh Saudara Unitas Akademik RKIM yang telah banyak memberikan

pengalaman berorganisasi dan ilmu tentang membuat karya tulis yang baik.

13. Teman-teman Pesantren Mahasiswa Al-Ghifari yang berjasa dalam memberikan

pergaulan yang baik dan benar sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

14. Teman-teman konsentrasi Elektronika 2013 dan elektro angkatan 2013

“SPECTRUM” atas segala dukungan dalam pembuatan skripsi.

.

Sekiranya Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang turut embantu skripsi ini

terselesaikan. Akhirnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna,

namun semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Amin, Terima kasih.

Malang, Juli 2017

Penulis

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ........................................................................................................................... i

DAFTAR TABEL ................................................................................................................. iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. v

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................................ vii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................................................ 3

1.4 Tujuan ........................................................................................................................................ 3

1.5 Manfaat ...................................................................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................... 5

2.1 Komunikasi Nirkabel ................................................................................................................ 5

2.2 Sensor MQ-07 ........................................................................................................................... 6

2.3 Sensor MQ-135 ......................................................................................................................... 7

2.4 Sensor MQ-131 ......................................................................................................................... 8

2.5 Sensor MQ-136 ......................................................................................................................... 9

2.6 Sensor Dush Sharp GP2Y101AUF ......................................................................................... 10

2.7 Mikrokontroller ....................................................................................................................... 11

2.7.1 Mikrokontroller Arduino Nano ......................................................................................... 12

2.7.2 Arduino UNO ................................................................................................................... 12

2.8 RTC DS3231 .......................................................................................................................... 14

2.9 I2C (Integrated Integrated Circuit) ......................................................................................... 15

2.10 nRF 24l01+ ............................................................................................................................ 17

2.11 SPI (Serial Peripheral Interface) .......................................................................................... 18

2.12 ESP 8266 ............................................................................................................................... 19

2.13 Layanan Web Thingspeak .................................................................................................... 20

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................................................... 23

3.1 Spesifikasi Alat ....................................................................................................................... 23

3.2 Perancangan Alat ..................................................................................................................... 23

3.2.1 Diagram Blok Perancangan Alat ...................................................................................... 24

3.2.2 Prinsip Kerja Sistem ......................................................................................................... 24

3.2.3.Perancangan Perangkat Keras ........................................................................................... 26

3.2.3.1 Perancangan Perangkat Keras node sensor ................................................................ 26

1. Sensor MQ-07 ................................................................................................................ 27

2. Sensor MQ-135 .............................................................................................................. 27

3. Sensor MQ-131 .............................................................................................................. 27

4.Sensor MQ-136 ............................................................................................................... 27

5. Sensor Dush Sharp GP2Y101AUF................................................................................. 27

6. Arduino Nano ................................................................................................................. 28

7. RTC(Real Time Clock) DS3231 ..................................................................................... 28

8. nRF 24l01+ ..................................................................................................................... 28

3.2.3.2 Perancangan Perangkat Keras Node Sink ................................................................... 28

1. Arduino uno .................................................................................................................... 29

2. RTC(Real Time Clock) DS3231 .................................................................................... 29

3. nRF 24l01+ ..................................................................................................................... 29

4. ESP-8266 ........................................................................................................................ 29

3.2.4 Perancangan Perangkat Lunak ......................................................................................... 30

3.3 Pengujian Sistem ..................................................................................................................... 32

1. Pengujian Sensor ............................................................................................................ 32

2. Pengujian nRF 24L01+................................................................................................... 32

3. Pengujian RTC ............................................................................................................... 32

4. Pengujian ESP-8266 ....................................................................................................... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 35

4.1 Pengujian Sensor ..................................................................................................................... 35

4.1.1 Tujuan ............................................................................................................................... 35

4.1.2 Alat Yang Digunakan ....................................................................................................... 35

4.1.3 Prosedur Pengujian ........................................................................................................... 36

4.1.4 Hasil Pengujian dan Analisa ............................................................................................. 36

4.2 Pengujian nRF24l01+ .............................................................................................................. 40

4.2.1 Tujuan ............................................................................................................................... 40

4.2.2 Alat Yang Digunakan ....................................................................................................... 41



4.3 Pengujian RTC ........................................................................................................................ 46

4.3.1 Tujuan ............................................................................................................................... 46

4.3.2 Alat yang Digunakan ........................................................................................................ 46

4.3.3 prosedur Pengujian .......................................................................................................... 46


4.4 Pengujian ESP 8266 ................................................................................................................ 48

4.4.1 Tujuan ............................................................................................................................... 48




4.5 Pengujian Keseluruhan ............................................................................................................ 51

4.5.1 Tujuan ............................................................................................................................... 51


4.5.3 Prosedur Percobaan .......................................................................................................... 51

4.5.4 Hasil Pengujian ................................................................................................................. 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 57

5.1 Kesimpulan .............................................................................................................................. 57

5.2 Saran ........................................................................................................................................ 57

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 59

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik Arduino Nano................................................................................. 12

Tabel 4.1 Hasil Uji Sensor Saat Udara Tanpa Polutan ........................................................ 37

Tabel 4.2 Hasil Uji Sensor Saat Udara Berpolutan .............................................................. 37

Tabel 4.3 Hasil Uji Daya Tangkap Sensor MQ-07 .............................................................. 38

Tabel 4.4 Hasil Uji Daya Tangkap Sensor MQ-135 ............................................................ 39

Tabel 4.5 Hasil Uji Daya Tangkap Sensor MQ-136 ............................................................ 40

Tabel 4.6 Hasil uji jarak nRF24l01+ ................................................................................... 45

Tabel 4.7 Hasil Uji RTC ...................................................................................................... 47

Tabel 4.8 Hasil Uji Daya Saat Mode tidur ........................................................................... 47

Tabel 4.9 Hasil Uji Daya Saat Mode Bangun ...................................................................... 48

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

Gambar 2.1 Bentuk Fisik dan konfigurasi pin Sensor MQ-07 .............................................. 6

Gambar 2.2 Karakteristik sensitifitas sensor MQ -07 ............................................................ 6

Gambar 2.3 Konfigurasi sensor Gas MQ-135 ....................................................................... 7

Gambar 2.4 Grafik resistansi sensor ...................................................................................... 7

Gambar 2.5 Struktur dan konfigurasi MQ-131 ...................................................................... 8

Gambar 2.6 Nilai resistansi sensor MQ-131 ......................................................................... 9

Gambar 2.7 Konfigurasi sensor MQ-136............................................................................... 9

Gambar 2.8 Karakteristik sensitivitas sensor MQ-136 ........................................................ 10

Gambar 2.9 Gambar fisik sensor Dush Sharp GP2Y101AU0F ........................................... 11

Gambar 2.10 Grafik tegangan keluaran terhadap kerapatan debu. ...................................... 11

Gambar 2.11 Arduino Nano board ...................................................................................... 12

Gambar 2.12 Arduino UNO ................................................................................................. 13

Gambar 2.13 RTC DS 3231 ................................................................................................. 15

Gambar 2.14 Kondisi sinyal start stop ................................................................................. 16

Gambar 2.15 Kondisi sinyal ACK dan NACK .................................................................... 16

Gambar 2.16 Kondisi data pada I2C bus ............................................................................. 17

Gambar 2.17 Modul nRF 24l01+ ......................................................................................... 18

Gambar 2.18 Diagram blok antarmuka SPI master slave .................................................... 18

Gambar 2.19 Bentuk fisis modul wi-fi ESP-8266 ............................................................... 20

Gambar 2.20 Pemetaan pin ESP8266 ................................................................................. 20

Gambar 2.21 Tampilan layanan web Thingspeak.com ........................................................ 21

Gambar 3.1 Diagram blok sistem ........................................................................................ 24

Gambar 3.2 Diagram alir node sensor ................................................................................. 25

Gambar 3.3 Diagram alir node sink ..................................................................................... 25

Gambar 3.4 Gambar skematik node sensor ......................................................................... 26

Gambar 3.5 Gambar board node sensor. ............................................................................. 27

Gambar 3.6 Gambar skematik node sink. ............................................................................ 28

Gambar 3.7 Gambar board node sink .................................................................................. 29

Gambar 3.8 Diagram alir perancangan perangkat lunak ................................................... 30

Gambar 4.1 Diagram blok pengujian sensor........................................................................ 36

Gambar 4.2 Nilai ADC sensor MQ-07 ................................................................................ 38

Gambar 4.3 Nilai ADC MQ-135 ......................................................................................... 39

Gambar 4.4 Nilai ADC MQ-136 ........................................................................................ 40

Gambar 4.5 Diagram blok pengujian nRF24l0+ ................................................................ 41

Gambar 4.6 Hasil uji nRF24l01+ jarak 100 meter .............................................................. 43

Gambar 4.7 Hasil uji nRF24l01+ jarak 150 meter ............................................................... 43

Gambar 4.8 Hasil uji nRF24l01+ jarak 200 Meter .............................................................. 44

Gambar 4.9 Hasil uji nRF24l01+ jarak 250 Meter ............................................................. 44

Gambar 4.10 Hasil uji nRF24l01+ jarak 300 Meter ........................................................... 45

Gambar 4.11 Diagram blok pengujian RTC ........................................................................ 46

Gambar 4.12 Diagram blok pengujian perintah AT-command ........................................... 49

Gambar 4.13 Diagram blok pengujian pengiriman data ke layanan web Thingspeak.com 49

Gambar 4.14 Uji Perintah AT command ............................................................................. 50

Gambar 4.15 Uji ESP-8266 untuk menampilkan data di layanan web Thingspeak.com .... 50

Gambar 4.16 Diagram blok pengujian keseluruhan sistem ................................................. 52

Gambar 4.17 Tampilan konsentrasi gas CO pada layanan web Thingspeak.com ............... 52

Gambar 4.18 Tampilan konsentrasi gas NO2 pada layanan web Thingspeak.com ............. 53

Gambar 4.19 Tampilan konsentrasi gas O3 pada layanan web Thingspeak.com ................ 53

Gambar 4.20 Tampilan konsentrasi gas SO2 pada layanan web Thingspeak.com .............. 54

Gambar 4.21 Tampilan partikel debu(PM10) pada layanan web Thingspeak.com ............ 54

Gambar 4.22 Tampilan pada layanan web Thingspeak.com saat node sink tidak menerima

data dari node sensor. ........................................................................................................... 55

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Polusi udara ditimbulkan dari hasil pembakaran yang tidak sempurna, yang mana

proses pembakaran tersebut menghasilkan gas-gas berbahaya diantaranya yang paling

banyak kita sering temukan adalah gas CO (karbon monoksida) dan gas NOx (Nitrogen

monoksida, Nitrogen dioksida, dan lain-lain). Sangat sulit memang untuk menekan tingkat

produksi kedua jenis gas tersebut. Hal ini dikarenakan karena kedua jenis gas ini dihasilkan

dari bahan bakar yang saat ini pemakaiannya mencakup sangat luas. Polusi udara akhir-

akhir ini merupakan masalah yang banyak meresahkan masyarakat. Dampak dari polusi

udara ini sangat berbahaya bagi kesehatan. Berbagai upaya dilakukan pemerintah untuk

menanggulangi masalah ini. (Azhary, 2013)

Aktivitas transportasi khususnya kendaraan bermotor merupakan sumber utama

pencemaran udara di daerah perkotaan. Transportasi darat memberikan kontribusi yang

signifikan terhadap setengah dari total emisi SPM10, untuk sebagian besar timbal, CO,

HC, dan NOx di daerah perkotaan, dengan konsentrasi utama terdapat di daerah lalu lintas

yang padat, dimana tingkat pencemaran udara sudah dan/atau hampir melampaui standar

kualitas udara ambient. Sejalan dengan itu pertumbuhan pada sektor transportasi,yang

diproyeksikan sekitar 6-8% per tahun, pada kenyataannya tahun 1999 pertumbuhan jumlah

kendaraan di kota besar hampir mencapai 15 % per tahun. Pada tahun 2020 setengah dari

jumlah penduduk Indonesia akan menghadapi permasalahan pencemaran udara perkotaan,

yang didominasi oleh emisi dari kendaraan bermotor.

Hasil uji emisi gas buang kendaraan bermotor tahun 2001 yang dilakukan di kota

Bandung oleh Badan Pengelola Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) dari jumlah

kendaraan sebanyak 1468 buah yang berbahan bakar bensin dan solar, adalah sebagai

berikut :

• Yang berbahan bakar bensin sekitar 56% melampaui Baku Mutu yang ditetapkan

2

• Yang berbahan bakar solar sekitar 90% tidak memenuhi Baku Mutu yang ditetapkan

Perkiraan hasil studi Bank Dunia tahun 1994 ( Indonesia Environment and

Development) menunjukkan bahwa kendaraan di Jakarta (diperkirakan kondisi yang sama

terjadi pada kota-kota besar lainnya) memberikan kontribusi timbal 100%, SPM10 42%,

hidrokarbon 89%, nitrogen oksida 64% dan hampir seluruh karbon monoksida.

(Kusminingrum &Gunawan 2013)

Dampak yang ditimbulkan pencemaran udara ternyata sangat merugikan manusia

sebagai makhluk omnivora yang sangat tergantung pada jalur makanan tetapi berada pula

dalam daur pencemaran tersebut. Berbagai jenis penyakit yang dapat ditimbulkan pada

manusia dari pencemar udara di atas seperti; infeksi saluran pernafasan atas, paru-paru jadi

rusak, hipertensi, jantung, kanker dan lain sebagainya.(Sugiarti, 2016).

Pengamatan terhadap kualitas udara dapat diukur berdasarkan Indeks Standar

Pencemaran Udara (ISPU), apakah konsentrasinya lebih tinggi atau lebih rendah dari

ISPU. Terdapat lima parameter pencemaran udara yang digunakan untuk pengamatan

berdasarkan ISPU, yaitu karbon monoksida (CO), ozon permukaan (O3), partikel debu

PM10, nitrogen dioksida (NO2), dan sulfur dioksida (SO2).(Santi&Nurjani 2012).

Untuk mengetahui apakah layak atau tidak udara yang tersebut untuk dihirup oleh

manusia, maka dibutuhkan sebuah alat yang dapat memantau tingkat kualitas udara,

dengan memanfaatkan kemajuan teknologi, sistem monitoring kualitas udara ini dapat

dipantau melalui PC, HandPhone dan lain-lain yang terhubung dengan jaringan internet.

Alat ini menggunakan mikrokontroller Arduino Nano sebagai unit pusat kendali pada node

sensor, Arduino Uno sebagai unit pusat kendali pada node sink, sensor MQ-7 digunakan

sebagai detektor gas CO (karbon monoksida), sensor MQ-135 sebagai detektor nitrogen

dioksida, MQ-131 sebagai detektor ozon, MQ-136 sebagai detector gas sulfur dioksida,

sensor debu sharp GP2Y101AUF sebagai detector partikulat debu(PM10), dan modul NRF

24l01+ yang digunakan untuk komunikasi antara node sensor dengan node sink tanpa

menggunakan kabel, serta layanan web thingspeak.com yang digunakan untuk memantau

keadaan kualitas udara di lingkungan tersebut dalam bentuk grafik.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan dapat disusun rumusan masalah

sbagai berikut :

1. Bagaimana merancang dan membuat sistem untuk monitoring kualitas udara berbasis

Kominikasi nirkabel ?

3

2.Bagaimana pembacaan sensor MQ-07, MQ-135, MQ-136, MQ-131, dan Sharp

GP2Y101AUF terhapap gas CO, NO2, SO2, O3, dan PM10?

3. Bagaimana jarak komunikasi nirkabel antar node sensor dan node sink?

1.3 Batasan Masalah

Dengan mengacu pada permasalahan yang telah dirumuskan, maka hal-hal yang

berkaitan dengan sistem akan diberikan batasan sebagai berikut

1. Deteksi kualitas udara meliputi gas karbon monoksida, nitrogen dioksida, Ozon,

sulfur dioksida dan partikulat debu.

2. Catu daya menggunakan powerbank dengan tegangan keluaran sebesar 5V dan arus

keluaran sebesar 2A untuk node sensor sedangkan untuk node sink tegangan

keluaran sebesar 5V dan arus keluaran sebesar 1A.

3. Jumlah node sensor yang digunakan hanya satu node.

4. Mikrokontroller yang digunakan adalah arduino nano untuk node sensor dan

arduino uno untuk node sink.

5. Modul wireless yang digunakan adalah nRF 24l01+.

6. Modul RTC yang digunakan adalah RTC DS3231

7. Modul Wi-Fi yang digunakan adalah ESP-8266.

8. Web yang digunakan adalah layanan web Thingspeak.com

1.4 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang bangun sistem monitoring kualitas udara

berbasis komunikasi nirkabel yang dapat memonitoring kualitas udara secara realtime

melalui perangkat mobile, PC, dan lain-lain.

1.5 Manfaat

Pemecahan masalah pada skripsi ini akan memberikan manfaat sebagai berikut :

1. Untuk kepentingan ilmiah, skripsi ini diharapkan dapat menjadi bahan hasil

penelitian bagi mahasiswa dalam menggunakan nRF 24l01+ untuk melakukan

komunikasi secara wireless.

2. Untuk kepentingan terapan, skripsi ini dapat berguna bagi pengguna jalan untuk

waspada saat melintasi jalan yang memiliki kualitas udara kurang baik

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam rencana penelitian rancang bangun sistem monitoring kualitas udara

berbasis komunikasi nirkabel dibutuhkan teori penunjang mengenai berbagai hal yang

mendukung penelitian ini. Teori penunjang dalam penelitian diperlukan untuk

mempermudah pemahaman tentang prinsip kerja dari kompenen atau peralatan elektronik

yang digunakan serta memberikan pemahaman mengenai teori pendukung lainnya.

Pemahaman ini akan bermanfaat dalam penelitian dan pengambilan data penelitian. Teori

penunjang yang mendukung penelitian ini meliputi : Pengertian komunikasi nirkabel,

sensor MQ-07, sensor MQ-135, sensor MQ-131, sensor MQ-136, Sensor Dush Sharp

GP2Y101AUF, mikrokontroler, RTC DS3231, Komunikasi SPI, modul nRF 24l01+,

komunikasi I2C, modul wi-fi ESP-8266, dan layanan web Thingspeak.

2.1 Komunikasi Nirkabel

komunikasi nirkabel adalah transfer informasi antara dua atau lebih titik yang tidak

terhubung oleh penghantar listrik. Jarak transmisi bisa pendek, seperti beberapa meter

untuk remote control televisi, atau sejauh ribuan atau bahan jutaan kilometer untuk ruang

dalam komunikasi radio. Contohnya mobile, dan portabel radio dua arah, telepon seluler,

personal digital assistant (PDA), dan jaringan nirkabel. Contoh lain dari teknologi nirkabel

termasuk GPS unit, pembuka pintu garasi, wireless mouse komputer, keyboard dan headset

(audio), handphone, penerima radio, televesi satelit, siaran televisi tanpa kabel dan telepon.

Penggunaan komunikasi nirkabel yang kuang umum mencakup teknologi elektromagnetik

seperti cahaya, medan magnet, listrik atau penggunaan suara.

Kelebihan utama dari komunikasi ini adalah tidak menggunakan kabel dalam

komunikasinya, akan tetapi menggunakan gelombang radio. Kuntungannya adalah sifat

mobilitasnya yang tingi dan tidak tergantung kepada kabel dan koneksi tetap sehingga

dapat berkomunikasi dengan jarak yang jauh. Kelebihan lainnya dari komunikasi

nirkabel adalah memungkinkan pengguna untuk mengakses informasi secara real time

selama masih dalam jangkauan komunikasi ini, sehingga meningkatkan kualitas layanan

dan produktivitasnya. (Phogat&Anand, 2012)

6

2.2 Sensor MQ-07

Sensor MQ-7 adalah sensor yang dapat mendeteksi gas monoksida (CO) dengan

sensitivitas yang tinggi. Bentuk fisiknya dapat dilihat pada Gambar 2.1. Sensor MQ-7

merupakan sensor gas karbon monoksida (CO) yang berfungsi untuk mengetahui

konsentrasi gas karbon monoksida (CO), sensor ini salah satunya dipakai dalam memantau

gas karbon monoksida (CO). Sensor ini mempunyai sensitivitas yang tinggi dan respon

yang cepat. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog, sensor

ini juga membutuhkan tegangan direct current (DC) sebesar 5V. Pada sensor ini terdapat

nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena gas dan juga sebuah pemanas

yang digunakan sebagai pembersihan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.(Everth

& Jnny 2014)

Gambar 2.1 Bentuk fisik dan konfigurasi pin Sensor MQ-07

(Sumber :Everth & jnny 2014)

Gambar 2.2 Karakteristik sensitifitas sensor MQ -07

(Sumber :Everth & jnny2014

7

2.3 Sensor MQ-135

Sensor asap MQ-135 adalah sensor gas yang memiliki konduksifitas rendah jika

berada di udara bersih. Konduktivitas sensor akan naik seiring dengan kenaikan

konsentrasi gas

Gambar 2.3 Konfigurasi sensor gas MQ-135

(Sumber: Indahwati & Nurhayati,2010)

Untuk mengonversi terhadap kepekatan gas, sensor ini memerlukan suatu sirkuit listrik

tambahan. Kelebihan dari sensor ini adalah: memiliki kepekaan yang baik terhadap gas

berbahaya (Amonia, Sulfida, Benzena) dalam berbagai konsentrasi, Masa aktif yang lama,

dan membutuhkan biaya yang lebih rendah . Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari

sensor MQ-135 ini, kandungan gas-gas tersebut dapat diukur. Gambar 2.4 adalah grafik

tingkat sensitifitas sensor MQ-135 terhadap kedua gas tersebut (Indahwati&Nurhayati

2010).

Gambar 2.4 Grafik resistansi sensor

(Sumber: Indahwati & Nurhayati2010)

Dari grafik pada Gambar 2.4 dapat dilihat bahwa dengan mengukur perbandingan

antara resistansi sensor pada saat terdapat gas dan resistansi sensor pada udara bersih atau

tidak mengandung gas tersebut (Rgas/Rair), dapat diketahui kadar gas tersebut. Sensor ini

termasuk jenis sensor TGS (Taguchi Gas Sensor). Karakteristik dari jenis sensor ini adalah

jika dalam posisi bekerja mendeteksi suatu gas, maka tegangan sensor akan turun (Sebagai

8

contoh jika resistansi sensor (RS) pada saat terdapat gas Hydrogen adalah 1KW dan

resistansi sensor (RS) pada saat udara bersih adalah 10KΩ maka:

……………………………………………………………...(2.1)

Dari perhitungan diatas serta menurut grafik pada gambar A, jika Rgas/Rair=0.1 maka

konsentrasi gas Hydrogen pada udara adalah sekitar 100ppm. Untuk mengetahui besarnya

resistansi sensor (RS) saat udara bersih dapat dihitung menggunakan rumus (Indahwati &

Nurhayati,2010).

……………………………………………………………..........(2.2)

2.4 Sensor MQ-131

Sensor MQ-131 adalah sensor untuk mendeteksi kadar ozon di udara yang memiliki

range pengukuran antara 10 ppb-2 ppm. Material dari sensor gas MQ-131 adalah Tin-

Oxide (SnO2), material tersebut dilindungi oleh plastik dan heater coil yang terbuat dari

stainless steel. Heater coil sebagai masukan supply tegangan yang dibutuhkan sensor.

Sensor ini memiliki 6 pin, 4 pin digunakan untuk mengambil sinyal, dan 2 lainnya

digunakan untuk masukan supply sensor. Sensor gas MQ-131 memiliki sensitifitas tinggi

terhadap ozon. Struktur dan konfigurasi dari sensor gas MQ-131 ditunjukan Gambar 2.5

Sedangkan Gambar 2.6 menunjukan perbedaan nilai resistansi sensor MQ-131 pada

berbagai jenis dan konsentrasi gas.

Gambar 2.5 Struktur dan konfigurasi MQ-131

(Sumber : Kurniawan & Rivai, 2012)

9

Gambar 2.6 Nilai resistansi sensor MQ-131

(Sumber : Kurniawan & Rivai,2012)

Bila menggunakan sensor ini, penyesuaian sensitivitas sangat diperlukan. Disarankan

untuk kalibrasi sensor adalah pada 50 ppb O3

di udara dan menggunakan nilai resistansi

beban (RL) sekitar 100 KΩ. Untuk akurasi pengukuran, titik pengukuran sensor gas harus

ditentukan secara tepat. Gambar 3. menunjukkan karakteristik sensitivitas sensor MQ-131,

sumbu Y adalah rasio resistensi dari sensor (Ro/Rs), sumbu X adalah konsentrasi gas. Rs

berarti nilai resistansi pada gas yang berbeda, Ro berarti resistansi sensor pada 50 ppm.

Semua pengujian dilakukan pada kondisi lingkungan standart. (Kurniawan & Rivai 2012)

2.5 Sensor MQ-136

Sensor MQ-136 adalah suatu komponen semikonduktor yang berfungsi sebagai

pengindera bau gas tin oksida (SnO2). Sensor MQ-136 sangat peka terhadap SO2. Berikut

ini adalah grafik karakteristik sesnsitivitas sensor MQ-136.

Gambar 2.7 Konfigurasi sensor MQ-136

Sumber: Datasheet MQ-136.

10

Gambar 2.8 Karakteristik sensitivitas sensor MQ-136

Sumber: Datasheet MQ-136

Berdasarkan grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa nilai rasio resistansi

sensor (Rs/Ro) adalah berbanding terbalik terhadap konsentrasi gas SO2 sehingga dapat

ditulis persamaan sebagai berikut.

=

………………………………………………...............(2.3)

Konsentrasi gas (ppm)=

…………………………………………………… ...(2.4)

Persamaan resistansi sensor (Rs) adalah :

Rs= (Vc/VRL-1) x RL…………………………………………………………..(2.5)

Keterangan:

Vc = Tegangan uji sensor

VRL = Tegangan keluaran

Rs = Resistansi sensor

Ro = Resistansi sensor pada saat 50 ppm SO2. (Treska, 2013)

2.6 Sensor Dush Sharp GP2Y101AUF

Sensor Dush Sharp GP2Y101AU0F berfungsi sebagai input pembaca konsentrasi

partikel PM10 dan mengolahnya menjadi sinyal analog yang dapat diolah oleh MCU

sebagai salah satu variable pencemaran uadara. Gambar 2.9 dan Gambar 2.10 akan

menunjukan gambar fisik sensor dush sharp GP2Y101AUF dan grafik tegangan keluaran

terhadap kerapatan debu.

11

Gambar 2.9 Gambar fisik sensor Dush Sharp GP2Y101AU0F

Sumber:http://www.arduino.org/learning/tutorials/boards-tutorials/sharp-dust-sensor

gp2y1010au

Gambar 2.10 Grafik tegangan keluaran terhadap kerapatan debu.

Sumber: Datasheet sensor Dush Sharp GP2Y101AU0F

Dari gambar 2.10 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran sensor akan naik secara

linier sampai kerapatan debu sebesar 0.5 mg/m3 setelah itu tegangan keluaran akan

menjadi konstan.

2.7 Mikrokontroller

Dalam sistem ini penulis menggunakan dua mikrokontroler yaitu mikrokontroller

arduino nano yang digunakan dalam pengendalian node sensor dan mikrokontroler arduino

uno digunakan dalam pengendalian node sink.

http://www.arduino.org/learning/tutorials/boards-tutorials/sharp-dust-sensor

12

2.7.1 Mikrokontroller Arduino Nano

Arduino nano adalah mikrokontoller berukuran 43mm X 18 mm,( Gambar 2.11).

Bekerja kompatibel dengan 8 bit atmel terpadu ATmega328p, karakteistik utama arduino

nano dapat dilihat pada Tabel 2.1. Perangkat lunak yang digunakan adalah Arduino-IDE

dikembangkan berbasis software processing yang berjalan di atas Java Platform. Bahasa

yang digunakan untuk memprogram arduino adalah menggunakan bahasa C.

Pada perancangan ini fungsi utama arduino nano adalah sebagai pembaca sensor atau

sebagai node sensor.(Leone et al,2015)

Gambar 2.11 Arduino Nano Board

(Sumber : Leone et al, 2015)

Tabel 2.1 Karakteristik Arduino Nano

Mikrokontroller Atmega328P

Voltage Input 7 to 12

Digital I/O 14

Analog Input 8

Output Current 40mA

FLASH 32kB

Xsram 2Kb

Serial Output SPI,I2C,UART

Dimensions 43mm X 18mm

Operation Frequency 16 Mhz

(Sumber : Leone et al, 2015)

2.7.2 Arduino UNO

Arduino Uno (Gambar 2.12) adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan

pada ATmega328. Arduino uno mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya

dapat digunakan sebagai output PWM). 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz,

sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset.

13

Arduino UNO membuat sema yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroller, mudah

menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya

dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan batterai untuk mensuplainya.

(saputra et al,2013)

Gambar 2.12 Arduino UNO

(Sumber : Saputra et al,2013)

Pada perancangan ini Arduino UNO digunakan sebagaii pengendali untuk

mengirimkan data dari node sensor menuju server atau sebgai node sink. Adapun

karekteristik arduino uno yang akan ditunjukan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Karakteristik arduino uno

Mikrokkontroler ATmega 328

Tegangan Pengoprasian 5V

Teangan input disarankan 7-12 V

Batas Tegangan Input 6-20V

Jumlah pin I/O digital 14 pin digital (6 diantranya keluaran PWM)

Jumlah pin analog input 6 pin

Arus DC tiap pin I/O 40 mA

Arus DC untuk pin 3.3 V 20 mA

Memori flash 32 KB(ATmega 328) sekitar 0.5 KB

digunakan oleh bootloader

SRAM 2 KB (ATmega 328)

EPROM 1 KB(ATmega 328)

Clock speed 16 Mhz

(Sumber : Saputra et al,2013)

14

2.8 RTC DS3231

RTC (Real time clock) DS3231 (Gambar 2.13) adalah jam elektronik berupa chip

yang dapat menghitung waktu (mulai detik hingga tahun) dengan akurat dan

menjaga/menyimpan data waktu tersebut secara real time. DS3231 adalah RTC (real time

clock) dengan kompensasi suhu kristal osilator yang terintegrasi (TCX0). TCX0

menyediakan sebuah clock referensi. yang stabil dan akurat, dan memelihara akurasi RTC

sekitar +2 menit per tahun. Keluaran frekuensi tersedia pada pin 32 kHz. (Permadi et al,

2016)

Spesifikasi RTC DS3231 adalah antara lain :

RTC yang Sangat Akurat Mengelola Semua Fungsi Pengatur Waktu

Jam Real Time Menghitung Detik, Menit, Jam, Tanggal Bulan, Bulan, Hari dalam

Seminggu, dan tahun, dengan Kompensasi Tahun Lawan Berlaku Hingga 2100

Akurasi ± 2ppm dari 0 ° C sampai +40 ° C

Akurasi ± 3.5ppm dari -40 ° C sampai +85 ° C

Digital Temp Sensor Output: ± 3 ° C Akurasi

Mendaftar untuk Aging Trim

Active-Low RST Output / Pushbutton Reset Debounce Input

Two Time-of-Day Alarms

Output Programmable Square-Wave Output

Antarmuka Serial Sederhana Menghubungkan ke Kebanyakan Microcontrollers

Kecepatan data transfer I2C Interface (400kHz)

Masukan Cadangan Baterai untuk Pencatatan Waktu Terus-menerus

Low Power Operation Memperpanjang Waktu Jalankan Baterai-Cadangan

Rentang Suhu Operasional: Komersial (0° C sampai + 70° C) dan Industri (-40° C

sampai +85° C)

Tegangan operasi: 3,3-5,55 V

Chip jam: chip clock presisi tinggi DS3231

Ketepatan Jam: Kisaran 0-40, akurasi 2ppm, kesalahannya sekitar 1 menit

Output gelombang persegi yang dapat diprogram

Sensor suhu chip hadir dengan akurasi 3

Chip memori: AT24C32 (kapasitas penyimpanan 32K)

Antarmuka bus IIC, kecepatan transmisi maksimal 400KHz (tegangan kerja 5V)

15

Dapat mengalir dengan perangkat IIC lainnya, alamat 24C32 dapat disingkat A0 /

A1 / A2 memodifikasi alamat defaultnya adalah 0x57

Dengan baterai isi ulang CR2032, untuk memastikan sistem setelah power

Ukuran: 38mm (panjang) * 22mm (W) * 14mm (tinggi)

Berat: 8g

Gambar 2.13 RTC DS 3231

Sumber :(Permadi et al, 2014)

2.9 I2C (Integrated Integrated Circuit)

Integrated Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi

serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk pengontrolan IC.

Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa

informasi data antara I2C dengan pengontrolnya. Master adalah piranti yang memulai

pengiriman data pada I2C Bus dengan membentuk sinyal Start, mengakhiri pengiriman

data dengan membentuk sinyal Stop, dan membangkitkan sinyal clock. Slave adalah piranti

yang dialamati master. Sinyal Start merupakan sinyal untuk memulai semua perintah,

didefinisikan sebagai perubahan tegangan SDA dari satu menjadi nol pada saat SCL satu.

Sinyal Stop merupakan sinyal untuk mengakhiri semua perintah, didefinisikan sebagai

perubahan tegangan SDA dari nol menjadi satu pada saat SCL satu. Kondisi sinyal Start

dan sinyal Stop seperti tampak pada Gambar 2.

16

Gambar 2.14 Kondisi sinyal start stop

Sumber: (Anwar et al, 2009)

Sinyal dasar yang lain dalam I2C Bus adalah sinyal acknowledge yang disimbolkan

dengan ACK. Setelah transfer data oleh master berhasil diterima slave, slave akan

menjawabnya dengan mengirim sinyal acknowledge, yaitu dengan membuat SDA menjadi

nol selama siklus clock kesembilan. Ini menunjukkan bahwa Slave telah menerima 8 bit

data dari Master. Kondisi sinyal acknowledge seperti tampak pada Gambar 3

Gambar 2.15 Kondisi sinyal ACK dan NACK

Sumber: (Anwar et al, 2009).

Dalam transfer data I2C Bus, harus mengikuti tata cara yang ditetapkan yaitu:

a. Transfer data hanya dapat dilakukan dengan ketikan Bus tidak dalam keadaan sibuk.

b. Selama proses transfer data, keadaan data pada SDA harus stabil selama SCL dalam

keadan tinggi. Keadaan perubahan satu atau nol pada SDA hanya dapat dilakukan

selama SCL dalam keadaan rendah. Jika terjadi perubahan keadaan SDA pada saat SCL

dalam keadaan tinggi, maka perubahan itu dianggap sebagai sinyal Start atau sinyal

Stop. Kondisi data pada I2C bus ditunjukkan pada Gambar 4.

17

Gambar 2.16 Kondisi data pada I2C bus

Sumber: (Anwar et al, 2009).

2.10 nRF 24l01+

nRF24L01+(Gambar 2.17) merupakan sebuah modul komunikasi yang dapat dan

menerima data secara half duplex. Frekuensi yang digunakan modul ini adalah 2.4GHz.

Untuk dapat mengirim dan menerima data, modul ini harus diberikan sebuah alamat

(address) untuk dirinya dan tujuan. Transceiver ini sangat powerfull karena bisa menerima

data dari banyak node yang alamat tujuannya sama. Menurut datasheet, jarak yang bisa

ditempuh untuk komunikasi antar nRF24L01+ sebesar 500 feet atau jika dikonversi ke

meter menjadi 152 meter.

Modul ini menggunakan antarmuka SPI(serial peripheral interface). Akselerator

protocol berupa enhanced shockburst yang mendukung antarmuka SPI kecepatan tinggi

untuk kontroler aplikasi. Modul ini memiliki solusi terkait daya berupa daya ultra rendah

yang memungkinkan daya tahan baterai berbulan-bulan, Modul nirkabel ini memiliki 8

buah pin dintaranya : VCC (3.3V DC), GND, CE, CSN, MOSI, MISO, SCK dan IRQ.

(Dzukifli et al, 2016).

18

Gambar 2.17 Modul nRF 24l01+

Sumber : http://arduino-info.wikispaces.com

2.11 SPI (Serial Peripheral Interface)

Serial Peripheral Interface Bus atau SPI bus adalah standar komunikasi sinkron

data serial yang dikenalkan oleh Motorola yang bekerja pada mode full duplex. SPI

merupakan high-speed synchronous serial input/output (I/O) port yang memungkinkan

untuk pengaturan lebar data yang akan digeser masuk atau keluar dari device dan juga

memungkinkan pengaturan pada kecepatan transfer data. Device yang dikomunikasikan

menggunakanSPI dibedakan dalam master dan slave mode.

Gambar 2.18 Diagram blok antarmuka SPI master slave

Sumber:(Sunardi et al, 2009)

Keterangan:

1. SCK / CLK — Serial Clock (output dari master)

2. SDI / DI / SI — Serial Data In

3. SDO / DO / SO — Serial Data Out

http://arduino-info.wikispaces.com/

19

4. nCS / CS / nSS / STE — Chip Select, Slave Transmit Enable (active low; output dari

master).(Sunardi et al, 2009)

2.12 ESP 8266

Modul Wi-Fi ESP8266 (Gambar 2.19) merupakan modul low-cost Wi-Fi dengan

dukungan penuh untuk penggunaan TCP/IP. Modul ini di produksi oleh Espressif Chinese

manufacturer. Pada tahun 2014, AI-Thinkermanufaktur pihak ketiga dari modul ini

mengeluarkan modul ESP-01, modul ini menggunakan AT-Command untuk

konfigurasinya. Harga yang murah,penggunaan daya yang rendah dan dimensi modul yang

kecil menarik banyak developer untuk ikut mengembangkan modul ini lebih jauh. Pada

Oktober 2014, Espressif mengeluarkan software development kit (SDK) yang

memungkinkan lebih banyak developer untuk mengembangkan modul ini. Modul ESP-

8266 memiliki form factor 2x4 DIL dengan dimensi 14,3 x 24,8 mm. Catu daya yang

dibutuhkan adalah 3,3 volt. (Yuliansyah, 2016). Spesifikasi ESP 8266 meliputi:

802.11 b/g/n protocol

Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP

Integrated TCP/IP protocol stack

Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network

Integrated PLL, regulators, and power management units

+19.5dBm output power in 802.11b mode

Integrated temperature sensor

Supports antenna diversity.

Power down leakage current of < 10uA.

Integrated low power 32-bit CPU could be used as application processor.

SDIO 2.0, SPI, UART.

STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMO.

A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4s guard interval.

Wake up and transmit packets in < 2ms.

Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3).

Adapun tampilan perangkat keras dari modul Wi-Fi ESP8266 dan pemetaan pin

ditunjukkan pada Gambar 2.19 dan Gambar 2.20.

21

Gambar 2.21 Tampilan layanan web Thingspeak.com

Sumber: Thingspeak.com

Pada layanan web Thingspeak, pengguna dapat langsung melihat grafik dari data yang

dikirim oleh devais. Tampilan dari website yang sederhana memudahkan pengguna untuk

melihat dari komputer maupun smartphone. Data yang dikirim ke layanan web tersimpan

dengan baik pada server minimal setiap 15 detik. (Akbar,2016).

23

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan pada skripsi ini adalah metode studi literatur. Studi

literatur dilakukan sebagai penunjang yang berupa data-data literatur dari masing-masing

komponen, informasi dari internet dan konsep-konsep teoritis dari buku-buku penunjang.

Langkah-langkah yang dilakukan untuk merealisasikan alat yang dirancang adalah

penentuan spesifikasi, perancangan, metode pengujian dan pengujian sistem.

3.1 Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat pada penelitian ini ditentukan terlebih dahulu sebagai acuan untuk

mendapatkan hasil yang sesuai dengan keinginan dan dapat bekerja dengan efektif dan

efisien. Spesifikasi alat ini terdiri dari:

1. Catu daya menggunakan powerbank, untuk node sensor berkapasitas tegangan keluaran

5V dan arus 2A, sedangkan node sink sebesar 5V dan1A.

2. Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor MQ-07, MQ-135 dan

MQ-131, MQ-136 dan Dush Sharp GP2Y101AUF.

3. Mikrokontroler yang digunakan adalah arduino nano untuk node sensor dan

arduino uno untuk node sink.

4. Modul nRF 24l01+ sebagai perangkat komunikasi wireless antara node sensor dan

sink node.

5. RTC DS 3231 digunakan sebagai pemberi lama waktu mode tidur sampai mode

bangun dan membangunkan sistem saat mode tidur.

6. ESP-8266 digunakan sebagai mengirim data dari node sink menuju layanan web

Thingspeak.com dengan menggunakan jaringan internet.

3.2 Perancangan Alat

Perancangan Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Udara Berbasis Komunikasi

Nirkabel dilakukan dengan beberapa tahapan. Adapun perencanaan untuk sistem ini dibagi

menjadi beberapa tahap:

1. Diagram blok perancangan sistem

2. Perancangan perangkat keras

3. Perancangan perangkat lunak

24

3.2.1 Diagram Blok Perancangan Alat

Pembuatan diagram blok rancang bangun sistem monitoring kualitas udara berbasis

nirkabel adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram blok sistem

Diagram blok pada gambar 3.1 memaparkan keseluruhan sistem yang ada dalam

penelitian ini :

1. Node sensor yang berfungsi sebagai pendeteksi kualitas udara yang kemudian data

pembacaan sensor akan dikirimkan menuju node sink.

2. Node sink bertugas sebagai penerima(receiver) hasil pembacaan data-data sensor dari

node sensor yang kemudian data akan dikirimkan kepada layanan web

Thingspeak.com

3. Layanan web Thingspeak.com digunakan untuk monitoring kualitas udara secara

real time melalui jaringan internet.

3.2.2 Prinsip Kerja Sistem

Dari diagram blok Gambar 3.1 prinsip kerja sistem ini adalah menggunakan node

sensor yang bertugas untuk membaca atau mendeteksi gas karbon monoksida, gas nitrogen

dioksida, gas ozone, gas sulfur dioksida dan partikel debu (PM10) yang kemudian data-data

hasil pembacaan sensor akan dikirimkan ke node sink menggunakan module wireless nRF

24l01+. Setelah data diterima oleh node sink, maka node sink akan mengirimkan data

tersebut ke layanan web Thingspeak.com untuk bisa dimonitoring secara real time dengan

smarthphone, PC, dan lain-lain yang terkoneksi dengan jaringan internet. Sistem ini akan

mengalami mode tidur secara periodik selama 5 menit untuk menghemat penggunaan daya.

25

Gambar 3.2 Diagram alir node sensor

Gambar 3.2 menunjukan diagram alir dari node sensor dimana sensor akan membaca

keadaan kualitas udara dengan menggunakan beberapa sensor, hasil pembacaan tersebut

akan diproses oleh mikrokontroller arduino nano. Setelah itu data-data tersebut akan

dikirim ke node sink dengan menggunakan nRF 24l01+ dan proses akan kembali lagi ke

proses pembacaan sensor. Sistem tidak akan berhenti sampai catu daya dilepas atau tidak

berfungsi kembali.

Gambar 3.3 Diagram alir node sink

Gambar 3.3 menunjukan diagram alir dari node sink dimana nRF24l01+ sebagai

receiver (penerima) dari data hasil pembacaan node sensor. Setelah arduino uno telah

menerima hasil pembacaan dari node sensor, arduino akan mengirimkan data hasil

26

pembacaan menuju layanan web Thingspeak.com menggunakan modul Wi-Fi esp-8266

yang terkoneksi dengan jaringan internet.

3.2.3.Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras meliputi dua perancangan yaitu perancangan

perangkat keras node sensor dan perancangan perangkat keras node sink.

3.2.3.1 Perancangan Perangkat Keras node sensor

Perancangan ini meliputi sensor MQ-07, MQ-131, MQ-135, MQ-136, SHARP

GP2Y101AUF, nRF 24l01+, RTC DS 3231 yang pin-pinnya akan disambungkan dengan

pin mikrokontroller arduino nano. Perancangan dilakukan dengan menggunakan perangkat

lunak eagle yang akan ditampilkan dalam bentuk skematik dan board. Gambar 3.4 dan

Gambar 3.5 akan menunjukan gambar skematik dan board perancagan perangkat keras

node sensor.

Gambar 3.4 Gambar skematik node sensor

27

Gambar 3.5 Gambar board node sensor.

1. Sensor MQ-07

Sensor MQ-07 digunakan untuk dapat mendeteksi gas karbon monoksida keadaan di

udara

2. Sensor MQ-135

Sensor MQ-135 digunakan untuk dapat mendeteksi nitrogen dioksida di udara

3. Sensor MQ-131

Sensor MQ-135 digunakan untuk dapat mendeteksi gas ozone di udara

4.Sensor MQ-136

Sensor MQ-136 digunakan untuk dapat mendeteksi gas sulfur dioksida di udara.

5. Sensor Dush Sharp GP2Y101AUF

Sensor dush sharp GP2Y101AUF digunakan untuk dapat mendeteksi partikel

debu(PM10) di udara.

28

6. Arduino Nano

Mikrokontroller arduino nano merupakan perangkat pengendali utama system pada

node sensor.

7. RTC(Real Time Clock) DS3231

RTC digunakan sebagai pemberi alarm kepada system agar ketika sitem dalam

keadaan tidur sitem dapat aktif kembali .

8. nRF 24l01+

nRF 24l01+ merupakan module wireless yang digunakan untuk komunikasi tanpa

menggunakan kabel antara node sensor dan node sink

3.2.3.2 Perancangan Perangkat Keras Node Sink

Perancangan ini meliputi modul nRF 24l01+, RTC DS 3231 dan ESP 8266 yang pin-

pinnya akan disambungkan dengan pin mikrokontroller arduino uno. Perancangan

dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak eagle yang akan ditampilkan dalam

bentuk skematik dan board. Gambar 3.2.3.1 akan menunjukan gambar skematik dan board

perancagan perangkat keras node sink.

Gambar 3.6 Gambar skematik node sink.

29

Gambar 3.7 Gambar board node sink

1. Arduino uno

Mikrokontroller arduino merupakan perangkat pengendali utama dari sitem.

2. RTC(Real Time Clock) DS3231

RTC digunakan sebagai pemberi alarm kepada system agar ketika sitem dalam

keadaan tidur sitem dapat aktif kembali .

3. nRF 24l01+

nRF 24l01+ merupakan module wireless yang digunakan untuk komunikasi tanpa

kabel antara node sensor dan node sink

4. ESP-8266

ESP-8266 adalah modul Wi-Fi yang digunakan untuk mengirimkan data dari node sink

ke layanan web Thingspeak.com untuk dimonitoring.

30

3.2.4 Perancangan Perangkat Lunak

Peancangan dan pembuatan perangkat lunak digunakan untuk mengendalikan dan

mengatur kerja sistem. Untuk memprogram arduino nano dan arduino uno menggunakan

software proscessing arduino IDE dengan menggunakan pemrogaman bahasa C. Berikut

ini adalah diagram alir dari perancangan perangkat lunak:

Gambar 3.8 Diagram alir perancangan perangkat lunak

Gambar 3.8 menunjukan diagram alir perancangan perangkat lunak . perancangan

dimulai dari menginialisasi sensor-sensor yang akan digunakan, kemudian membaca nilai

konsentrasi gas-gas yang akan dideteksi dengan keluaran yang masih berupa nilai ADC

yang kemudian diolah menjadi nilai sesungguhnya dari masing-masing sensor. Setelah

data diolah lalu data dikirim ke node sink yang selanjutnya data akan dikirim ke layanan

web thingspeak.com yang akan dimonitoring secara real time. Semua perancangan

perangkat lunak menngukan perangkat lunak arduino IDE.

1). Metode Pembacaan dan kalibrasi Sensor

Pembacaan nilai sensor-sensor diawali dengan menginisisalisasi sensor MQ 07,

MQ 135, MQ 131, MQ 136 dan sharp GP2Y101AUF, Kemudian setiap pin analog pada

sensor disambungkan pada pin analog arduino nano yang hasil dari pembacaannya adalah

berupa nilai ADC. Rumus mencari nilai ADC adalah sebagai berikut :

31

Nilai ADC=

* (2

n-1)……………………………………………………………….(3-1)

Keteerangan :

Vin = tegangan masukan (Volt)

Vreef = tegangan referensi (Volt)

n =jumlah bit ADC mikrokontroler

Setelah setiap sensor diketahui nilai ADC nya, nilai ADC akan diolah menjadi nilai

sebenarnya dengan menggunakan metode kalibrasi perbandingan dengan alat ukur

sebenarnya yaitu pada sensor MQ-07, MQ135 ,MQ-131, dan MQ-136 atau melalui

datasheet yaitu pada sensor sharp GP2Y101AUF. Metode pengkalibrasian menggunakan

persamaan regresi linier yang persamaanya adalah sebagai berikut :

Y=a+bX………………………………………………………………………………... (3-2)

Keterangan :

Y= Variabel response atau variable akibat (dependent)

X =Variabel predictor atau variable vaktor penyebab (independent)

a= Konstanta

b= koefesien regresi(kemiringan) besaran respone yang ditimbulkan oleh predictor.

2). Transmisi Data Antara Node Sensor Ke Node Sink

Komunikasi antara node sensor dengan node sink menggunakan modul wireless

nRF24l01+ yang bekerja pada frekuensi 2.4 GHz. Kecepatan transmisi data dari

nRF24l01+ adalah sebesar 1Mbps. Rumus untuk mencari lama waktu pengiriman antar

nRF24l01+ transmitter dan nRF24l01+ receiver adalah sebagai berikut :

Waktu=Jumlah file data/kecepatan……………………………………………………. (3-3)

Pengiriman data dilakukan dalam bentuk paket data yang nantinya akan diterima

oleh nRF24l01+ receiver juga dalam bentuk paket data. Maksimal data yang dapat dikrim

oleh nRF24l01+ adalah 32 byte data. Dalam perancangan ini data yang dikirim ke

nRF24l01+ receiver adalah sebesar 24 byte data.

3.) Pengiriman Data ke Layanan Web Thingspeak.com

Pengiriman data menuju layanan web Thingspeak.com menggunakan tipe data

char. Dalam perancangan ini data dari sensor berupa tipe data float, maka dari itu tipe data

float harus dirubah terlebih dahulu ke tipe data char menggunakan fungsi dtostrf()

32

. Dalam perancangan ini hanya meggunakan satu chanel id untuk menampilkan

lima data dari pembacaan sensor-sensor dengan menggunakan field-field yang tesedia pada

halaman web Thingspeak. Com. Field 1 menampilkan data pembacaan sensor MQ-07

berupa gas CO, field 2 menampilkan data pembacaan sensor MQ-135 berupa gas NO2,

field 3 menampilkan data pembacaan sensor MQ-131 berupa gas O3, field 4 menampilkan

data pembacaan sensor MQ-136 berupa gas SO2, field 5 menampilkan data pembacaan

sensor sharp GP2Y101AUF berupa partikel debu(PM10).

3.3 Pengujian Sistem

Untuk menganalisis kinerja sistem terdapat beberapa pengujian yang dilakukan di

antara lain.

1. Pengujian Sensor

Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan sensor dengan pin analog aduino

nano. Untuk pengkalibrasian sensor gas CO, NO2, SO2, O3 dan PM10 dilakukan dengan

membandingakan dengan alat ukur sebenarnya dan menggunakan datasheet sensor.

Pengujian selanjutnya adalah uji daya tangkap sensor untuk mengetahui seberapa jauh

sensor tersebut dapat mendeteksi gas CO, NO2, SO2.

2. Pengujian nRF 24L01+

Pengujian bertujuan untuk mengukur sebeapa jauh nRF24l01+ bisa mentransmisikan

data ke nRF24l01+ receiver. Pengujian dilakukan dengan mingirimkan data dari

mikrokontroller pengirim ke mikrokontroller penerima kemudian melihat data yang

diterima oleh mikrokontroler penerima melalui serial monitor yang terdapat pada arduino

IDE.

3. Pengujian RTC

Pengujian RTC dilakukan untuk mengetahui lama waktu mode tidur dan mode bangun

sitem untuk menghemat daya dari sistem.

4. Pengujian ESP-8266

Pengujian ESP dilakukan untuk mengetahui apakah data yang dibaca oleh sensor sama

dengan yang ada pada server dan memberikan perintah AT-COMMAND pada modul serta

memasukan data pada arduino dan kemudian dikirim ke layanan web Thingspeak.com.

33

5. Pengujian Keseluruhan Sistem

Pengujian keseluruhan sistem ini dengan menyambungkan semua perangkat keras

yang dibuat berdasarkan blok diagram dan memasukkan program berupa perangkat lunak

yang bekerja untuk mengendalikan perangkat keras yang telah dibuat. Sistem bekerja

dengan baik jika dapat berjalan sesuai dengan yang telah direncanakan.

35

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan dalam penelitian ini dilakukan untuk mengetahui apakah

seluruh sistem bekerja sesuai dengan perancangan. Pengujian dilakukan pada masing-

masing blok dalam perancangan perangkat keras serta pengujian keseluruhan untuk

mengetahui perangat lunak dapat bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian yang dilakukan

adalah sebagai berikut:

1. Pengujian sensor

2. Pengujian RTC

3. Pengujian nRF 24l01+

4. Pengujian ESP 8266

5. Pengujian keseluruhan sistem

4.1 Pengujian Sensor

4.1.1 Tujuan

Tujuan pengujian sensor ini adalah untuk membuktikan apakah sensor-sensor

sensitive terhadap gas-gas yang akan dideteksi dan mengetahui seberapa jauh sensor MQ-

07,MQ 135, dan MQ 136 dapat mendeteksi gas-gas yang dideteksi.

4.1.2 Alat Yang Digunakan

Alat yang digunakan dalam pengujian sensor meliputi:

1. Sensor MQ-07

2. Sensor MQ-131

3. Sensor MQ-135

4. Sensor MQ-136


6. Laptop

7. Mikrokontroler Arduino nano

8. Serial Monitor

9. Knalpot sepeda motor

36

4.1.3 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian sensor ini terdapat 2 metode yaitu membandingkan nilai

keluaran sensor-sensor pada udara bebas tanpa polusi dan berpolusi Serta menghitung daya

tangkap sensor MQ-07, MQ 135, dan MQ 136 terhadap gas-gas yang dideteksi. Diagram

blok pengujian sensor.

Gambar 4.1 Diagram blok pengujian sensor

Prosedur pengujian sensor dengan mikrokontroler adalah sebagai berikut :

1. Rangkai rangkaian pengujian sensor seperti blok diagram seperti Gambar 4.1.

2. Letakan rangkaian pengujian sensor di udara bebas tanpa polutan selama satu jam.

3. Baca nilai keluaran sensor melalui serial monitor yang ada pada software arduino

IDE.

4. Letakan rangkaian pengujian sensor di udara bebas yang diberi polutan dari asap

knalpot kendaraan bermotor selama satu jam.

5. Baca nilai keluaran sensor melalui serial monitor yang ada pada software arduino

IDE.

6. Bandingkan nilai keluaran sensor saat udara bebas tanpa polutan dan udara bebas

yang berpolutan dengan poultan dari asap knalpot kendaran bermotor.

7. Ukur jarak yang bisa dideteksi sensor MQ-07, MQ-135, MQ-136 terhadap gas-gas

yang dideteksi menggunakan sumber asap knalpot kendaraan bermotor.

4.1.4 Hasil Pengujian dan Analisa

Pengujian ini dilakukan dua metode yaitu untuk mengetahui pembacaan sensor

terhadap gas-gas yang dideteksi dan daya tangkap sensor MQ-07, MQ-135,dan MQ 136

terhadap gas-gas yang dideteksi. Pengujian dilakukan dengan melakukan perbandingan

pembacaan masing-masing sensor pada kondisi udara bebas tanpa polutan dan kondisi

udara bebas berpolutan yang polutannya berasal dari asap knalpot kendaraan bermotor

37

serta menghitung jarak daya tangkap sensor MQ-07, MQ-135, dan MQ-136. Hasil

pengujian akan ditampilkan pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.

Tabel 4.1 Hasil Uji Sensor Saat Udara Tanpa Polutan

Gas Konsentrasi

CO 0 ppm

NO2 0 ppm

O3 0.0012 ppm

S02 0 ppm

PM10 0 mg/m3

Tabel 4.2 Hasil Uji Sensor Saat Udara Berpolutan

Gas Konsentrasi

CO 114,5 ppm

NO2 0,0065 ppm

O3 0,0025 ppm

S02 0,0156 ppm

PM10 0,077 mg/m3

Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa saat sensor diletakan di udara

tanpa polutan selama satu jam dengan nilai konsentrasi gas CO sebesar 0 ppm, gas NO2

sebesar 0 ppm, gas O3 sebesar 0.0012 ppm, gas SO2 sebesar 0 ppm dan PM10 sebesar 0

mg/m3, sedangkan saat diletakan pada udara berpolutan yang dihasilkan oleh asap knalpot

kendaraan bermotor selama satu jam nilai konsentrasi gas meningkat,yaitu gas CO sebesar

114,5 ppm, gas NO2 sebesar 0.0065 ppm, gas O3 sebesar 0,0025 ppm, gas SO2 sebesar

0,0156 ppm dan PM10 sebesar 0,77 mg/m3, menunjukan bahwa sensor-sensor dapat dengan

baik mendeteksi gas-gas yang dideteksi.

38

Gambar 4.2 Nilai ADC sensor MQ-07

Tabel 4.3 Hasil Uji Daya Tangkap Sensor MQ-07

Jarak Keterangan

30 cm Terdeteksi

60 cm Terdeteksi

120 cm Tidak Terdeteksi

Gambar 4.2 dan Tabel 4.3 menunjukan bahwa sensor MQ-07 dapat mendeteksi gas

kaSrbon monoksida pada jarak kurang dari 120 cm karena pada jarak tersebut nilai ADC

akan mengalami penurunan, sedangkan pada jarak 30 cm dan 60 cm nilai ADC akan

mengalami kenaikan.

39

Gambar 4.3 Nilai ADC MQ-135


Jarak Keterangan

30 cm Terdeteksi

60 cm Terdeteksi


Gambar 4.3 dan Tabel 4.4 menunjukan bahwa sensor MQ-135 dapat mendeteksi

gas nitrogen dioksida pada jarak kurang dari 120 cm karena pada jarak tersebut nilai ADC


mengalami kenaikan.

40

.

Gambar 4.4 Nilai ADC MQ-136


Jarak Keterangan

30 cm Terdeteksi

60 cm Terdeteksi


Gambar 4.4 dan Tabel 4.5 menunjukan bahwa sensor MQ-136 dapat mendeteksi

gas sulfur dioksida pada jarak kurang dari 120 cm karena pada jarak tersebut nilai ADC


mengalami kenaikan.

4.2 Pengujian nRF24l01+

4.2.1 Tujuan

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui berapa jauh nRF24l01+

transmitter mentransmisikan data ke nRF24l01+ receiver.

41

4.2.2 Alat Yang Digunakan

Alat yang digunakan dalam pengujian sensor meliputi:

1. Power bank

2. Modul nRF24l01+

3. Laptop

4. Mikrokontroler arduino uno

5. Mikrokontroler Arduino nano

6. Serial Monitor

7. Meteran


Prosedur pengujian nRF 24l01+ adalah dengan cara mengirimkan data dari nRF

24l01+ transmitter ke nRF 24l01+ receiver lalu dihitung seberapa jauh modul nRF 24l01+

dapat mentransmisikan data. Diagram blok pengujian nRF24l01+ ditunjukan pada Gambar

4.5.

Gambar 4.5 Diagram blok pengujian nRF24l0+

Prosedur pengujian nRF24l01+ dengan mikrokontroler adalah sebagai berikut :

1. Rangkailah rangkaian pengujian nRF24l01+ sesuai dengan Gambar 4.5.

2. Masukan data secara acak ke mikrokontroler arduino nano melalui software

arduino IDE.

3. Masukan program transmisi jarak ke mikrokontroler arduino melalui software

arduino IDE.

4. Kirimkan data dari nRF24l01+ transmitter ke nRF24l01+ receiver.

5. Letakkan jarak antara nRF24l01+ transmitter ke nRF24l01+ receiver secara

bervariasi yaitu, 100 meter, 150 meter, 200 meter, 250 meter, dan 300 meter

6. Lihat data yang diterima oleh arduino uno melalui serial monitor yang ada pada

software arduino IDE.

42

7. Ukur jarak transmisi data maksimal dari nRF24l01+ menggunakan meteran.

Berikut cupilkan program nRF24l01+ Tx :

void loop()

myRadio.write( &dataTransmitted, sizeof(dataTransmitted) ); // Transmit the data

Serial.print(F("Data Transmitted = "));

Serial.print(dataTransmitted);

dataTransmitted = dataTransmitted + 1; // Send different data next time

delay(1000);

Berikut cupilkan program nRF24l01+ Rx

void loop()

if ( myRadio.available()) // Check for incoming data from transmitter

while (myRadio.available()) // While there is data ready

myRadio.read( &dataReceived, sizeof(dataReceived) );

Serial.print("Data received = ");

Serial.println(dataReceived);


Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh nRF24l01+ dapat

mengirimkan data ke nRF24l01+ receiver. Pengujian dilakukan dengan variasi jarak 100

meter, 150 meter, 200 meter, 250 meter, dan 300 meter. Hasil pengujian dapat dilihat pada

Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9, Gambar 4.10 dan Tabel 4.7

43

Gambar 4.6 Hasil uji nRF24l01+ jarak 100 meter

44

Gambar 4.7 Hasil uji nRF24l01+ jarak 150 meter

Gambar 4.8 Hasil uji nRF24l01+ jarak 200 Meter


45


Tabel 4.6 Hasil uji jarak nRF24l01+

Jarak Keterangan

100 meter Terjangkau

150 meter Terjangkau

200 meter Terjangkau ada error

250 meter Terjangkau ada error

300 meter Tidak terjangkau

Dari Tabel 4.6 menunjukan bahwa nRF24l01+ dapat menstransmisikan data

sampai jarak 250 meter, namun masih terjadi error saat data diterima pada nRF24l01+ Rx

sama dengan pada jarak 200 meter yang ditunjukan pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9,

sedangkan pada jarak 100 meter dan 150 meter nRF 24l01+ dapat dengan baik dalam

menstransmisikan data karena tidak ada eror saat data ditrima oleh nRF24l01+ Rx yang

ditunjukan Gambar 4.5 dan Gambar 4.6. Pada jarak 300 meter nRF 24l01+ tidak dapat

mentransmisikan data ke nrf24l01+ rx karena tidak ada data yang diterima oleh

nRF24l01+Rx yang ditunjukan pada Gambar 4.10.

46

4.3 Pengujian RTC

4.3.1 Tujuan

Tujuan pengujian ini adalah untuk melihat kesesuaian waktu tidur sampai mode

bangun/ aktif sistem dan menghitung daya pemakaian power supply untuk mengetahui

daya yang dibutuhkan saat mode tidur dan mode bangun/ aktif.

4.3.2 Alat yang Digunakan

Alat yang Digunakan pada pengujian RTC adalah

1. Modul RTC DS3231

2. Laptop

3. Batterai 9V


5. Serial monitor

6. Stopwatch

7. Multimeter

4.3.3 prosedur Pengujian

Prosedur pengujian pada pengujian RTC ada dua metode yaitu dengan

mencocokan seberapa waktu lama tidur sampai waktu bangun/aktif dengan stopwatch dan

menghitung daya saat mode tidur dan mode bangun. Diagram blok pengujian RTC

ditunjukan pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11 Diagram blok pengujian RTC

Prosedur pengujian RTC dengan mikrokontroler adalah sebagai berikut

1. Rangkai rangkaian pengujian RTC sesuai dengan Gambar 4.11.

2. Masukan program mode tidur pada mikrokontroler melalui perangkat lunak arduino

IDE.

3. Jalankan program.

47

4. Cocokan waktu mode tidur dengan stopwatch

5. Hitung daya saat mode tidur dan saat pada mode bangun

6. Pengukuran daya dapat dilihat pada multimeter .Rumus untuk pengujian

perhitungan daya adalah sebagai berikut :

P : V I ……………………………………............................................(4 - 1)

Keterangan :

V = Tegangan (Volt)

I = Arus (Ampere)

P =Daya (Watt)


Pengujian dilakukan untuk mengetahui lama mode tidur sampai mode bangun/aktif

pada sistem agar menghemat penggunaan daya. Pengujian dilakukan dengan cara

mencocokan waktu mode sleep dengan stopwatch dengan variasi waktu tidur 1 menit,

2menit, 3 menit, 4 menit, dan 5 menit serta menghitung nilai daya ketika sistem diberikan

mode tidur dan ketika sistem berada pada mode bangun. Hasil dari pengujian RTC dapat

dilihat pada Tabel 4.7

Tabel 4.7 Hasil Uji RTC

Waktu Keterangan

1 menit Sesuai

2 menit Sesuai

3 menit Sesuai

4 menit Sesuai

5 menit Sesuai

Dari tabel 4.7 menunjukan bahwa RTC DS3231 dengan akurat dapat memberikan

lama waktu saat mode sleep kepada sistem karena waktu sesuai dengan waktu yang

sebenarnya.

Tabel 4.8 Hasil Uji Daya Saat Mode tidur

Parameter Nilai

Tegangan 6.67 Volt

Arus 35.7 mA

Daya 238.119 mW

48

Tabel 4.9 Hasil Uji Daya Saat Mode Bangun

Parameter Nilai

Tegangan 6.39 Volt

Arus 50.3 mA

Daya 320.718 mW

Dari Tabel 4.8 menunjukan nilai tegangan sebesar 6.39 Volt, arus sebesar 50.3

miliAmpere dan daya sebesar 320.718 miliWatt saat kondisi mode tidur. Dari Tabel 4.9

menunjukan nilai tegangan sebesar 6.39 Volt arus sebesar 50.3 miliAmper dan daya

sebesar 320.718 miliWatt saat kondisi mode bangun/aktif. Dari hasil tersebut menunjukan

bahwa mode tidur pada sistem sangat berguna untuk menghemat daya dalam penggunaan

perancangan ini.

4.4 Pengujian ESP 8266

4.4.1 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah mengirimkan perintah AT- COMMAND pada

modul dan menampilkan data ke layanan web thingspeak.com.


Alat yang digunakan pada pengujian ESP 8266 adalah


2. Acsses point

3. ESP-8266

4. Laptop

5. Serial monitor


Pengujian dilakukan dengan cara mengirimkan perintah AT command ke modul

Wi-Fi yang bertindak sebagai client, kemudian dilihat responnya melalui serial monitor.

Pengujian berikutnya adalah memberikan data pada mikrokontroler lalu dilihat datanya di

layanan web thingspeak.com. Diagram blok pengujian perintah AT-command ditunjukan

Gambar 4.12, sedangkan diagram blok pengujian Thingspeak ditunjukan Gambar 4.13

49

Gambar 4.12 Diagram blok pengujian perintah AT-command

Gambar 4.13 Diagram blok pengujian pengiriman data ke layanan web Thingspeak.com

Prosedur pengujian ESP-8266 adalah sebagai berikut :

1. Rangkai rangkaian pengujian Wi-Fi sesuai Gambar 4.12.

2. Program mikrokontroler menguji modul Wi-Fi dengan mengirimkan AT Command.

3. Pastikan access point bekerja dengan baik dan terhubung ke internet

4. Lihat respon dari modul Wi-Fi menggunakan serial monitor pada arduino

Prosedur pengujian pengiriman data ke layanan web Thingspeak.com adalah sebagai

berikut :

1. Rangkai rangkaian pengujian pengiriman data ke layanan web Thingspeak.com

sesuai Gambar 4.13.

2. Program mikrokontroler untuk menguji modul Wi-Fi agar dapat menampilkan data

ke layanan web Thingspeak.com

3. Lihat hasil data yang dikirim mikrokontroler di layanan web Thingspeak.com


Hasil Pengujian ESP-8266 ada 2 metode pengujian yaitu mengirimkan perintah AT-

command dan mengirimkan data ke layanan web Thingspeak.com dapat dilihat pada

Gambar 4.14 dan Gambar 4.15.

50

Gambar 4.14 Uji Perintah AT command

51

Gambar 4.15 Uji ESP-8266 untuk menampilkan data di layanan web Thingspeak.com

Dari Gambar 4.14 menunjukan bahwa perintah AT-command telah berhasil di

respon oleh ESP-8266 dan accses point sudah terhubung dengan modul wifi ESP-8266.

Gambar 4.15 menunjukan bahwa ESP 8266 sudah bisa mengirimkan data ke layanan web

Thingspeak.com dengan baik.

4.5 Pengujian Keseluruhan

4.5.1 Tujuan

Tujuan pengujian keseluruhan adalah untuk mengetahui apakah sistem yang telah

dibuat dapat bekerja sesuai dengan perancangan. Parameter dalam pengujian keseluruhan

adalah sistem mampu menampilkan gas karbon monoksida, nitrogen dioksida, ozon, sulfur

dioksida dan partikel debu berupa grafik secara realtime pada layanan web

‘Thingspeak.com’.


Alat yang digunakan pada pengujian keseluruhan sistem adalah


2. Mikrokontroler arduino nano

3. Sensor MQ-07

4. Sensor MQ-131

5. Sensor MQ-135

6. Sensor MQ-136


8. nRF 24l01+

9. RTC DS3231

10. Acsses point

11. ESP-8266

12. Power supply

13. Layanan web Thingspeak.com

4.5.3 Prosedur Percobaan

Pengujian dilakukan dengan menjalankan perangkat keras dan perangkat lunak yang

sudah diuji kemudian dilalukan pemantauan di layanan web ‘Thingspeak.com’. Informasi

52

yang dikirim ke layanan web harus tersimpan di server dan mampu ditunjukkan pada

laman layanan web ‘Thingspeak.com’.

Gambar 4.16 Diagram blok pengujian keseluruhan sistem

Prosedur pengujian keseluruhan sistem adalah sebagai berikut :

1. Rangkai rangkaian pengujian keseluruhan sistem sesuai Gambar 4.16.

2. Letakkan rangkaian node sensor di udara bebas berpolutan.

3. Letakan rangkaian node sink di tempat yang terjangkau dengan accses point.

4. Lihat hasil pembacaan sensor melalui layanan web Thingspeak.com.

4.5.4 Hasil Pengujian

Pengujian keseluruhan memberikan hasil yang baik. Sistem mampu menampilkan

informasi y ang telah dikirim ke layanan web ‘Thingspeak.com’ meliputi pembacaan gas

CO, NO2,O3,SO2, partikel debu/PM10 dan ketika node sink tidak dapat menerima data dari

node sensor . Adapun informasi hasill pengujian keseluruhan sisten ditunjukkan dalam

Gambar 4.17, Gambar 4.18, Gambar 4.19, Gambar 4.20, Gambar 4.21 dan Gambar 4.22.

Gambar 4.17 Tampilan konsentrasi gas CO pada layanan web Thingspeak.com

53

Dari Gambar 4.17 menunjujakn bahwa data berupa grafik yang ditampilkan oleh

layanan web Thingspeak.com sesuai dengan data pada serial monitor untuk konsentrasi

gas karbon monoksida.

Gambar 4.18 Tampilan konsentrasi gas NO2 pada layanan web Thingspeak.com



gas nitrogen dioksida.

Gambar 4.19 Tampilan konsentrasi gas O3 pada layanan web Thingspeak.com



gas Ozone.

54

Gambar 4.20 Tampilan konsentrasi gas SO2 pada layanan web Thingspeak.com



gas sulfur dioksida.

Gambar 4.21 Tampilan partikel debu(PM10) pada layanan web Thingspeak.com



partikulat debu(PM10).

55

Gambar 4.22 Tampilan pada layanan web Thingspeak.com saat node sink tidak menerima

data dari node sensor.

Dari Gambar 4.22 dapat dilihat nilai dari gas karbon monoksida sebesar 0 ppm, gas

nitrogen dioksida sebesar 0 ppm, gas ozone sebesar 0ppm, gas sulfur dioksida sebesar 0

ppm, dan partikel debu sebesar 0 mg/m3. Keluaran nilai dari seleuruh sensor sebesar 0

disebabkan data dari node sensor tidak diterima oleh node sink.

57

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pengujian dan analisis dari penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut :

1. Perancangan system montitoring kualitas udara berbasis komunikasi nirkabel terdiri

dari dua node. Data dari pembacaan sensor dari node sensor ditransmisikan ke node

sink menggunakan modul nRF24l01+ kemudian dari node sink akan dikirimkan ke

layanan web Thingspeak.com untuk diolah dan ditampilkan pada grafik secara real

time.

2. Pembacaan sensor pada udara yang berpolutan adalah MQ-07 terhadap gas karbon

monoksida sebesar 114.5 ppm, sensor MQ-135 terhadap gas nitrogen dioksida

sebesar 0.0065 ppm, sensor MQ-131 terhadap gas ozon sebesar 0.0025 ppm, sensor

MQ-136 terhadap gas sulfur dioksida sebesar 0.0156 ppm, dan sensor Sharp

GP2Y101AUF terhadap Partikel debu sebesar 0.077 mg/m3, namun kalibrasi sensor

dari nilai ADC ke nilai sebenarnya masih belum akurat dikarenakan metode

pengkalibrasian tidak sesuai dengan standrat yang ditetapkan.

3. Komunikasi node sensor ke node sink berjarak paling baik adalah sekitar 150

meter karena pada jarak tersebut data yang diterima oleh node sink dari node sensor

tidak ada error, sedangkan pada jarak 200 meter dan 250 meter data yang diterima

oleh node sink masih ada error meskipun data masih bisa diterima oleh node sink.

Pada jarak 300 meter data yang dikirim node sensor tidak bisa diterima oleh node

sink.

5.2 Saran

Saran yang diberikan untuk perbaikan skripsi ini antara lain

1. Untuk mendapatkan nilai pembacaan sensor yang akurat sebaiknya

menggunakan metode kalibrasi dengan menggunakan konsentrasi gas yang

sebenarnya.

2. Menambahkan jumlah node sensor agar menambah ruang lingkup udara yang

akan dimonitoring.

58

3. Menggunakan catu daya eksternal untuk mencatu nRF24l01+ agar dapat

menstansmisikan data lebih jauh.

4. Menggunakan web dengan kecepatan update data yang lebih cepat.

59

DAFTAR PUSTAKA

Ardyanto, D., Christyono, Y., Zahra, A, A. 2013. Perancangan Perangkat Tranfer Data

File Komputer Terenkripsi Secara Hardware Menggunakan Media Wreless Dan

Mikrokontroler Avr Atmega162. Semarang : Universitas Diponogoro.

Adriansyah, A., Hidyatam,O. 2013. Rancang Bangun Prototipe Elevator Menggunakan

Mikrokontroler Arduino AtMega 328p.Jurnal Teknik Elektro Universitas Mercubuana.

ISSN :2086-9479

Akbar, I, M. 2016. Sistem Pemantauan Dan Jual Beli Listrik Pada Micro Smart Grid

Berbasis Layanan Web. Skripsi. Tidak Diplubikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Azhary, K. 2013. Perancangan Sistem Monitoring Kualitas Udara Dalam Ruangan

Dengan Komunikasi Tcp/Ip Berbasis Mikrokontroler Atmega16. Bandung: Program

Studi Teknik Informatika STMIK LPKIA

ArduinoTutorial.Online.http://www.arduino.org/learning/tutorials/boards-tutorials/sharp-

dust-sensor-gp2y1010au diakses tanggal 25 Mei 2017.

Budiyanto, A., Muhyidin, M., Sukarman. 2009 . Monitoring Dan Kontrol Suhu

Menggunakan Modul Jaringan Nm7010a-Lf. Seminar Nasional V Sdm Teknologi Nuklir

Yogyakarta. Issn 1978-0176.

Dzukifli, M.,Rivai, M., Siswanto. 2016. Rancang Bangun Sistem Irigasi Tanaman

Otomatis Menggunakan Wireless Sensor Network. JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No.

2, (2016) ISSN: 2337-3539

Everth, D., Jnny. 2014. Rancang Bangun Alat Pengukur Gas Berbahaya Co Dan Co2 Di

Lingkungan Industri. E-Journal Teknik Elektro dan Komputer. ISSN : 2301-8402.

Indahwati, E., Nurhayati. 2015. Rancang Bangun Alat Pengukur Konsentrasi Gas Karbon

Monoksida(CO) Menggunakan Sensor Gas MQ-135 Berbasis Mikrokontroller Dengan

Komunikasi Serial USART. Surabaya: Universitas Negri Surabaya.

Kusminingrum, N., Gunawan. 2008. Polusi Udara Akibat Aktivitas Kendaraanbermotor Di

Jalan Perkotaan Pulau Jawa Dan Bali. Bandung : Pusat Litbang Jalan dan Jembatan

Leone, A., Rescio, G.,Siciliano, P. 2015. An Open Nfc-Based Platform For Vital Signs

Monitoring. Lece: XVIII AISEM Annual Conference.

Permadi,A,D., Hardhienata, I, S., Chairunnas, A. 2016. Model Sistem Penyiraman Dan

Penerangan Taman Menggunakan Soil Moisture Sensor Dan RTC( Real Time Clock)

Berbasis Arduino Uno. Bogor: Program Studi Ilmu Komputer - FMIPA Universitas

Pakuan

Phogat, M., Anand, A. 2014. An Introduction to Wireless Communication. International

Journal of engineering Trends and Technology (IJETT) Vol.12, NO.1,ISSN:2231-53

http://www.arduino.org/learning/tutorials/boards-tutorials/sharp-dust-sensor-gp2y1010au

http://www.arduino.org/learning/tutorials/boards-tutorials/sharp-dust-sensor-gp2y1010au

60

Saputra, D, H., Nabilah, N., Islam, H, I. 2016. Pembuatan Model Pendeteksi Api Berbasis

Arduino Uno Dengan Keluaran SMS GATEWAY. Seminar Nasional Fisika 2016 Prodi

Pendidikan Fisika dan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Jakarta

Santi, P, A,.Nurjani, E. 2012. Analisis Kualitas Udara Stasiun Global AtmosphereWatch

(Gaw) Bukit Kototabang Kabupaten Agam Sumatera Barat. Yogyakarta: Fakultas

Geografi Universitas Gadjah Mada.

Sugiarti. 2016. Gas Pencemar Udara Dan Pengaruhnya Bagi Kesehatan Manusia.

Jurnal Chemica Vol. 10 Nomor 1 Juni 2009, 50-58.

Sunardi, J., Sutanto., Prihantono, S, E. 2009. Rancang Bangun Antarmuka Mikrokontroler

Atmega32 Dengan Multimedia Card. Seminar Nasional V Sdm Teknologi Nuklir Issn 1978-

0176.

Treska, F. 2013. Rancang Bangun Warning Sistem dan Monitoring Gas Sulfur Dioksida

(SO2) Gunung Tangkuban Perahu VIA SMS Gateway Berbasis Mikrokontroler

Menggunakan Sensor MQ-136. Telekontran, Vol.1, NO.2.

Yuliansyah, H. 2016. Uji Kinerja Pengiriman Data Secara Wireless Menggunakan Modul

Esp8266 Berbasis Rest Architecture ELECTRICIAN – Jurnal Rekayasa dan Teknologi

Elektro Volume 10, No. 2.

rancang bangun sistem monitoring kualitas udara …repository.ub.ac.id/3276/1/lukman gumelar.pdf ·...

Documents