DAFTAR PUSTAKA
Adamon , F., Guarnieri , C.G.C., Lanzolla , A.M.L. 2015. A Smart Sensor Network for
Sea Water Quality Monitoring. IEEE Sensors Council.
Bennett, E.M., Peterson, G.D, Gordon, L. J. 2009. Understanding Relationships
Among Multiple Ecosystem Services. Ecology Letters, 12(12), pp 1394-1404.
Camargo, J.A., Alonso, A., Salamanca, A. 2005. Nitrate Toxicity To Aquatic Animals:
A Review With New Data For Freshwater Invertebrates. Chemosphere, 58(9),
pp 1255-1267.
Kecamatan Haranggaol Horisons Kabupaten Simalungun Sumatera Utara.
Aqua Coast Marine Report.
Friberg, N., Skriver, J., LARSEN, S.E., Pedersen, M.L., Buffagni, A. 2010. Stream
Macroinvertebrate occurence Along Gradients In Organic Pollution And
Eutrophication. Freshwater Biology, 55(7), pp 1405-1419.
Hui, H., Xinghui, Y. 2009. High Resolution Temperature data Aquisation Based On
DS18S20. Electronic Measurement Technology, pp.38.
Lambrou, T.P., Anastasiou, C.C., Panayiotou, C.G., Polycarpou, M.M. 2014. A
Low-Cost Sensor Network for Real-Time Monitoring and Contamination
Detectioning Drinking Water Distribution Systems. IEEE sensors journal, vol.
14, no. 8.
Millenium Ecosystem Assessment. 2005. Ecosystems And Human Well-Being:
Wetlands And Water. World Resources Institute, Washington, DC.
Mohammad, A.S., Faramarzi, M., MdYunus , M.A., Ibrahim, S. 2015. Nitrate and
Sulfate Estimations in Water Sources Using a Planar Electromagnetic Sensor
Array and Artificial Neural Network Method. IEEE sensors journal, vol.15, no.
1.
Scientific, L. A. 2016. Dissolved Oxygen Kit. Retrieved from http://www.atlasscientific.com/_files/_datasheets/_circuit/DO_EZO_Datasheet .pdf
Zhuiykov, S. 2012. Solid-state Sensors Monitoring Parameters of Water Quality for
The Next Generation of Wireless Sensor Networks. Sens Actuators B, Chem.,
BAB 3
ANALISIS DAN PERANCANGAN
Bab ini membahas tentang cara pengimplementasian Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network di Danau Toba. Bab ini juga membahas arsitektur umum dari sistem yang dibangun.
3.1. Analisis Sistem
Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network yang
dijalankan pada penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan tersebut diawali dengan inisiasi dari arduino, GSM Shield, dan sensor-sensor yang dipakai. Selanjutnya GSM Shield. Dalam tahap ini GSM Shield akan mengirim data yang diterimanya ke database server yang telah dikonfigurasi sebelumnya di alamat website http://datalogtoba.esy.es/value.php. Data yang disimpan kemudian memasuki tahap
parsing. Tahapan parsing adalah tahapan dimana data akan di encode ke dalam format
GSM Shield
Gambar 3.1 Arsitektur umum sistem yang diajukan
3.1.1 Wiring Diagram
Pada sistem pengkabelan, Arduino Sensor Shield dipakai untuk menambah jumlah
sensor yang dapat digunakan. Abjad ‘G’ yang terdapat pada shield berarti pin Ground, abjad ‘V’ artinya VCC atau arus, ‘S’ yang artinya Signal.
Berikut informasi pengkabelan yang diterapkan saat sistem dijalankan. 1. GSM Shield :
S0 Arduino terhubung ke S0 GSM Shield, G0 Arduino terhubung ke G GSM Shield dan S1 Arduino terhubung ke S1 GSM Shield.
2. Dissolved Oxygen Sensor :
GND DO Circuit, selebihnya PRB dan PGND pada DO Circuit terhubung ke DO Sensor Probe.
3. DS18S20 Waterproof Temperature Sensor :
S5 Arduino terhubung langsung ke DS18S20 probe; V5 Arduino terhubung langsung ke DS18S20 probe, dan G5 Arduino terhubung langsung ke DS18S20 probe. Terdapat konfigurasi tambahan pada probe ini dimana resistor 4.7K untuk pull up Signal dengan VCC.
4. DHT 11 Air Temperature and Humidity Sensor :
S6 Arduino terhubung langsung ke Signal DHT11, V6 terhubung langsung ke VCC DHT 11, G6 terhubung langsung ke GND DHT11.
5. SEN0161 DFrobot PH Sensor :
Sensor ini merupakan sensor analog yang terhubung ke pin analog yang terdapat pada Arduino Shield, dan sensor sudah memberi BNC connector yang langsung bisa dihubungkan ke arduino ke pin Analog 0 pada Arduino.
6. DFrobot ORP Meter :
Sensor ini merupakan sensor analog yang terhubung ke pin analog yang terdapat pada Arduino Shield, dan sensor sudah member BNC connector yang langsung bisa dihubngkan ke arduino ke pin Analog 1 pada Arduino.
3.1.2. Alur Pemrograman
Terdapat beberapa tahap dalam pemrograman yang dilakukan di sisi Arduino yaitu : a. Pendeklarasian variabel
seperti yang terlihat pada gambar 3.2
Sebelum digunakan, variabel dari Dissolved Oxygen Sensor harus dideklarasikan
terlebih dahulu, dalam hal ini ‘SoftwareSerial’ merupakan library dari sensor. ‘rx 3’
dan ‘tx 4’ merupakan pin tempat sensor dipasangkan. ‘sensorstring’ merupakan
tempat nilai dari sensor ketika pertama kali nilai masuk saat melakukan pengukuran,
dan dari ‘sensorstring’, nilai akan masuk kedalam ‘DOString2’.
Gambar 3.3. Pendeklarasian variabel untuk GSM Shield
Untuk pendeklarasian variabel GSM Shield, yang perlu diperhatikan adalah bagian
‘onModulePin’. Dalam hal ini terdapat pada pin 2. Dan ‘url[]’ yang merupakan alamat
Gambar 3.4. Pendeklarasian variabel untuk pH dan ORP sensor
Pendeklarasian yang dilakukan untuk ke 2 (dua) sensor ini dilakukan secara bersamaan karena sensor merupakan keluaran dari perusahaan yang sama dan menggunakan library yang sama. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah
‘orpPin A1’ yang artinya analog 1. Dan ‘SensorPin A0’ yang artinya analog 0.
Gambar 3.5. Pendeklarasian variabel untuk DS18S20 sensor
Sensor temperatur air ini menggunakan library ‘OneWire.h’ yang merupakan keluaran
dari perusahaannya. Dan sensor ini terpasang pada pin 5, ditunjukkan dari
Gambar 3.6. Pendeklarasian variabel untuk sensor suhu dan kelembaban udara
Sensor dht11 ini sudah menggunakan library ‘dht.h’ yang dapat di include ke dalam
program, ‘DHT11_PIN 6’ digunakan untuk mendeklarasikan variabel sensor yang
terdapat pada pin 6 di arduino. b. Pembagian Class
Class yang terdapat pada pemrograman di bagian sensor dapat dilihat pada
Tabel 3.1
Tabel 3.1. Sensor Class
Nama Class Fungsi
power_on() Untuk pengecekan status hidup atau matinya GSM Shield
sendATcommand() Untuk mengoperasikan GSM Shield untuk mengirim data
ObtainORP() Untuk mendapatkan nilai dari sensor ORP ObtainpH() Untuk mendapatkan nilai dari sensor pH Watertemp() Untuk mendapatkan nilai dari sensor temperatur air
ObtainDO() Untuk mendapatkan nilai dari sensor Dissolved Oxygen
getAirTemp() Untuk mendapatkan nilai dari sensor kelembaban dan temperatur udara
Struktur dari field database yang dibuat untuk menampung data yang dikirim dari sensor dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.2. Struktur Database
Nama Tipe Data Extra
Id Int(255) Auto_increment
Time Timestamp Current_timestamp
DOX Char(10) None
pH Char(10) None
ORP Char(10) None
Suhu_Air Char(10) None
Suhu_Udara Char(10) None
Kelembaban_Udara Char(10) None
3.2 Perancangan Antarmuka Sistem
Gambar 3.7. Rancangan awal tampilan sistem
3.3 Sensor Buoy
Gambar 3.8. Sensor Buoy
Alat penampung sensor yang digunakan pada penelitian ini merupakan alat rakitan sendiri. Penampung semua sensor dibuat dengan menggunakan Lock n Lock 30x60
Container Box , dan untuk penyeimbangnya digunakan styrofoam berukuran
BAB 4
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
Bab ini membahas hasil yang diperoleh saat sistem Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network di Danau Toba dijalankan sesuai dengan analisis dan perancangan yang telah dibahas di Bab 3.
4.1. Implementasi Sistem
Pada tahap ini, proses pengimplementasian sistem dari tahap inisiasi, tahap pengukuran, tahap penyimpanan data, dan tahap penampilan data menggunakan beberapa bahasa pemrograman yaitu C++ dan PHP.
4.1.1. Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak
Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk membuat
Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network di
Danau Toba adalah sebagai berikut:
1. AMD A8-5550M APU with Radeon(tm) HD Graphics 2.10 GHz 2. Memory (RAM) 8.00 GB
3. Sistem Operasi Windows 7 Ultimate 64-bit 4. Kapasitas Harddisk 500 GB
5. Arduino IDE v 1.6.9 6. PHP 5.6
7. Library yang digunakan yaitu highcharts.js, SoftwareSerial.h, dht11.h,GSM.h
4.1.2 Implementasi perancangan antarmuka
Gambar 4.1. Tampilan Data DO
Gambar 4.1. menunjukkan data tampilan data DO ketika sistem sedang berjalan, dan merupakan data di Haranggaol yang menunjukkan nilai DO berada pada 7.4 mg/L.
Gambar 4.2. Tampilan Data pH
Gambar 4.3. Tampilan Data ORP
Gambar 4.3. menunjukkan data tampilan data ORP ketika sistem sedang berjalan, dan merupakan data di Haranggaol yang menunjukkan nilai ORP berada pada nilai 353.
Gambar 4.4. Tampilan Data Suhu Air
Gambar 4.5. Tampilan Data Suhu Udara
Gambar 4.5. menunjukkan data tampilan data suhu udara ketika sistem sedang berjalan, dan merupakan data di Haranggaol yang menunjukkan nilai suhu udara berada pada nilai 24.
Gambar 4.6. menunjukkan data tampilan data kelembaban udara ketika sistem sedang berjalan, dan merupakan data di Haranggaol yang menunjukkan nilai kelembaban udara berada pada nilai 80.
4.2 Pengujian Sistem
Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap sistem yang dibangun. Pengujian dilakukan di beberapa tempat yang telah ditentukan sebelumnya yaitu Parapat, Ajibata, Haranggaol, dan Samosir. Pengujian dilakukan dengan dua tahap dalam waktu yang berbeda. Pengukuran pertama dilakukan pada tanggal 26 Juni 2016 dan pengukuran kedua dilakukan pada tanggal 26 Oktober 2016.
4.2.1. Hasil pengukuran pertama
Pengukuran pertama dilakukan pada tanggal 26 Juni 2016 di tiga tempat yaitu Parapat, Ajibata dan Haranggaol. Data yang dilampirkan merupakan data yang sudah dirangkum dari beberapa kali pengukuran, dan kuantitas data yang didapat dari setiap lokasi tidak sama rata dikarenakan oleh faktor cuaca. Dan pengukuran yang dilakukan di Parapat dilakukan sebanyak 2 kali yaitu pada siang hari yang akan ditunjukan dengan garis hijau dan pagi hari yang ditunjukkan dengan garis ungu.
Gambar di atas menunjukkan kadar pH yang didapat dari analog pH meter pro yang ditunjukkan dengan 4 warna linechart yang berbeda-beda. Garis biru menunjukkan data yang didapat dari Ajibata yang menunjukkan nilai pH = 8 dan perlahan-lahan naik setelah 1700 baris data. Garis merah menunjukkan data yang didapat dari Haranggaol yang menunjukkan nilai pH = 7.8 sampai 8.1 setelah 7000 baris data. Garis hijau menunjukkan data yang didapat dari Parapat pertama kali yang menunjukkan nilai pH 7.8 setelah 7000 baris data. Dan data selanjutnya dilihat dari garis ungu yang menunjukkan nilai pH = 7.8 setelah 2800 baris data. hasil yang lebih spesifik dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. hasil pengukuran pH 1 Lokasi menunjukkan bahwa air berada dalam kondisi tidak tercemar. Tapi, diperhatikan dari
data yang di dapat dari Ajibata, 60.78% data berada didalam kondisi ‘Waspada’ yang
artinya, sedikit perubahan dari kadar pH dapat menyebabkan kerusakan pada ekosistem air disekitarnya. Hal yang sama terjadi di Haranggaol dengan 10.73% data
berada di level ‘Waspada’. Sedangkan di Parapat, tidak ada tanda-tanda pencemaran
Gambar 4.8. Data DO pengukuran pertama
Tabel 4.2. hasil pengukuran DO 1
Parapat2 2843 1339(47.10%) 1504(52.90%) 0(0%)
Dari Tabel 4.2. dapat kita lihat bahwa nilai DO yang terdapat di Ajibata dan Haranggaol tidak menunjukkan tanda-tanda pencemaran DO. Tetapi data yang diambil pada dua kali pengukuran di Parapat menunjukkan perbedaan yang menarik, dimana pengukuran yang dilakukan di siang hari menunjukkan 9.11% data yang
berada pada level ‘Waspada’ dan di pagi hari menunjukkan 52.90% yang berada pada level ‘Waspada’. Bila level DO yang terdapat di Parapat menurun, dapat
menyebabkan kerusakan ekosistem air.
Gambar 4.9. Data suhu air pengukuran pertama
Gambar 4.9. menunjukkan data temperatur air yang di dari sensor DS18S20. Garis biru menunjukkan suhu air yang terdapat di Ajibata pada siang hari yaitu 27.5 ℃ .
27℃ dan terus menurun setelah 7000 baris data. Garis hijau menunjukkan suhu air yang terdapat di Parapat pada siang hari yang stabil di 28℃ . Dan pengukuran yang dilakukan pada pagi hari di Parapat menunjukkan suhu air 26.9℃.
Gambar 4.10. Data kelembaban udara pengukuran pertama
Gambar 4.11. Data suhu udara pengukuran pertama
naik ke 49℃ setelah 2000 baris data dan kemudian turun ke 29℃, dimana kelembabannya tetap stabil di 30 sampai 40. Garis hijau menunjukkan temperatur udara di Parapat pada siang hari yaitu 34℃dan naik ke 54℃ setelah 3000 baris data , dan kemudian turun ke 29℃ , dimana kelembaban udara tetap pada nilai 20 sampai 40. Garis ungu yang di ambil dari Parapat pada pagi hari menunjukkan temperatur udara yang rendah yaitu 24℃dan terus menurun ke nilai 20℃dan kelembaban udara yang menunjukkan nilai 70 sampai 95. Data yang tidak normal pada linechart temperatur dan kelembaban udara disebabkan oleh versi sensor yang kurang stabil, ini bisa diperbaiki dengan menggunakan versi sensor yang lebih baru yaitu dht22. Tidak ada parameter spesifik yang berpengaruh ke pencemaran air dalam mengukur temperatur dan kelembaban udara, tetapi dari linechart diatas dapat kita ketahui temperatur udara di Danau Toba berkisar dari 40℃ sampai 52℃ pada siang hari yang menyebabkan pemanasan pada air danau dari 27℃ sampai 28℃ . karena mayoritas organisme yang hidup di dalam air berdarah dingin, sedikit kenaikan pada temperatur air dapat mengganggu ketahanan hidup mereka.
4.2.2. Hasil pengukuran kedua
Gambar 4.12. Data pH pengukuran ke-2 ungu menunjukkan nilai pH yang didapat di Parapat yaitu 7.2 setelah 1500 baris data. Hasil yang lebih spesifik dari pengukuran ke dua pH dapat dilihat pada tabel 4.3.
Dari tabel 4.3. dapat dilihat kadar pH di Danau Toba ketika pengukuran ke dua dilakukan menunjukkan bahwa di beberapa tempat seperti Haranggaol kondisi air sedang tercemar. Terdapat 32.73% data yang menunjukkan air di Haranggaol tercemar karena pH yang terlalu rendah, kondisi air yang terlalu asam dapat menyebabkan kematian ekosistem air yang terdapat di sekitarnya. Selanjutnya di Ambarita 18.49%
data yang didapat terdeteksi dalam kondisi ‘Waspada’. Sedangkan di Ajibata dan
Parapat tidak terdapat tanda-tanda pencemaran pH yang signifikan
Gambar 4.13. Data DO pengukuran ke-2
Tabel 4.4. Hasil pengukuran DO ke-2
Dari Tabel 4.4. dapat kita lihat bahwa nilai DO yang didapat dari pengukuran ke dua menunjukkan sedikit tanda pencemaran DO. Di Ambarita terdapat 3.56% data yang
terdeteksi ‘Waspada’ dan 1.07% yang terdeteksi ‘Tercemar’. Selebihnya, tidak ada
tanda-tanda pencemaran DO yang terdeteksi di Ajibata, Haranggaol, Parapat.
Gambar 4.14. Data suhu air pengukuran ke-2
dan kemudian tetap stabil di 24.5℃ sampai 3200 baris data. Garis hijau menunjukkan suhu air yang terdapat di Haranggaol yaitu stabil di 24.5℃ setelah 3000 baris data. Garis ungu menunjukkan suhu air yang terdapat di Parapat yaitu 26.5℃ dan perlahan turun ke 24.5℃ setelah 800 baris data.
Gambar 4.15. Data suhu udara pengukuran ke-2
Gambar 4.16. Data kelembaban udara pengukuran ke-2
diambil dari Ajibata yaitu 29℃, kemudian naik ke 34℃ dan kemudian turun ke 25℃ setelah 2000 baris data. sedangkan kelembabannya berada pada nilai 35. Garis merah menunjukkan suhu udara yang diambil dari Ambarita yaitu 29℃ kemudian turun ke 24℃ setelah 1000 baris data, sedangkan kelembabannya adalah 45 dan naik ke 65 setelah 1000 baris data, dan kemudian stabil di 65 setelah 3000 baris data. Garis hijau menunjukkan suhu udara yang diambil dari Haranggaol yaitu stabil di 22℃ sampai 24℃, dan kelembabannya adalah 95 dan terus turun ke 65 setelah 3000 baris data. Garis ungu menunjukkan data suhu udara yang diambil dari Parapat yaitu 28℃ dan turun ke 25℃ setelah 1000 baris data, sedangkan kelembabannya adalah 45.
Gambar 4.17. Data ORP dari pengukuran ke-2
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dari sistem yang dijalankan serta saran terhadap apa saja yang perlu dikembangkan pada penelitian selanjutnya
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network di Danau Toba adalah sebagai berikut:
1. Penelitian Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless
Sensor Network di Danau Toba berhasil diimplementasikan.
2. Berdasarkan hasil dari penelitian ini, penulis menyimpulkan dari data yang didapat bahwa kondisi air di Danau Toba pada pengukuran pertama pada
tanggal 26 Juni 2016 berada pada level ‘Waspada’ pada semua titik
pengukuran, dan pengukuran kedua pada tanggal 26 Oktober 2016 berada pada
level ‘Normal’ di Ajibata, Parapat dan Ambarita. Dan level ‘Tercemar’ di
Haranggaol.
5.2 Saran
Adapun saran yang diberikan oleh penulis untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:
1. Dapat menggunakan Arduino Uno yang mempunyai RAM lebih besar dan menambah parameter yang dapat diintegrasikan dengan microcontroller.
BAB 2
LANDASAN TEORI
Bab ini membahas teori dan penelitian sebelumnya tentang sistem Real-time yang telah diterapkan untuk penelitian kualitas air.
2.1. Pencemaran Air
Air adalah senyawa kimia yang merupakan unsur yang sangat penting untuk makhluk hidup di bumi. Fungsi air bagi kelangsungan hidup tidak dapat digantikan dengan senyawa lain. Tetapi diperkirakan 98% air di bumi adalah air yang tidak memenuhi syarat untuk diminum karena tingkat kadar garam yang sangat tinggi. Sekitar 2% air yang ada di bumi merupakan air bersih yang bisa diminum, 1.6% terdapat pada pegunungan es. Sementara 0.36 % lainnya ditemukan di bawah tanah. (Kumar dan Lee, 2012)
Pencemaran air merupakan sebuah situasi dimana kualitas air di suatu tempat mengalami penurunan dikarenakan oleh faktor-faktor dari luar. Danau, sungai, lautan dan air tanah adalah bagian penting dalam siklus kehidupan manusia dan merupakan salah satu bagian dari siklus hidrologi. Selain mengalirkan air juga mengalirkan sedimen dan polutan. Berbagai macam fungsinya sangat membantu kehidupan manusia. Pemanfaatan terbesar danau, sungai, lautan dan air tanah adalah untuk irigasi pertanian, bahan baku air minum, sebagai saluran pembuangan air hujan dan air limbah, bahkan sebenarnya berpotensi sebagai objek wisata.
Faktor-faktor dari luar yang menyebabkan pencemaran air diantaranya adalah aktivitas manusia yang menghasilkan limbah rumah tangga, kasus-kasus lain yang dapat menyebabkan pencemaran air di antaranya adalah.
Sampah organik seperti air comberan menyebabkan peningkatan kebutuhan oksigen pada air yang menerimanya yang mengarah pada berkurangnya oksigen yang dapat berdampak parah terhadap seluruh ekosistem.
Industri membuang berbagai macam polutan ke dalam air limbahnya seperti logam berat, toksin organik, minyak, nutrien dan padatan. Air limbah tersebut memiliki efek termal, terutama yang dikeluarkan oleh pembangkit listrik, yang dapat juga mengurangi oksigen dalam air.
Seperti limbah pabrik yg mengalir ke sungai seperti di Sungai Citarum
Pencemaran air oleh sampah
Penggunaan bahan peledak untuk menangkap ikan
Salah satu kekayaan alam Sumatera Utara yang paling luar biasa adalah Danau Toba. Danau Toba merupakan danau volkano tektonik. Letusan gunung Toba terjadi sekitar 75.000 tahun lalu mengakibatkan terjadinya luncuran magma sebanyak 2.800 Km3, sehingga perut bumi menjadi kosong. Danau ini terletak pada garis lintang dan
garis bujur antara 98®30′ BT; 3®05′ LS dan 99®20 BT’; 2®40′ LS. Luas permukaan
air danau adalah 1.130 Km2, daerah tangkapan air 3.698 Km2, kedalaman 505 m, panjang 110 km dan lebar 30 km. Volume air Danau Toba diperkirakan 1,18 triliyun meter kubik.
2.2. Sensor Air
Untuk sensor dalam air, digunakan beberapa sensor diantaranya DS18S20 untuk mengukur suhu air, Analog pH Meter Pro untuk mengukur pH air, Dissolved Oxygen Sensor Kit untuk mengukur DO air, dht11 untuk mengukur suhu dan kelembaban udara, ORP meter untuk mengukur kadar ORP air.
2.2.1. DS18S20 Probe
Sensor DS18S20, sebuah sensor kedap air yang dapat diprogram tingkat resolusinya, diproduksi oleh DALLAS Company. Sensor digunakan untuk melakukan pengukuran terhadap suhu di dalam air karena sifatnya yang kedap air. Dengan menggunakan tegangan antara 3.0v-5.0v, dapat melakukan pengukuran pada rentang suhu -55°C to +125°C dalam renggang waktu 60 detik per pembacaan(Dallas, 2014).
Gambar 2.1. Diagram Blok Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
ROM 64-bit, seperti yang terlihat pada gambar 2.1, menyimpan kode serial unik perangkat. Memori lapisan alas berisi 2-byte register suhu yang menyimpan keluaran digital dari sensor suhu. Selain itu, lapisan alas menyediakan akses ke 1-byte atas dan bawah dari alarm register pemicu (TH dan TL) dan 1-byte register konfigurasi.
adalah nonvolatile (EEPROM), sehingga mereka akan menyimpan data saat perangkat dimatikan.
Sensor DS18S20 menggunakan sebuah kabel protokol bus eksklusif maxim yang menerapkan komunikasi bus menggunakan satu sinyal kontrol. Garis kontrol memerlukan resistor pull up lemah karena semua perangkat yang terhubung ke bus melalui 3 bagian atau open-drain port (pin DQ pada sensor DS18S20).
Dalam sistem bus ini, mikroprosesor (perangkat master) mengidentifikasi dan mengalamatkan perangkat pada bus menggunakan kode unik 64-bit dari masing-masing perangkat. Karena masing-masing-masing-masing perangkat memiliki kode unik, jumlah perangkat yang dapat diatasi pada satu DS18S20 bus hampir tak terbatas. Sebuah kabel protokol bus, termasuk penjelasan rinci tentang perintah dan slot waktu, tertutup di bagian kabel sistem bus. Untuk secara lebih jelas, bentuk dari sensor DS18S20 dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Bentuk Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
Beberapa penelitian untuk melakukan pengukuran suhu air telah dilakukan dengan menggunakan sensor ini, Huang Hui dan Yin Xinghui pada tahun 2009 melakukan penelitian terhadap penggunakan sensor tersebut, yang dapat melakukan pengukuran dengan perubahan minimal 0.0625 ℃ (Hui, 2009).
Sebanyak empat buah sensor digunakan dalam penelitian tersebut. Dua buah sensor di letakkan di luar dan dua buah sensor di letakkan pada bagian dalam, selain itu dilakukan pembacaan pada rentang suhu yang berbeda yakni pembacaan pada rentang suhu 60 °C sampai dengan -20 °C dan sebaliknya selama lima sampai enam detik. Dari hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk temperatur dari -20ºC sampai 30ᵒC, penunjukan data sensor suhu analog yang ada pada modul APRS masih dianggap valid karena perbedaannya dengan sensor suhu DS18S20 yang dipakai sebagai kalibrator cuma sedikit yaitu sekitar ± 1 °C, sedangkan untuk temperatur 30 °C sampai 60 °C sensor suhu analog sudah dianggap tidak valid karena perbedaannya sudah terlampau jauh dengan sensor suhu DS18S20.
2.2.2. Analog pH Meter Pro
Analog pH Meter Pro merupakan sebuah kit dalam melakukan pengukuran tingkat keasaman dalam air, berdasarkan datasheet (D-Robotics, 2010). Yang dikeluarkan oleh manufakturnya, dimana memiliki kemampuan pengukuran pH dari 0-14pH. Dimana dapat melakukan pengukuran dalam suhu 0-60 ℃, dimana tingkat keakuratan ± 0.1pH pada pengukuran pada suhu 25 ℃.
Tabel 2.1. Hasil Pengukuran pH dalam milivolt.
informasi gambar 2.1 yang bersumber dari datasheet sensor tersebut dapat digunakan sebagai tolok ukur dalam menghasilkan pembacaan tingkat keasaman dalam air.
Sensor ini sendiri memiliki tiga buah pin, yaitu pin BND, pin VCC dan pin interface. Untuk melakukan penghubungan antara arduino dengan sensor pH Meter pro, dapat melihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Skema Pengkabelan pH Meter (D-Robotics, 2010).
Sensor tersebut menggunakan tegangan 5V yang didapatkan dari power supply arduino, dan menghasilkan output melalui pin analog. Karena termasuk dalam katagori sensor analog, maka diperlukan kalibrasi manual untuk menghasilkan pembacaan yang akurat. Berdasarkan datasheet dari sensor tersebut, kalibrasi yang diperlukan cukup dengan mencelupkan sensor tersebut kedalam sebuah larutan penyangga (Buffer Solution) standar yang sebisa mungkin memiliki pH dalam rentang 5-7 pH.
2.2.3. Dissolved Oxygen Sensor Kit
Gambar 2.4. DO Circuit
Berdasarkan gambar 2.4., dapat dilihat sirkuit DO memiliki enam buah pin, yakni : 1. Pin VCC
Pin merupakan pin yang menghasilkan tegangan antara 3.3V hingga 5V. 2. Pin PRB
Pin PRB merupakan pin yang menjadi jalur keluaran dari probe/sensor. 3. Pin PGND
Pin PGND merupakan pin ground untuk probe/sensor. 4. Pin Tx
5. Pin Rx 6. Pin GND
Pin GND merupakan pin ground bagi sirkuit sendiri.
Sedangkan Probe Sensor sendiri berbentuk batangan yang dihubungkan dengan sebuah kabel, seperti yang terlihat pada gambar 2.5. DO Probe sendiri berkerja dengan menghasilkan tegangan listrik kecil sebesar 0.1 mV hingga 47 mV (Atlas Scientific, 2016).
2.2.4. Dht11 Air Temperature and Humidity Sensor
Sensor dht11 merupakan sensor untuk mengukur temperatur dan kelembaban udara, sensor ini diproduksi oleh perusahaan DFRobot. Sensor ini menggunakan power
supply 3.3v-5v DC, dan komunikasi dilakukan dengan metode Single-Wire
(D-Robotics, 2010). Sensor dht11 dapat dilihat pada gambar 2.6.
2.2.5. ORP meter DFrobot
Sensor ORP meter ini digunakan untuk mengukur tingkat kemampuan air untuk mengoksidasi zat terlarut sensor ini diproduksi oleh DFRobot. Sensor ini merupakan sensor analog, dan menggunakan power supply 3.3v-5v DC, komunikasi dilakukan dengan menggunakan BNC connector yang sudah diberikan ketika membeli sensor (DFrobot , 2010). sensor ORP dapat dilihat pada gambar 2.7.
2.3. Arduino Uno
Gambar 2.8. Arduino Uno
2.4. GSM Shield
Gambar 2.9. GSM Shield
2.2. Tabel Penelitian Terdahulu
No. Judul Peneliti Metode Keterangan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air di danau toba, terutama di Kabupaten Haranggaol Provinsi Sumatera Utara di- klasifikasikan sebagai air yang tercemar (Debi et al. 2013). Pencemaran air di Danau Toba disebabkan oleh banyak faktor antara lain limbah rumah tangga, limbah industry, limbah dari daerah persawahan, limbah dari transportasi publik. Semakin memburuknya kualitas air di Danau Toba menyebabkan dampak negatif ke sektor pariwisata dan kesehatan penduduk lokal. Eutrofikasi dapat menyebabkan tumbuhnya banyak ganggang yang menyebabkan berkurangnya kadar oksigen terlarut, berubahnya tingkat keasaman, dan kejernihan air (Camargo et al. 2005) (Friberg et al. 2010). Perubahan seperti ini dapat menyebabkan perubahan pada habitat di danau. Berubahnya kadar dari zat-zat yang penting di air danau dapat menyebabkan juga berkurangnya pasokan air bersih untuk kebutuhan sehari-hari masyarakat sekitar danau (MEA , 2005)(Bennett et al.2009)
Mengukur kadar kualitas air di Danau Toba dapat dilakukan dengan mengambil sampel air di daerah yang sudah ditentukan. Sampel ini kemudian akan diuji di laboratorium untuk mendapatkan hasil dari kualitas air, yang akan digunakan sebagai parameter untuk menentukan tingkat polusi yang terdapat di air. Proses ini akan dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan hasil yang maksimal, tentu akan memakan waktu yang lumayan lama, dan biaya yang lumayan besar. Untuk meminimalisir waktu dan biaya yang dikeluarkan, proses pengukuran sebaiknya dilakukan dengan mengimplementasikan komputer dan teknologi informasi (Lambrou
et al. 2014)
gabungkan dengan beberapa sensor air seperti sensor DO (dissolved oxygen), sensor pH air, sensor suhu air, sensor kelembaban dan suhu udara, akan menjadi sebuah alat untuk mengukur tingkat polusi yang terdapat di dalam air.
Indikasi dari pencemaran kualitas air di danau toba telah menyebabkan berkurangnya popularitas dari Danau Toba di sektor pariwisata. Untuk itu, perlu di implementasikan sebuah alat untuk memonitor kualitas air secara real-time di Danau Toba. Sistem ini bisa dipakai juga oleh Pemerintah setempat atau institusi lain yang memainkan peran penting dalam menjaga sektor pariwisata di danau Toba, dan juga akan membuat waktu dan biaya yang dikeluarkan untuk pemantauan lebih efisien.
1.2. Rumusan Masalah
Danau Toba adalah salah satu tujuan utama pariwisata di Indonesia, Sehingga kualitas air Danau Toba harus selalu diperhatikan. Oleh karena itu diperlukan sebuah sistem untuk memonitoring tingkat polusi di dalam air di Danau Toba secara real-time sehingga Pemerintah Daerah dapat menggambil tindakan secara cepat untuk menangani masalah penurunan kualitas air.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan monitoring polusi air secara real-time di Danau Toba menggunakan wireless sensor network.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang akan dibahas adalah :
1. Lokasi yang akan dipantau berpusat di Danau Toba (Ajibata, Parapat, Haranggaol, Ambarita)
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk membantu Pemerintah dan masyarakat dalam memonitor polusi air di Danau Toba secara real-time . Selain itu, data yang didapat saat melakukan penelitian dapat digunakan untuk banyak keperluan lain nantinya.
1.6. Metodologi Penelitian
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Studi Literatur
Tahap ini dilakukan untuk memperoleh referensi mengenai parameter yang akan diukur yaitu Dissolved oxygen, pH, ORP, suhu udara dan kelembaban udara, serta mencari beberapa referensi tentang Real-Time Monitoring untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network dari berbagai jurnal, buku, artikel online maupun offline serta beberapa sumber referensi lainnya
2. Analisis Permasalahan
Tahap ini dilakukan untuk menganalisis sumber referensi yang diperoleh dari tahap studi literatur terhadap Real-Time Monitoring System untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network, serta tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini yaitu pengukuran nilai kualitas air yang ada di beberapa tempat di Danau Toba.
3. Perancangan
Pada tahap ini dilakukan perancangan arsitektur, cara mengumpulkan data, serta perancangan antarmuka. Proses perancangan dilakukan berdasarkan hasil analisis terhadap studi literature yang telah didapatkan.
4. Implementasi
5. Pengujian
Tahap ini merupakan pengujian dari sistem yang telah dibuat di beberapa titik di Danau Toba.
6. Dokumentasi dan Penyusunan Laporan
Tahap ini dilakukan dokumentasi dan penyusunan laporan hasil evaluasi analisis dan implementasi Real-Time Monitoring System untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network di Danau Toba.
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dari skripsi ini terdiri dari lima bagian utama yaitu:
Bab 1: Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang penelitian yang dilakukan, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab 2: Landasan Teori
Bab ini berisi teori-teori yang diperlukan untuk memahami permasalahan yang di hadapi tentang pencemaran air, dan beberapa parameter yang diukur dalam penerapan
Real-Time Monitoring System untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network
di Danau Toba.
Bab 3: Analisis dan Perancangan
Bab ini berisi penjelasan arsitektur umum, Wiring Diagram, Alur Pemrograman, pembagian class pada pemrograman dalam sisi sensor, dan perancangan antarmuka serta contoh sensor buoy yang dibuat.
Bab ini berisi pembahasan tentang hasil yang didapat dari implementasi sistem dari perancangan yang sudah dijabarkan di bab 3. Selain itu, hasil yang diperoleh dari pengujian sistem juga dijelaskan pada bab ini.
Bab 5: Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi ringkasan dan kesimpulan dari rancangan dan implementasi dari sistem
Real-Time Monitoring System untuk polusi air menggunakan Wireless Sensor Network
Danau Toba merupakan salah satu destinasi wisata paling penting di Indonesia, khususnya di kawasan provinsi Sumatera Utara. Seiring berkembangnya pariwisata di Danau Toba, kemungkinan terjadinya pencemaran lingkungan terutama pencemaran polusi air juga bertambah. Situasi ini membuat perlu adanya sebuah sistem yang dapat memonitor kondisi kualitas air di Danau Toba. Dalam penelitian ini, penulis mengembangkan sebuah metode untuk mengumpulkan data dari polusi air yang terdapat di Danau Toba secara real-time. Metode yang dipakai dalam penelitian ini mempunyai beberapa parameter yang diukur yaitu tingkat oksigen terlarut air, tingkat pH air, tingkat suhu air, tingkat ORP air, tingkat suhu udara dan tingkat kelembaban udara. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi di atas permukaan air Danau Toba untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Dan hasil dari penelitian ini sudah menunjukkan bahwa beberapa tempat di Danau Toba dapat dimonitor secara efektif.
Kata kunci: sistem real-time, polusi air, Danau Toba, sensor air, wireless sensor
ABSTRACT
Lake Toba serves as an important tourism attraction in Indonesia, especially in the region of North Sumatera province. As tourism in Lake Toba develops, the possibility of environmental issues in Lake Toba, mainly water quality, also increases. This condition increases the necessity for a system that can monitor the environment condition, especially the water quality in Lake Toba. In this paper, we propose a design and development to gather and process data about water pollution in Lake Toba in a real-time process. Our proposed design consists of several sensors which record several parameters, such as Dissolved Oxygen Level, pH level, Water Temperature, Air Humidity and Air Temperature. These sensor buoys will be placed on several locations on Lake Toba’s surface to increase the effectiveness of measurement, thus improving the measurement result. Finally, the real-time measured values from the sensors will be gathered and processed in one main controller; the experiment result shows that certain area can be monitored effectively.
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
ATHMANATHAN 121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah
ATHMANATHAN 121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Judul : REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
Kategori : SKRIPSI
Nama : ATHMANATHAN
Nomor Induk Mahasiswa : 121402097
Program Studi : S1 TEKNOLOGI INFORMASI
Departemen : TEKNOLOGI INFORMASI
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI
INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1
M. Fadly Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
NIP. 19830129 200912 1 003 NIP. 19860303 201012 1 004
Diketahui/disetujui oleh
Program Studi S1 Teknologi Informasi Ketua,
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, 28 April 2017
Puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta restu-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Informasi.
Pertama, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.. selaku pembimbing pertama dan Bapak M. Fadly Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT selaku pembimbing kedua yang telah meluangkan waktu dan tenaganya untuk membimbing penulis dalam penelitian serta penulisan skripsi ini. Tanpa inspirasi serta motivasi yang diberikan dari kedua pembimbing, tentunya penulis tidak akan dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Seniman S.Kom., M.Kom., sebagai dosen pembanding pertama dan Bapak Ainul Hizriadi, S.Kom ., M.Sc sebagai dosen pembanding kedua yang telah memberikan masukan serta kritik yang bermanfaat dalam penulisan skripsi ini. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada semua dosen serta pegawai di lingkungan program studi Teknologi Informasi, yang telah membantu serta membimbing penulis selama proses perkuliahan.
Penulis tentunya tidak lupa berterima kasih kepada orang tua penulis, yaitu Bapak Selvanathan , Ibu Yeniaty yang telah membesarkan penulis dengan sabar dan penuh kasih sayang, serta doa dari mereka yang selalu menyertai selama ini. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada adik penulis Sonia Jayanthi dan adik penulis Karunanathan yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.
Danau Toba merupakan salah satu destinasi wisata paling penting di Indonesia, khususnya di kawasan provinsi Sumatera Utara. Seiring berkembangnya pariwisata di Danau Toba, kemungkinan terjadinya pencemaran lingkungan terutama pencemaran polusi air juga bertambah. Situasi ini membuat perlu adanya sebuah sistem yang dapat memonitor kondisi kualitas air di Danau Toba. Dalam penelitian ini, penulis mengembangkan sebuah metode untuk mengumpulkan data dari polusi air yang terdapat di Danau Toba secara real-time. Metode yang dipakai dalam penelitian ini mempunyai beberapa parameter yang diukur yaitu tingkat oksigen terlarut air, tingkat pH air, tingkat suhu air, tingkat ORP air, tingkat suhu udara dan tingkat kelembaban udara. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi di atas permukaan air Danau Toba untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Dan hasil dari penelitian ini sudah menunjukkan bahwa beberapa tempat di Danau Toba dapat dimonitor secara efektif.
Kata kunci: sistem real-time, polusi air, Danau Toba, sensor air, wireless sensor
ABSTRACT
Lake Toba serves as an important tourism attraction in Indonesia, especially in the region of North Sumatera province. As tourism in Lake Toba develops, the possibility of environmental issues in Lake Toba, mainly water quality, also increases. This condition increases the necessity for a system that can monitor the environment condition, especially the water quality in Lake Toba. In this paper, we propose a design and development to gather and process data about water pollution in Lake Toba in a real-time process. Our proposed design consists of several sensors which record several parameters, such as Dissolved Oxygen Level, pH level, Water Temperature, Air Humidity and Air Temperature. These sensor buoys will be placed on several locations on Lake Toba’s surface to increase the effectiveness of measurement, thus improving the measurement result. Finally, the real-time measured values from the sensors will be gathered and processed in one main controller; the experiment result shows that certain area can be monitored effectively.
Hal.
2.2.3. Dissolved Oxygen Sensor Kit 13
2.2.4. Dht11 Air Temperature and Humidity Sensor 13
2.2.5. ORP meter DFrobot 14
2.3. Arduino Uno 15
3.1. Analisis Sistem 21
3.1.1. Wiring Diagram 21
3.1.2. Alur Pemrograman 22
3.2. Perancangan Antarmuka Sistem 25
3.3. Sensor Buoy 25
BAB 4 Implementasi dan Pengujian 26
4.1. Implementasi Sistem 26
4.1.1. Spesifikasi Perangkat Keras dan Lunak yang Digunakan 26
4.1.2. Implementasi Perancangan Antarmuka 26
4.2. Pengujian Sistem 30
4.2.1. Hasil Pengukuran Pertama 30
4.2.2. Hasil Pengukuran Kedua 35
BAB 5 Kesimpulan dan Saran 41
5.1. Kesimpulan 41
5.2. Saran 41
Hal.
Tabel 2.1. Hasil Pengukuran pH dalam minivolt 10
Tabel 2.2. Tabel Penelitian Terdahulu 17
Tabel 3.1. Sensor Class 23
Tabel 3.2. Struktur Database 24
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran pH-1 31
Tabel 4.2. Hasil Pengukuran DO-1 33
Tabel 4.3. Hasil Pengukuran pH-2 36
Hal. Gambar 2.1. Diagram Blok Sensor DS18S20 (Dallas, 2014). 8
Gambar 2.2. Bentuk Sensor DS18S20 (Dallas, 2014). 9
Gambar 2.3. Skema Pengkabelan pH Meter (D-Robotics, 2010). 11
Gambar 2.4. DO Circuit 12
Gambar 2.5. DO Probe 12
Gambar 2.6. Sensor dht11(D-Robotics, 2010). 13
Gambar 2.7. Sensor ORP (DFrobot , 2010). 14
Gambar 2.8. Arduino Uno 15
Gambar 2.9. GSM Shield 16
Gambar 3.1. Arsitektur umum sistem yang diajukan 19
Gambar 3.2. Pendeklarasian variabel untuk sensor DO 20 Gambar 3.3. Pendeklarasian variabel untuk GSM Shield 21 Gambar 3.4. Pendeklarasian variabel untuk pH dan ORP sensor 22 Gambar 3.5. Pendeklarasian variabel untuk DS18S20 sensor 22 Gambar 3.6. Pendeklarasian variabel untuk sensor suhu dan kelembaban udara 23
Gambar 3.7. Rancangan awal tampilan sistem 25
Gambar 3.8. Sensor Buoy 25
Gambar 4.4. Tampilan Data Suhu Air 28
Gambar 4.5. Tampilan Data Suhu Udara 29
Gambar 4.6. Tampilan Data Kelembaban Udara 29
Gambar 4.7. Data pH air pengukuran pertama 30
Gambar 4.8. Data DO air pengukuran pertama 32
Gambar 4.9. Data suhu air pengukuran pertama 33
Gambar 4.10. Data kelembaban udara pengukuran pertama 34
Gambar 4.11. Data suhu udara pengukuran pertama 34
Gambar 4.12. Data pH pengukuran kedua 36
Gambar 4.13. Data DO pengukuran kedua 37
Gambar 4.14. Data suhu air pengukuran kedua 38
Gambar 4.15. Data suhu udara pengukuran kedua 39
Gambar 4.16. Data kelembaban udara pengukuran kedua 39
