Sistem Monitoring Kadar Gas Berbahaya Pada Lokasi Parkiran Bawah Tanah Menggunakan Protokol MQTT

(1)

Fakultas Ilmu Komputer

68

Sistem Monitoring Kadar Gas Berbahaya Pada Lokasi Parkiran Bawah

Tanah Menggunakan Protokol MQTT

Loki Sudiarta Mongin1_{, Wijaya Kurniawan}2_{, Mochammad Hannats Hanafi Ichsan}3

Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email : 1_{lokisudiro@gmail.com,}2_{wijayakurnia@ub.ac.id,}3_{hanas.hanafi@ub.ac.id}

Abstrak

Pada umumnya bangunan parkir adalah bagian dari bangunan gedung tempat pusat kegiatan seperti pertokoan dan perkantoran yang dimanfaatkan khusus sebagai tempat parkir kendaraan sementara, selama melakukan aktivitas di gedung tersebut. Keterbatasan dan ketersediaan tempat terbuka maupun lahan kosong di sekitaran lokasi gedung-gedung ini, maka pemilihan lokasi parkir pada lantai dasar (basement) dan lantai atas (upper ground) menjadi pilihan utama, namun pemilihan lokasi ini sering sekali membuat para perancang maupun pengembang gedung mengabaikan kepentingan saluran udara yang berfungsi sebagai tempat bertukarnya udara segar dan gas polutan di lokasi parkiran tersebut sehingga nilai air change ratio (ACH) berada dalam ambang batas membahayakan bagi para pekerja maupun pengguna fasilitas parkir tersebut terutama pada area parkir basement paling banyak terdapat polusi udara gas buang dari keluar masuknya kendaraan bermotor. Mengacu pada uraian masalah tersebut, maka penulis membuat sebuah sistem pemantauan kadar gas polutan berbahaya yang terdapat pada lokasi parkiran bawah tanah menggunakan protokol komunikasi ringan berbasis MQTT yang metode pengirimanya menggunakan modul wifi ESP8266. Pada sistem ini juga terdapat sensor MQ-7 dan MQ-135 yang berfungsi sebagai alat pendeteksi awal perubahan kadar gas karbon monoksida dan nitrogen oksida yang selanjutnya hasil pembacaan sensor tersebut diolah oleh mikrokontroler Arduino Uno sehingga didapatkan hasil pengolahan data dalam bentuk format json yang kemudian dikirimkan ke web server dalam hal ini adalah thingsboard.io untuk ditampilkan dalam bentuk grafik dan chart agar dapat lebih mudah dipantau oleh user yang membutuhkan pembacaan perubahan kadar gas polutan pada lokasi tersebut. Dari hasil yang didapatkan setelah sistem ini berjalan secara keseluruhan, sistem memerlukan waktu untuk melakukan prosesing data berkisar antara 1.3 – 1,5 detik sedangkan untuk pengiriman data ke web server ditempuh dalam kurun waktu dibawah 2 detik.

Kata kunci: gas polutan, MQTT, parkir ruang bawah tanah. Abstract

(2)

Keywords: gas pollutants, MQTT, Basement parking

1. PENDAHULUAN

Udara merupakan salah satu hal yang menjadi bagian sangat penting bagi seluruh makhluk hidup yang menempati bumi ini, namun di era modern saat ini kualitas udara dari waktu ke waktu mengalami perubahan kearah yang semakin mengkhawatirkan akibat dari tingkat polusi yang sangat tinggi, sehingga kebutuhan akan udara bersih dan segar sangat susah didapatkan sejalan dengan pesatnya perkembangan pembangunan kota, industri, dan tingginya tingkat pembuangan emisi kendaraan bermotor. Khususnya di bidang transportasi, kendaraan bermotor menyumbang polutan tertinggi dikarenakan tingkat mobilitas masyarakat perkotaan sangat bergantung pada kendaraan bermotor dan sarana transportasi, dengan begitu semua mobilitas masyarakat tidak akan sulit ditempuh apabila ada sarana transportasi (Sengkey, 2011).

Indeks Standar Pencemaran Udara (ISPU) merupakan pedoman bagi masyarakat ataupun makhluk hidup lain sebagai parameter ataupun acuan untuk mengetahui seberapa baik dan buruknya kualitas udara disekitarnya dan bagaimana dampak yang terjadi pada kesehatan apabila terpapar dalam kurun waktu hari maupun hitungan jam. Pencemaran udara ditetapkan berdasarkan 6 pencemaran inti, yaitu: karbon monoksida (CO), Karbon Dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), nitrogen dioksida (NO2), ozon permukaan (O3), dan partikel debu (PM10). Hal tersebut diatur berdasarkan Keputusan Badan Pengendalian Dampak

Lingkungan (Bapedal) Nomor

KEP-107/Kabapedal/11/1997.

Menurut Badan Kesehatan Dunia (WHO), polusi udara dibagi berdasarkan Polusi Udara Dalam Ruangan (PUDR), Polusi Udara Luar Ruangan (PULR) dan polusi udara akibat dari lingkungan kerja. Secara paparan, polusi udara dalam ruangan jauh lebih besar dan berbahaya dikarenakan lebih cepat mencapai paru-paru dibandingkan dengan polusi luar ruangan maupun polusi udara dari lingkungan kerja (Hidayat, 2012). Banyak kita temukan Polusi Udara Dalam Ruangan (PUDR) terjadi dalam area gedung parkiran indoor atau basement karena merupakan salah satu alternatif pilihan yang ada bagi para pengguna kendaraan

bermotor mengingat semakin sedikitnya ruang terbuka parkir pada saat ini, akan tetapi pemilihan tempat parkir ini sering sekali tidak memperhatikan kecukupan ventilasinya sebagai pertukaran udara bersih didalam lokasi parkir sehingga nilai Air Change Ratio (ACR) berada di bawah ambang batas yang ditentukan dan berakibat terakumulasinya gas polutan yang berasal dari hasil pembakaran kendaraan bermotor yang tidak sempurna dan mengandung timbal atau timah hitam (Pb), suspended particulate matter (SPM), oksida nitrogen (NOx), oksida sulfur (SO2), hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), karbon dioksidsa

(CO2) dan oksida fotokimia (Ox)” (BPLH DKI

Jakarta, 2013).

(3)

apabila terdeteksi dalam kondisi yang sangat membahayakan.

2. METODOLOGI

Pada metodologi penelitian yang penulis lakukan mencakupi beberapa hal penting guna mendapatkan hasil yang sesuai dengan tujuan penelitian ini yang akan ditunjukan pada bentuk susunan blok pada gambar 1.

Gambar 1. skema metodologi

2.1. Studi Literatur

Bagian ini merupakan tahapan proses selanjutnya yang dilakukan untuk mendapatkan, mengetaahui serta mengumpulkan beberapa informasi dan data yang berasal dari jurnal, buku, maupun artikel yang berkaitan dengan perancangan dan penelitian pada sistem yang akan dibuat agar berguna untuk menentukan titik acuan yang jelas. antara lain adalah :

- Arduino Uno

Memahami secara mendetail kegunaan fungsi

mikrokontroler Arduino Uno sebagai piranti utama dalam hal pemrosesan data yang didapatkan dari hasil pembacaan sensor melalui koneksi pin-pinya.

- Sensor MQ-7 dan MQ-135

Mencari Informasi mengenai kegunaan serta mempelajari bagaimana cara kerja pembacaan sensor melalui datasheet yang dimiliki sensor MQ-7 dan MQ-135

- Protokol MQTT

Memahami bagaimana prosedur kerja

komunikasi Protokol MQTT serta membaca referensi penggunnaan protokol MQTT.

- ESP8266

Mengumpulkan beberapa referensi dalam hal pemanfaatan modul wifi ESP8266 serta memhami cara kerjanya dalam proses pengiriman data melalui jaringan nirkabel.

- Thingsboard

Mengetahui secara keseluruhan peran dan keterkaitan fungsi thingsboard dalam komunikasi MQTT.

2.2 Analisis Kebutuhan Sistem

Dalam rancangan pembangunan sistem ini dibutuhkan 2 aspek kebutuhan yang terbagi menjadi:

− Kebutuhan Fungsional

-

Sensor MQ-7 dan MQ-135 digunakan

sebagai pembaca kandungan kadar gas

karbon monoksida dan nitrogen oksida pada

lokasi parkiran bawah tanah.

- Masukan nilai kadar gas berbahaya yang di

dapat dari pembacaan kedua sensor

selanjutnya dikirim menuju Arduino Uno

melalui koneksi pin untuk di proses sebelum

siap diteruskan ke ESP8266.

- Pada tampilan dashboard web server dalam hal ini yang bertindak adalah Thingsboard.io menampilkan hasil pembacaan data kedua sensor dalam bentuk chart dan grafik.

− Kebutuhan Non Fungsional

- Diperlukan sumber daya yang stabil dana sesuai dengan kebutuhan masing-masing komponen agar sistem dapat berjalan secara optimal tanpa adanya kendala yang berarti.

(4)

ditampilkan pada halaman dashboard thingsboard membutuhkan koneksi internet yang stabil.

- Dalam halaman dashboard thinsgboard pembacaan data kadar gas dapat terlihat dalam bentuk grafik dan chart untuk mempermudah subscriber melihat pemantaun kadar gas tersebut.

3. PERANCANGAN DAN

IMPLEMENTASI

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Dalam perancangan alat yang terdapat dalam sistem monitoring kadar gas berbahaya ini terdapat 4 bagian inti, yakni perangkat sensor, mikrokontroler Arduino Uno, modul wifi ESP8266, dan protocol komunikasi MQTT yang hasil outputnya akan dikirim dan ditampilkan pada Thingsboard. Selanjutnya bisa dilihat di gambar 2.

Gambar 2. Perangkat Keras

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa dalam sistem ini membutuhkan inputan gas berbahaya nitrogen oksida dan karbon monoksida hasil dari pembacaan kedua sensor yang kemudian diteruskan ke mikrokontroler Arduino Uno melalui koneksi pin untuk diolah dan diproses sebelum dikirimkan lagi ke modul wifi ESP8266 dalam bentuk format data Json yang kemudian selanjutnya siap dikirimkan lagi menuju web server thingsboard.io menggunakan protocol komunikasi MQTT berbasis publish dan subscribe

Proses yang terjadi dalam modul wifi ESP8266 adalah menerima hasil olahan data berformat json yang bersumber dari Arduino Uno melalui koneksi pin RX untuk selanjutnya dikirimkan lagi melalui koneksi pin D2 ke web server menggunakan QoS level 0 dan 1 untuk menjamin data yang dikirimkan oleh publish dapat diterima denga konfirmasi sebelumnya ataupun tanpa konfirmasi dari subscribe.

Kemudian pada proses selanjutnya setelah data dikirimkan oleh publish maka MQTT Broker dalam hal ini Thingsboard siap mendistribusikan data kepada subscribe yang sebelumnya telah berlangganan dan tertarik untuk mendapatkan hasil pembacaan data tersebut dengan kondisi real time sesuai dengan waktu kondisi aksesnya yang ditampilkan dalam hasil grafik dan chart guna mempermudah pembacaan data kadar gas polutan di lokasi parkiran bawah tanah.

3.2 Perancangan perangkat lunak

Sebelum memulai pada tahap selanjutnya perlu dilakukan pembuatan flowchart sistem seacara menyeluruh yang dapat dilihat pada gambar 3 untuk lebih jelasnya.

Gambar 3 Flowchart sistem

(5)

pembacaan sensor tersebut gagal maka sistem mengisntruksikan kembali untuk melakukan pembacaan ulang melalui fungsi IsNan yang terdapat dalam kode program. Kemudian setelah uraian proses tersebut berjalan tanpa kendala maka modul wifi ESP8266 barsiap untuk mengirim data menuju Thingsboard dengan menggunakan Protokol MQTT.

4. PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian Konektivitas ESP8266

Pada proses ini dilakukan uji kerja koneksi untuk mengetahui kinerja pada ESP8266 apakah sudah sesuai peruntukanya atau tidak. langkah awal dilakukan adalah mencoba modul wifi ESP8266 bisa terhubung ke titik akses point yang telah ditentukan untuk mendapatkan akses internet. Apabila berhasil maka pada serial monitor akan menampilkan hasil pembacaan

“connected to lenova”.

Gambar 4. Uji koneksi ESP8266

Pada gambar 4, terlihat ESP8266 melakukan uji coba koneksi ke ssid yang sudah ditentukan sebelumnya dan setelah dapat terkoneksi dengan baik makan selanjutnya mencoba uji koneksi ke web server dalam hal ini adalah thingboard.io.

4.2 Pembacaan Data sensor

Pada tahapan selanjutnya dalam proses ini dilakukan untuk mengetahui apakah kedua sensor yang digunakan dapat bekerja dengan baik dalam membaca perubahan kadar gas yang hasil pembacaanya dapat dipantau di serial monitor.

Gambar 5. Uji kinerja sensor

4.3 Pengujian Delay

Pada tahapan pengujian delay sistem monitoring kadar gas berbahaya pada lokasi parkiran bawah tanah ini dari mulai sistem dihidupakan dan mulai mengumpulkan data gas melalui pembacaan sensor hingga ditampilkan pada serial monitor lalu dilanjutkan lagi melakukan pengiriman data menuju web server didapatkan delay waktu antara 1,37 – 1,4 detik. Delay waktu ini dapat berubah-ubah karena di pengaruhi beberapa faktor antara lain kondisi koneksi internet yang terkadang tidak stabil yang sangat berpengaruh kepada modul wifi ESP8266 yang sangat sensitive terhadap perubahan

kecepatan koneksi dalam waktu

pengoperasianya dan sangat memungkinkan terjadinya paket data yang dikirimkan menuju Broker dapat hilang atau loss. Selain itu juga kondisi server thingsboard terkadang tidak stabil.

(6)

Tabel 4. Delay thingsboard

5. KESIMPULAN

Dari hasil perancangan sistem monitoring kadar gas berbahaya pada lokasi parkiran bawah tanah menggunakan protocol MQTT yang dilengkapi modul wifi ESP8266 dapat ditarik kesimpulan bahwa perancangan sistem ini bertujuan untuk memantau kadar gas berbahaya yang terdapat pada lokasi parkiran bawah tanah, dimana gas polutan tersebut merupakan hasil dari asap pembakaran kendaraan bermotor yang terakumulasi di udara khusunya gas karbon monoksida dan nitrogen dioksida yang sangat berbahaya bagi keadaan lingkungkungan sekitarnya terutama bagi para pekerja serta pengguna fasilitas parkir tersebut .

Telah dilakukan serangkaian tes untuk menguji tingkat kelayakan sistem yang dibuat guna mendapatkan hasil yang akurat dari mulai pembacaan sensor, pengolahan data, metode pengiriman data dan menguji kehandalan MQTT sebagai protocol komunikasi antar perangkat berdaya rendah dengan kondisi internet yang tidak stabil sehingga data yang ditampilkan pada web server dalam kurun waktu yang bersifat real time.

6. DAFTAR PUSTAKA

Arduino. What is Arduino. Tersedia di: < https://www.Arduino.cc/en/Guide/Intro duction> [Diakses 1 September 2017]

PERATURAN MENTERI NEGARA

LINGKUNGAN HIDUP NOMOR 12

TAHUN 2010 TENTANG

PELAKSANAAN PENGENDALIAN

PENCEMARAN UDARA DI

DAERAH, MENTERI NEGARA

LINGKUNGAN HIDUP

Peraturan Pemerintah Nomor 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara

Ardi Budianto Bahaya Emisi Gas Buang Karbon Monoksida (CO) dan Timbal (Pb) Akibat Pembakaran Tidak Sempurna Kendaraan Bermotor Sebagai Polutan, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Jember

Muhamad Nur Arifin (2018) MONITORING

KADAR GAS BERBAHAYA

BERDASARKAN AMONIA DAN METANA PADA KANDANG AYAM

DENGAN MENGGUNAKAN

PROTOKOL HTTP, Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya, Malang

Alfaviega Septian Pravangasta (2018) SISTEM

MONITORING KADAR GAS

BERBAHAYA BERDASARKAN

AMONIA DAN METANA PADA PETERNAKAN AYAM BROILER

MENGGUNAKAN PROTOKOL

MQTT PADA REAL TIME SISTEM, Fakultas Ilmu Komputer Universitas `Brawijaya, Malang

Chaudhary, D.D., Nayse, S.P. & Waghmare, L.M., 2011. Application Of Wireless Sensor Network for Greenhouse Parameter Control in Precision Agriculture . Wireless & Mobile Networks, [online] [Diakses 1 Oktober 2017]