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.
Pada masa sekarang, terdapat banyak kegiatan yang dapat menimbulkan gangguan berupa pencemaran atau kerusakan terhadap lingkungan terutama pencemaran air di daerah Danau Toba. Semakin meningkatnya popularitas pariwisata dan banyaknya kegiatan penduduk yang menggunakan sumber air Danau Toba, kualitas air di beberapa daerah semakin berkurang dikarenakan pencemaran. Tingkat pencemaran air di lingkungan dapat dilihat dari beberapa parameter pengukuran seperti suhu, tingkat keasaman (Ph) air, tingkat kecerahan dan kadar larutan yang terdapat pada air.
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.
Konfigurasi daftar memungkinkan pengguna untuk mengatur resolusi dari suhu ke digital konversi ke 9, 10, 11, atau 12 bit. TH, TL, dan konfigurasi register
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).
Sensor DS18S20 pernah digunakan sebagai validator terhadap pembacaan suhu oleh sensor analog pada satelit LAPAN-A2. (Tahir, 2014) Pada penelitian tersebut sensor DS18S20 membandingkan pembacaan sensor analog LM 335.
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.
Pada tabel 2.1, dapat dilihat tegangan yang dihasilkan dalam pembacacaan oleh Analog pH meter pro. Angka yang dihasilkan oleh sensor ini merupakan tegangan listrik yang perlu dilakukan untuk mendapatkan pembacaan digital. Secara umum,
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
Dissolved Oxygen Sensor Kit merupakan sebuah kit yang terdiri dari sebuah circuit dan sebuah probe sensor. Sirkuit DO dapat melakukan pembacaan pada tingkat 0.01 to +35.99 mg/L dengan tingkat keakuratan hingga satu satuan angka. Dalam melakukan pembacaan sirkuit tersebut dapat bekerja pada tegangan 3.3V hingga 5V.
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
Arduino Uno adalah sebuah papan microcontroller berbasis ATmega328P, yang mempunyai 14 pin i/o digital dan 6 pin i/o analog. Alat ini mempunyai semua fitur yang diperlukan untuk menjalankan microcontroller. Hanya dengan mengkoneksikannya menggunakan kabel USB ke komputer, pengguna dapat memasukkan kode untuk mengoperasikan microcontroller jenis apapun.
2.4. GSM Shield
Gambar 2.9. GSM Shield
GSM Shield adalah alat yang digunakan untuk mengirim sinyal GPRS ke internet. GSM Shield ini dihubungkan ke microcontroller, setelah microcontroller menerima data dari beberapa perangkat yang terhubung, pengguna dapat mengirim data ke internet ke alamat ip tertentu untuk menyimpan data. GPRS Shield ini mempunyai port power supply nya sendiri, dan membutuhkan tegangan sebesar 5v agar dapat beroperasi. Dan module GSM Shield menggunakan SIM908 yang mempunyai modul GPS/GPRS didalamnya, dapat menjangkau frekuensi dari 850 Mhz sampai dengan 1900 Mhz.
2.2. Tabel Penelitian Terdahulu
No. Judul Peneliti Metode Keterangan
1. Nitrate and Sulfate Estimations in Water Sources Using a Planar
Electromagnetic Sensor Array and Artificial Neural Network Method Alif Syarafi Mohamad Nor, Mahdi Faramarzi, Mohd Amri Md Yunus, Sallehudin Ibrahim Planar Electromagnetic Sensor Array, Artificial Neural Network Penelitian ini menggunakan sensor elektromagnetik dan neural network untuk memonitoring kadar nitrat dan sulfat di dalam air
2. Solid-state sensors monitoring
parameters of water quality for the next generation of wireless sensor networks Serge Zhuiykov Real-time monitoring, Wireless Sensor Network Penelitian ini menggunakan wireless sensor network untuk memonitoring kadar carbon terlarut dan besi terlarut di dalam air 3. Smart sensors for
real-time water quality monitoring Subhas C Mukhopadhyay , Alex Mason Real-time monitoring, Wireless Sensor Network Penelitian ini menggunakan smart sensors untuk memonitoring kadar kualitas air 4. A Smart Sensor Network for Sea Water Quality Monitoring Francesco Adamo, Fillipo Attivismo, Carlo Guarnieri Calȯ Carducci, Anna Maria Luca L Real-time Monitoring, Wireless Sensor Network Penelitian ini meggunakan smart sensors untuk memonitoring kadar kualitas air di laut
