BAB III
KONSEP RANCANGAN
3.1 Kondisi saat ini
Bahaya polusi di kawasan perkotaan semakin memprihatinkan, tingkat emisi yang diakibatkan kendaraan bermotor yang kian meningkat setiap waktu turut menyumbang tingkat polusi saat ini. Di lain pihak, masyarakat cenderung kurang memperhatikan bahaya akan polusi udara, terlebih lagi terbatasnya media informasi yang dapat digunakan sebagai referensi yang dapat menunjukkan seberapa besar tingkat emisi kendaraan bermotor di suatu kawasan tersebut.
3.2 Kondisi yang diinginkan
Maka berdasarkan uraian pada bab-bab sebelumnya, kondisi yang diharapkan dapat dicapai melalui rancangan alat monitoring uji emisi kendaraan bermotor ini adalah masyarakat perkotaan dapat mengetahui seberapa besar tingkat emisi kendaraan bermotor pada suatu kawasan melalui media web server sehingga informasi tentang emisi kendaraan bermotor dapat diakses dengan mudah setiap waktu tanpa khawatir sedang berada di tempat lain yang jauh dari lingkungan termonitor. Manfaat lebih besar lagi adalah konsep monitoring ini dapat digunakan untuk menganalisa dan mengambil tindakan pencegahan setelah diketahui hasil pengukuran karbon monoksida yang menunjukkan tingkat emisi kendaraan bermotor pada suatu kawasan tersebut.
Sensor Pengkondisian
Sinyal Pemrosesan Sinyal Display 3.3 Rancang Bangun Alat Pendeteksi Emisi Kendaraan Bermotor
Sebagai dasar dari monitoring uji emisi kendaraan bermotor maka didesain sebuah rancang bangun alat uji emisi kendaraan bermotor berbasis Arduino dengan sensor MQ 7 untuk mengukur emisi kendaraan bermotor berupa gas carbon monoksida pada suatu kawasan tertentu. Kemudian, untuk meningkatkan mobilitas data hasil pengukuran maka ditambahkan konsep monitoring berupa pemrograman web server sehingga data pengukuran dapat dimonitor dari jarak jauh. Diagram rancang bangun alat uji emisi kendaraan bermotor adalah sebagai berikut :
Input Output
Sinyal Sinyal
Gambar 3.1 Diagram rancang bangun uji emisi kendaraan bermotor
Input Sinyal
Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran. Emisi polutan ini berasal dari sumber polusi, yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida (CO) dan sekitar 15% terdiri dari hidrokarbon (HC). Sumber-sumber polusi lainnya misalnya pembakaran,proses industri, pembuangan limbah, dan lain-lain. Emisi polutan berupa gas karbon monoksida (CO) yang berada di udara bebas inilah yang diharapkan dapat menjadi Input Sinyal bagi rancang bangun uji emisi kendaraan bermotor.
Sensor
Sensor yang digunakan adalah sensor gas MQ 7 yang berfungsi untuk mendeteksi perubahan parameter polutan berupa tingkat gas karbon monoksida (CO). Output dari sensor adalah resistansi, semakin tinggi output resistansi yang keluar maka semakin tinggi pula tingkat pencemaran udaranya, demikian sebaliknya.
Pengkondisian Sinyal
Elemen Analog to Digital Converter (ADC) sangat berperan penting dalam elemen pengkondisian sinyal ini. ADC akan mengubah output dari sensor MQ-7 yang masih berupa data analog menjadi data digital sehingga dapat dibaca dan diolah oleh mikrokontroller yaitu Arduino Uno.
Pemrosesan Sinyal
Elemen pemrosesan sinyal adalah elemen yang berfungsi untuk memproses sinyal CO hasil dari pembacaan sesnsor MQ-7 yang dalam hal ini adalah Arduino Uno. Arduino akan mengolah sinyal hasil pengkondisian ADC yang sudah diubah dari analog menjadi digital.
Display
Hasil pemrosesan sinyal oleh Arduino Uno kemudian akan ditampilkan melalui display berupa LCD monitor 2x8 dan serial monitor di aplikasi arduino.
Display juga akan menampilkan terlebih dahulu proses preheating dari sensor sebelum menampilkan Informasi kadar CO per PPM. Hasil data akan muncul sesaat setelah proses preheating selesai dan akan mulai start dari awal lagi setelah 5 kali pengambilan data sensor.
Output Sensor
Output hasil pengukuran yang ditampilkan oleh display juga akan menjadi input bagi proses selanjutnya yaitu proses monitoring. Akan didesain dua proses monitoring yaitu menggunakan notifikasi SMS melalui GSM Shield dan proses monitoring berbasis Web server yang menggunakan aplikasi HTML. Diharapkan melalui proses monitoring ini akan memudahkan peneliti untuk memantau hasil pengukuran emisi secara jarak jauh.
3.4 Rangkaian Switching Sensor
Power Switching untuk MQ-7 ini merupakan komponen-komponen elektronik yang khusus digunakan untuk mensupply tegangan MQ-7 karena modul ini memerlukan tegangan 5V dan 1.4 Volt secara bergantian. Sebagaimana yang tertulis pada datasheet sensor MQ-7, bahwa sensor tersebut memerlukan supply tegangan sebesar 5V selama 60 detik, dan 1.4 Volt selama 90 detik. Rangkaian terdiri dari Voltage Regulator LM 317 untuk pengatur tegangan menjadi 1.4 Volt, Resistor 1K Ω, 1,2 K Ω, 180 Ω , dan switching transistor berupa transistor NPN.
Input VCC 5V akan didapatkan dari modul Arduino kemudian akan melewati IC Voltage regulator LM 317. Kemudian input digital akan diberikan ke
transistor NPN Q1 dan Q2, transistor akan berperan seperti keran air yang berfungsi sebagai switching voltase apabila diberi input digital. Apabila Q1 diberikan input 1 dan Q2 diberikan input 0 maka transistor npn Q1 akan menahan tegangan 1,4 V dari voltage regulator LM 317 sedangkan transistor npn Q2 akan membuka dan melewatkan tegangan 5V menuju output. Begitu pula sebaliknya, apabila Q1 diberikan input 0 dan Q2 diberikan input 1 maka transistor npn Q1 akan membuka dan melewatkan tegangan 1,4 V dari voltage regulator LM 317 menuju output sedangkan transistor npn Q2 akan menahan tegangan 5V dari vcc.
Gambar 3.2 Rangkaian Switching Sensor
3.5 Konsep Monitoring Uji Emisi Kendaraan Bermotor
Dalam penelitian tugas akhir ini akan dirancang suatu konsep monitoring uji emisi kendaraan bermotor berbasis arduino uno dengan menggunakan sensor MQ 7 untuk mendeteksi kadar CO yang hasilnya akan dimonitor jarak jauh melalui Web Server. Konsep rancangan dapat diuraikan dengan blok diagram sederhana seperti berikut:
Gambar 3.3 Konsep rancangan
Identifikasi Hasil Pembacaan Sensor Alat
Sensor MQ 7 memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cepat. Pada sensor ini terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena gas. Sensor ini mempunyai range pembacaan konsentrasi sebesar 10-10000 ppm. Nilai
mulai
Identifikasi Hasil Pembacaan Sensor Alat
Integrasi Output Pembacaan Sensor Alat
Perancangan Sistem Monitoring Alat (HTML)
Pembuatan Sistem Display Monitoring
Pengujian Alat
Pengambilan Data
Analisa dan kesimpulan
Selesai Cek
konsentrasi gas (ppm) dari sensor ini akan meningkat apabila nilai resistansi (Rs/Ro) menurun atau lebih kecil dari nilai konsentrasinya. Output yang dihasilkan oleh sensor MQ 7 berupa sinyal analog, output sensor dihubungkan ke analog digital converter (ADC), sehingga keluaran dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal digital.
Integrasi Output Pembacaan Sensor Alat
Hardware yang digunakan sebagai pemroses data adalah Arduino uno kemudian digunakan suatu peripheral tambahan berupa Ethernet shield yang dapat membuat hasil pemrosesan data oleh arduino dapat ditampilkan lewat internet. Output hasil pembacaan kadar CO oleh sensor MQ 7 akan diproses oleh Arduino Uno kemudian diteruskan ke Ethernet shield yang dapat memuat data yang terbaca di arduino ini ke internet ke dalam format HTML. Pada Ethernet shield terdapat konektor input (female RJ45) yang berfungsi untuk menghubungkan ke jaringan lokal atau jaringan internet. Untuk dapat mengukur tingkat polusi udara, pin Analog 0 (A0) di pasang sensor MQ 7. Besaran analog akan dikondisikan oleh internal ADC yang terdapat di dalam arduino sehingga tidak perlu menambahkan komponen terpisah untuk mengubah besaran analog menjadi digital. Sensor MQ 7 ini adalah sensor yang memiliki output yang masih analog, maka kaki tengah pada MQ 7 di arduino harus diletakkan pada pin A0 sampai A5. Pin paling kiri untuk meletakkan 5V dan Pin paling kanan untuk meletakkan ground. Integrasi pada konsep monitoring ini adalah, data dari sensor MQ 7 yang terbaca oleh Arduino akan diteruskan ke Ethernet Shield kemudian dikirim melalui kabel RJ45 yang terkoneksi ke suatu jaringan lokal atau jaringan internet sehingga data dapat ditampilkan melalui Webserver. Pada jaringan internet, data dikirim ke HTML lalu dikonversi menjadi bentuk besaran angka dan
dipetakan menjadi bentuk display per satuan waktu. Data display angka dapat dilihat pada web browser pada komputer (client).
Perancangan Sistem Monitoring Alat (HTML)
Data output dari sensor akan dikonversi ke bentuk prosentase PPM yang menunjukkan kadar polusi udara pada kawasan yang sedang diukur. Kemudian data akan dilewatkan jaringan (IP) , TCP (transmission control protocol) dan UDP (user datagram protocol). Protocol menghubungkan rangkaian-rangkaian yang saling terintegrasi untuk membentuk komunikasi data serial. Komunikasi ini menggunakan dua jalur yaitu jalur data serial (SDA) dan jalur clock serial (SCL). Sistem akan mengirimkan data berbasis protokol TCP/IP dan akan diunggah ke web server berupa halaman web yang berisi informasi-informasi tertentu. Data berupa prosentase PPM tadi berubah-ubah secara realtime sehingga tidak perlu me-refresh web browse, karena HTML akan terus mengkonversi dan streaming data terus-menerus dari data yang dirasakan oleh sensor yang dipasang pada arduino.
Javascript digunakan untuk memetakan bentuk grafik, warna grafik, lebar grafik, garis antara titik di grafik, font teks, ukuran font, letak grafik,border di reading box, warna garis border, loading background, ukuran panjang dan lebar display, dan terakhir garis tepi box dari display yang dipakai yang memang dibutuhkan untuk tampilan web dan terkoneksi dengan library javascript. Untuk membuat display, perlu dibuatkan suatu library. Pada library display ini ditentukan seberapa besar ukuran yang kita inginkan. Ukuran yang dipakai adalah pixel. Pixel sendiri adalah kumpulan titik – titik yang dipakai dikomputer untuk memetakan warna. Pada konsep monitoring ini display yang dipakai adalah sebuah display simple yang berupa ukuran prosentase PPM berbentuk seperti spedometer yang bergerak searah jarum jam.
Jarum perpotongan antara garis X dan Y yang berupa garis berwarna hitam yang memiliki arti kadar prosentase PPM CO di kawasan tersebut persatuan waktu.
Pengujian Alat
Pengujian alat Konsep Monitoring Uji Emisi Kendaraan Bermotor ini dilakukan dengan mengukur kadar CO pada suatu kawasan yang diindikasikan terpapar emisi. Data akan diambil secara realtime yaitu hasil pengukuran akan langsung ditampilkan pada display web server sesuai urutan waktu. Kadar emisi akan dinilai menggunakan satuan PPM ( Parts Per Million) dan akan ditampilkan menjadi display sederhana berbentuk seperti speedometer. Semakin tinggi jarum penunjuk display speedometer maka semakin tinggi pula kadar pollutan CO di kawasan atau ruangan tersebut.
Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan dengan melihat hasil pengukuran kadar polutan CO pada suatu kawasan atau ruangan tertentu dengan mengambil sample hasil pengukuran dalam selang waktu antara 10 sampai 30 menit dengan jarak 20 cm sampai dua ratus cm serta menggunakan beberapa variable sumber data seperti besar CC kendaraan bermotor, teknologi mesin, jenis bahan bakar dan variasi throtle.
Analisa dan Kesimpulan
Hasil pengambilan data uji konsep monitoring emisi kendaraan bermotor yang berupa data sample kadar CO selama pengukuran 10 sampai 30 menit akan
dianalisa dan diambil kesimpulan untuk menentukan tindak lanjut yang akan diambil pada kawasan tersebut. Apabila masih di bawah atau masih dalam standart ambang batas polusi udara maka kawasan atau ruangan tersebut dapat dikategorikan aman dan nyaman untuk ditinggali, namun apabila hasil pengukuran menunjukan telah melewati standart ambang batas emisi kendaraan bermotor maka akan diberikan kategori berbahaya sehingga diperlukan tindakan pencegahan serta pengawasan lebih lanjut agar kawasan tersebut dapat ditinggali secara lebih aman dan nyaman.
Gambar 3.4 Rangkaian alat monitoring uji emisi kendaraan bermotor
3.6 Perancangan Software
Perancangan Software terdiri dari pembuatan command pada Arduino dan pembuatan software display monitoring menggunakan javascript. Berikut merupakan penjelasannya :
Flowchart Server alat monitoring polusi udara
Gambar 3.5 Flowchart server alat monitoring polusi udara
Perancangan server alat monitoring uji emisi kendaraan bermotor dimulai dari Inisiasi client oleh mikrokontroller, di sini arduino akan mendeteksi apakah terdapat perintah dari client yang mencoba mengakses data dari pembacan sensor MQ-7. Apabila tidak terdeteksi akan reset dan cek client kembali namun apabila terdeteksi maka akan dilanjutkan ke proses selanjutnya.
Start
Initiasi Client
Dapatkan Data Sensor
Deliver Data ke Client yang mengakses
End yes
Disini apabila data client telah tersedia untuk dibaca maka arduino akan membaca tiap 1 byte (character) dari client kemudian buffer bagian pertama dari HTTP request di HTTP_req array (string) lalu membiarkan element terakhir di array sebagai 0 untuk me-null kan dan menterminasi string (REQ_BUF_SZ - 1).
Kemudian tahap selanjutnya adalah mengambil data polusi udara berupa ppm hasil pembacaan sensor MQ-7 yang diproses arduino ke client yang mengakses server
Listing yang diberikan pada arduino adalah “EthernetClient client = server.available();
if (client) {
boolean currentLineIsBlank = true; while (client.connected()) { if (client.available()) { char c = client.read(); if (req_index < (REQ_BUF_SZ - 1)) { HTTP_req[req_index] = c; req_index++; }”
Selanjutnya adalah mengirimkan data hasil pembacaan sensor yang telah
.
Listing program yang digunakan adalah : “void XML_response(EthernetClient cl) { if (myMQ7.available()) { ppm = myMQ7.getPPM(); ppm = int(ppm); analog_val = int(ppm); Serial.println(analog_val); }
Di sini akan mengubah tampilan pada HTML hanya kalau nilai ppm berubah.
Di sini akan terjadi penyiapan pengiriman data kemudian Listing program untuk pengiriman adalah dengan membaca output pin A2 :
cl.print("<?xml version = \"1.0\" ?>"); cl.print("<inputs>"); cl.print("<analog>"); cl.print(analog_val); cl.print("</analog>"); analog_val = 0; cl.print("<analog>"); cl.print(analog_val); cl.print("</analog>"); cl.print("</inputs>"); } “
Flowchart Client alat monitoring uji emisi kendaraan bermotor
Gambar 3.6 Flowchart Client alat monitoring uji emisi kendaraan bermotor
Aplikasi Client Monitoring uji emisi kendaraan bermotor dibuat menggunakan javascript dan didesain sesimple mungkin sehingga masih dimungkinkan untuk pengembangan lebih lanjut.
Initiasi Client
Dapatkan Data Sensor
Ubah Data Sensor Ke Display
End Start
Update Grafik melalui HTML no yes
Tahap pertama dari monitoring ini adalah inisiasi dari user yang mengakses client. Apabila terdeteksi maka akan meneruskan ke tahap selanjutnya namun apabila gagal maka akan cek kembali.
Tahap kedua dari jalannya aplikasi ini adalah mengambil data dari sensor yang telah diproses oleh arduino uno.Listing dari tahap ini adalah :
“function GetArduinoInputs() {
nocache = "&nocache=" + Math.random() * 1000000;
var request = new XMLHttpRequest(); request.onreadystatechange = function() { if (this.readyState == 4) { if (this.status == 200) { if (this.responseXML != null) { document.getElementById("input3").innerHTML = this.responseXML.getElementsByTagName('analog')[0].ch ildNodes[0].nodeValue; document.getElementById("input4").innerHTML = this.responseXML.getElementsByTagName('analog')[1].ch ildNodes[0].nodeValue; data_val = this.responseXML.getElementsByTagName('analog')[0].ch ildNodes[0].nodeValue; data_val2 = this.responseXML.getElementsByTagName('analog')[1].ch ildNodes[0].nodeValue; } } } } “
Di tahap selanjutnya, data hasil pengukuran polutan yang didapat dari sensor yang telah diolah oleh arduino uno akan diubah ke bentuk grafik. Listing yang digunakan adalah sebagai berikut :
Tahap terakhir adalah update grafik ke dalam bentuk html. Dalam hal ini data yang telah diubah akan didisplaykan dalam bentuk grafik chart X-Y dan display berbentuk seperti speedometer yang akan mewakili tingkat polutan sesuai satuan waktu, speedometer akan berputar searah jarum jam yang akan mewakili tingkat polutan berdasarkan satuan ppm dan selang waktu yang terjadi selama pengukuran dengan rentang kenaikan antara 0-300 ppm. Listing yang digunakan dalam tahap ini adalah :
“<canvas id="an_gauge_1" data-major-ticks="0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330" type="canv-gauge" min-value="0" max-value="330"
data-onready="setInterval( function() {
Gauge.Collection.get('an_gauge_1').setValue(data_val);}, 200);"></canvas>”
request.open("GET", "ajax_inputs" + nocache, true); request.send(null);
setTimeout('GetArduinoInputs()', 200);
