PERANCANGAN DAN PENERAPAN SISTEM
MONITORING TINGKAT PENCEMARAN
UDARA DENGAN KOMUNIKASI SMS
MENGGUNAKAN MODEM GSM
Faldi Rasis Purnomo
Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
Aldi Setyawan
Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia dan
Wiedjaja Atmadja
Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini ialah membuat suatu alat berbasis mikrokontroler AVR untuk mendeteksi dan memonitor kualitas udara dalam ppm serta nilai gas yang terdeteksi ditempat pemasangan alat yang nantinya ditampilkan lewat display 7-segment untuk menginformasikan masyarakat sekitar dan hasil monitornya juga dikirim lewat modem GSM ke database MS Access dengan format SMS. Metodologi yang dipakai adalah metodologi studi pustaka dan metodologi eksperimen yang dilakukan di Jl. Kebon Jeruk Raya No.27 pada siang hari dan Jl. K.H.Syahdan No.22 samping Binus Center pada sore hari. Sistem yang dibuat ini berhasil mendeteksi kualitas udara dan mengirimkannya ke database. Kecepatan rata-rata pengiriman data ke database ±4-6 detik. Hasil deteksi sensor gas dari tempat yang dipantau menghasilkan rata-rata ±50 part per million (ppm).
Kata Kunci : AVR, Kualitas Udara, Sensor Gas, SMS, database
Pendahuluan
Udara merupakan faktor yang penting dalam kehidupan namun dengan meningkatnya pembangunan di muka bumi menyebabkan pencemaran udara. Pencemaran udara ini menjadi hal yang menakutkan khususnya di kota-kota besar, tanpa udara bersih manusia akan terganggu kesehatannya.
Limbah gas di Jakarta yang merupakan penyebab penurunan kualitas udara digolongkan ke dalam sumber tidak bergerak (kegiatan industri, rumah tangga dan pembakaran sampah) dan sumber bergerak (kegiatan transportasi). Sumber pencemaran udara terbesar di kota Jakarta ini berasal sektor transportasi atau kendaraan bermotor dimana jumlah dan jenis kendaraan bermotor dari tahun ke tahun
terus meningkat. Polutan berbahaya yang dihasilkan oleh emisi kendaraan bermotor meliputi gas Carbon
Monoxide (CO), Nitrogen Oxides (NOx), senyawa Hidro Carbon (HC), asap dan debu.
Beberapa teknologi sistem pemantauan gas yang sudah ada antara lain papan Indeks Standar
Pencemaran Udara atau yang disingkat ISPU. ISPU merupakan laporan kualitas udara kepada
masyarakat untuk menerangkan seberapa bersih atau tercemarnya kualitas udara. Perhitungan indeks untuk indikator kualitas udara dilakukan berdasarkan Keputusan Kepala Bapedal No. 107 Tahun 1997 tentang Pedoman Perhitungan dan Pelaporan serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU). Paramater gas yang dideteksi pada ISPU meliputi CO, SO2, NO2, O3 dan partikel debu (PM10).
perhitungan di ISPU ditampilkan seperti penggaris angka 1 hingga 1000. Semakin tinggi nilai ISPU maka semakin tinggi tingkat pencemaran dan semakin berbahaya dampaknya terhadap kesehatan.
Tabel 1 Rentang Indeks Standar Pencemar Udara
No Kategori Warna Rentang 1. Baik Hijau 0 – 50 ppm 2. Sedang Biru 51 – 100 ppm
3. Tidak Sehat Kuning 101 – 199 ppm
4. Sangat Tidak Sehat Merah 200 – 299 ppm
5. Berbahaya Hitam 300 – 500 ppm
Teknologi sistem pemantauan gas lainnya adalah Gas/Emission Analyzer. Gas/Emission
Analyzer merupakan salah satu device yang digunakan untuk uji emisi gas pada kendaraan bermotor
yang biasanya ada atau digunakan di bengkel-bengkel resmi yang nantinya akan melakukan uji kelayakan emisi pada kendaraan.Paramater-parameter yang diukur antaralain HC, CO, CO2, O2, suhu dan putaran.
Ketentuan dari alat ini adalah sebelum digunakan sudah melalui proses pemanasan, penempatannya sebaiknya tidak langsung kena matahari, hujan atau angin serta secara rutin mendapatkan perawatan rutin 6 bulan sekali. Suhu udara luar ketika melakukan pengujian kendaraan dan peralatan ukur (uji) berada sekitar 25 ± 5oC.
Sistem yang kami buat ini merupakan sebuah prototipe alat pengukur kadar kualitas udara/polusi udara yang bisa ditempatkan dipinggir jalan raya dengan seven segment sebagai media penampil informasi rangenya mulai dari 0000 – 9999 ppm. Nilai yang tampil di 7-segment akan dikirimkan dengan komunikasi Short Massage Service (SMS) melalui modem GSM yang isinya sesuai dengan tampilan pada display ke modem GSM yang terhubung dengan komputer dimana data yang diterima nantinya akan disimpan dalam database. Pengambilan data dapat dilakukan tanpa harus berada dekat di tempat peletakan alatnya karena hasil pengukurannya dikirimkan melalui SMS. Selain itu hasil record pengambilan data disimpan kedalam suatu file atau database.
Metode Penelitian
Berikut metode, teori penunjang, perancangan sistem, prosedur pengoperasian untuk mendapatkan data dan pengujian yang dilakukan:
Metode Studi Kepustakaan dilakukan untuk mengumpulkan informasi dan sumber ilmu dari
literature-literature yang ada dan mencari informasi melalui internet seperti datasheet dari modul maupun komponen-komponen, jurnal internasional maupun buku-buku yang berkaitan dengan penelitian.
Metode Pengujian dilakukan dengan cara langsung terjun kelapangan untuk melihat langsung data yang
dihasilkan oleh alat dari tampilan seven segmentnya dan membandingkannya dengan hasil yang diterima pada database. Pengujian dilakukan di ruang tertutup maupun terbuka.
Modul DT-Sense Gas Sensor
Modul ini kompatibel dengan sensor gas MQ-4 (mendeteksi gas CH4 dan O3), sensor gas MQ-7
(mendeteksi gas CO), sensor gas MQ-135 (mendeteksi kualitas udara) dan beberapa sensor lainnya.
Mikrokontroler ATMEGA8535
Mikrokontroler ATMEGA8535 merupakan suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil yang dikemas dalam sebuah chip. ATMEGA8535 memiliki 40 pin yang dimana 32 pin tersebut digunakan sebagai saluran I/O.
Modem GSM
Modem GSM adalah sebuah perangkat Modem wireless plug and play dengan konektivitas GSM/GPRS untuk aplikasi-aplikasi machine to machine. GSM Modul atau Modem GSM adalah jenis khusus dari modem yang dapat dipasang kartu SIM dan mengoperasikannya selama berlangganan ke operator mobile, seperti ponsel.
AT Command
AT Command adalah perintah yang digunakan dalam komunikasi dengan serial port. Perintah AT Command dapat diberikan kepada handphone atau GSM/CDMA modem untuk melakukan sesuatu hal, termasuk untuk mengirim dan menerima SMS. Dengan memberikan perintah ini di dalam komputer/mikrokontroller maka perangkat kita dapat melakukan pengiriman atau penerimaan SMS secara otomatis untuk mencapai tujuan tertentu.
Short Message Service (SMS)
SMS adalah sebuah layanan yang digunakan oleh telepon genggam untuk mengirim atau menerima pesan-pesan pendek. Sebuah pesan SMS maksimal terdiri dari 140 bytes, dengan kata lain sebuah pesan bisa memuat 140 karakter 8-bit, 160 karakter 7-bit atau 70 karakter 16-bit.
Microsoft Office Access
Micosoft Access merupakan software yang dikeluarkan oleh microsoft untuk membuat aplikasi database. Sofware ini cocok untuk kalangan industri kecil atau rumah tangga, karena kapasitas datanya yang mencapai 4 GB. Program ini banyak dipakai karena kemudahannya dalam mengolah database, pengguna yang tidak memahami tentang database dapat menggunakan program ini dengan mudah karena adanya user interface yang membantu pengguna dalam mengolah data pada database.
Perancangan Sistem
Pada sistem ini menggunakan beberapa komponen hardware diantaranya yaitu: modul sensor gas MQ-4, MQ-7 dan MQ-135 yang berfungsi untuk mendeteksi gas. Hasil deteksi gas-gas tersebut akan dikirimkan lewat format SMS menggunakan modem GSM (serial interface). SMS tersebut akan diterima di komputer atau laptop yang terhubung dengan modem GSM (USB interface). Untuk perancangan softwarenya menggunakan Microsoft Visual C# 2010 untuk membuat aplikasi penerima SMS dan menyimpannya ke dalam Microsoft Office Access sebagai databasenya.
Gambar 1 Blok Diagram
Dalam blok diagram (Gambar 1) dapat dilihat proses kerja sistem. Pada awal proses, gas atau polutan dilingkungan akan dideteksi oleh sensor gas yang kemudian hasil deteksinya yang sudah berupa nilai ppm ini dikrimkan ke mikrokontroler AVR yang nantinya akan diolah untuk ditampilkan ke dalam display 7-segment maupun dikirimkan melalui jaringan GSM menggunakan modem GSM. Hasil pengirimannya akan diterima di komputer maupun laptop yang terhubung dengan modem GSM. Pada komputer ini dijalankan aplikasi C# untuk membaca isi pesan SMS yang dikirim dan menyimpan isi pesan tersebut kedalam file MS Access.
Gambar 2 menunjukan alur proses cara kerja sistem dimulai dari pembacaan sensor sampai pengiriman hasil pembacaan sensor. Tiap sensor memerlukan waktu untuk stabil yang berbeda-beda. Untuk sensor MQ-4 membutuhkan waktu ±50 detik, sensor MQ-7 membutuhkan waktu ±90 detik dan sensor MQ-135 membutuhkan waktu ± 30 detik untuk stabil. Nilai ppm hasil deteksi dari sensor ditampilkan pada display 7-segment. Untuk mengirim pesan SMS, menggunakan salah satu perintah AT
Gambar 2 Flow Chart Utama Gambar 3 Flow Chart Terima SMS
Gambar 4 Tampilan Aplikasi untuk Terima SMS
Gambar 3 menunjukan proses pembacaan dan penyimpanan hasil deteksi sensor yang dikirimkan melalui SMS pada aplikasi C#. Jika tombol “Read” pada Gambar 4 ditekan maka akan menampilkan isi pesan dari SMS yang masuk ke modem GSM penerima. Isi pesan atau nilai hasil deteksi dari sensor akan ditampilkan di Listbox pada Gambar 4. Secara otomatis isi pesan yang masuk langsung tersimpan pada file MS Access (database) dan SMS yang sudah terbaca tersebut langsung dihapus.
Prosedur Pengoperasian
Proses pengoperasian sistem ini adalah memastikan semua kabel telah terhubung. Sistem ini diletakan di pinggir jalan yang dimana menggunakan batterai aki kering (accumulator) yang berkapasitas 12 Volt 7Ah sebagai power supply. Lalu menunggu beberapa detik untuk inisialisasi sensor sampai modul sensor benar-benar stabil. Modul sensor yang sudah stabil ditandai dengan lampu led hijau pada modul sudah tidak berkedip lagi atau menyala terus. Data yang terdeteksi akan ditampilkan di display 7-segment berupa jumlah konsentrasi gas dalam satuan ppm. Selama proses tersebut berlangsung, modem GSM yang terhubung dengan modul AVR akan mengirimkan nilai hasil deteksi sensor gas ke end device berupa modem GSM yang terhubung dengan komputer tempat database. SMS yang dikirim menggunakan operator “XL”. Kemudian di komputer tempat menerima dan sebagai database, jalankan aplikasi untuk baca SMS, dan ketika klik tombol “Read” maka isi data/SMS akan ditampilkan pada aplikasi dan datanya akan tersimpan di MS Access yang menjadi database.
Pengujian Tampilan Display untuk Menunjukan Kualitas Udara
Pengujian ini dilakukan dengan memberikan sedikit gas dengan menggunakan korek api gas kepada sensor MQ-135 (Air Quality Sensor) sehingga bila angka berubah sampai nilai tertentu, LCD akan menampilkan tulisan keterangan “Baik”, “Sedang”, “Tidak Sehat”, “Sangat Tidak Sehat” dan “Berbahaya” seperti pada Gambar 5 yang merupakan status kualitas udara sesuai dengan aturan dari Keputusan Kepala Bapedal No. 107 Tahun 1997 tentang Pedoman Perhitungan dan Pelaporan serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU).
Gambar 5 Pengujian Tampilan Display
Pengujian Kirim Data SMS dengan Mikrokontroler Melalui Modem GSM
Pertama dilakukan pengujian pengiriman dengan mikrokontroler melalui modem GSM menuju handphone yang dapat dilihat pada Gambar 6. Pada Gambar 6 ini menunjukan potongan program untuk mengirimkan SMS yang dimana isi dari pesannya adalah hasil baca sensor.
Gambar 6 Pengujian Kirim SMS dari AVR ke Handphone
Selanjutnya tujuan pengirimannya ditujukan ke komputer yang bertugas sebagai database yang dimana ditampilkan melalui aplikasi C# seperti pada Gambar 7.
Hasil dan Bahasan
Percobaan yang dilakukan ini yaitu pengujian sensor didalam ruang tertutup dan di ruang terbuka. Berikut hasil pengujian sensor di ruang tertutup dan di ruang terbuka
Tabel 2 Hasil Pengujian di Ruang Tertutup
Tabel 3 Hasil Pengujian Sensor di Ruang Terbuka
Pada Tabel 2 , hasil deteksi sensor pada ruang tertutup terbaca kecil dibandingkan pada ruang terbuka (Tabel 3). Hal ini disebabkan alat yang ditempatkan didalam rumah atau di ruang tertutup ini tidak banyak mengandung banyak polusi dibandingkan pengujian di ruang terbuka. Selanjutnya pengambilan data dilakukan di pinggir jalan dimana kendaraan lewat. Pengambilan data dilakukan di lokasi Jl. K.H.Syahdan No. 20 samping Binus Center pada siang hari. Hasil deteksinya yang diterima di Ms Access dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.
Uji
pendeteksian
Air Quality
(ppm)
CO (ppm)
Methane (ppm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
19
18
17
15
14
14
14
14
14
39
38
37
36
35
31
31
31
31
31
19
18
17
15
14
12
11
11
11
11
Uji pendeteksian Air Quality (ppm) CO (ppm) Methane (ppm)1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
37
35
36
35
34
33
33
33
33
33
55
50
49
48
47
45
45
45
45
45
39
36
35
34
33
31
31
31
31
31
Gambar 8 Tampilan pada Database Hasil Deteksi Sensor di Sekitar Binus Anggrek
Dari Gambar 8 diatas hasil dari deteksi tingkat pencemaran udara terpantau rata–rata baik hal ini karena gas NO dan CO2 yang terdeteksi masih dalam kategori baik hanya terjadi sekali perubahan tidak
sehat pada jam 13:10, dan waktu rata – rata pengiriman data 4-6 detik
Gambar 9 Tampilan Pada Database Hasil Deteksi Sensor disamping Binus Center
Berdasarkan data yang diambil terlihat kualitas udara/ tingkat pencemaran udara masih dalam kondisi baik karena hasil deteksi gas NO, CO2, Asap tercatat masih dalam kategori baik, hingga sampai
Simpulan dan Saran
Berdasarkan hasil pengujian dan pengambilan data dari percobaan yang telah dilakukan dengan simpulan antara lain alat ini dapat bekerja sesuai fungsinya serta sensor memerlukan waktu beberapa detik untuk stabil agar bisa mulai mendeteksi gas. Dari hasil uji coba lapangan dan pengambilan data pada uji coba siang hari kualitas udara didaerah Binus Anggrek rata – rata menghasilkan kurang dari 50 ppm pada sensor kualitas udara sehingga kualitas udara termonitor ‘Baik’. Dan dari hasil uji coba lapangan dan pengambilan data pada uji coba Sore dan malam hari kualitas udara disamping Binus Center (Depan Mushola) rata–rata menghasilkan lebih dari 50 sampai dengan kurang dari sama dengan 100 ppm pada sensor kualitas udara sehingga kualitas udara termomitor ‘Sedang’.
Adapun saran-saran yang dapat diberikan untuk membuat sistem ini dapat berjalan menjadi lebih baik antara lain dengan menambahkan beberapa sensor lagi seperti sensor suhu dan sensor gas lain, membuat aplikasi penyimpanan ke dalam database secara otomatis sehingga dapat langsung menyimpan hasilnya ketika aplikasi tersebut dijalankan.
Referensi
1. Agus Bejo.(2008). C&AVR, Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler
ATMega8535.(Edisi Pertama).Yogyakarta : Graha Ilmu
2. http://facility.unavco.org/kb/questions/146/Wavecom+Fastrack+M1306B+User+Guide%2C+Re v.+003%2C+November+2006
3. http://www.cetsuii.org/BML/Udara/ISPU/ISPU%20%28Indeks%20Standar%20Pencemar%20U dara%29.htm diakses pada 18 November 2012
4. http://www.developershome.com/sms/atCommandsIntro.asp diakses pada 20 Desember 2012 5. http://www.developershome.com/sms/smsIntro.asp diakses pada 20 Desember 2012
diakses pada 23 January 2013
6. http://www.pololu.com/catalog/product/1482 (MQ-7) diakses pada 11 November 2012
7. Raja Vara Prasad Y, Mirza Sami Baig, Rahul K, ”Real Time Wireless Air Pollution Monitoring System,” ICTACT JOURNAL ON COMMUNICATION TECHNOLOGY: SPECIAL ISSUE ON
NEXT GENERATION WIRELESS NETWORKS AND APPLICATIONS, Vol. 2, ISSUE – 2, June
2011.
8. www.china-total.com/Product/meter/gas-sensor/MQ135.pdf diakses pada 11 November 2012 9. www.mis.boun.edu.tr/kutlu/bis515/access2007.pdf
10. www.pololu.com/file/0J311/MQ4.pdf diakses pada 11 November 2012
11. Viša Tasić, Dragan Milivojević, Nenad Živković, Amelija Đorđević, “Implementation Of Air Quality Monitoring System,” Working and Living Environmental Protection, Vol. 4, No 1,pp. 55 – 64, August 2007
