RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING KUALITAS AIR
Deni Lumbantoruan
1)Marojahan Sigiro
2)Benni Sinurat
3)Bernard Siahaan
4)Conrad Siahaan
5) 1,2,3,4,5)Fakultas Teknik Informatika dan Elektro Institut Teknologi Del
Jl Sisingamangaraja Sitoluama Laguboti Toba Samosir
email :
1toruan@del.ac.id, 2 marojahan@del.ac.id, 3if312012@students.del.ac.id, 4if312012@students.del.ac.id, 5if312012@students.del.ac.idABSTRACT
In this paper we did a design and development of water quality monitoring system by using Arduino Uno microcontroller, input from sensor pH, sensor DO, GSM module for data communication, GPS module for determining the location and web based application for user interface. This system consist of three parts, comprise of water quality measurement, data transmission and data representation. Water parameter will be measured by using sensor and then it will be sent to the server in real time by using GSM module. Every location of the measurement will be plotted on the Google Maps.
Through the web application, the data measurement and the location will be displayed and can be accessed by the user through web based application.
Key words
Water, monitoring, microcontroller, sensor, web.
1. Pendahuluan
Daerah Dataran Tinggi Toba merupakan daerah yang terletak di pinggiran Danau Toba sehingga banyak masyarakat memanfaatkan Danau Toba sebagai sumber mata pencaharian. Dari waktu ke waktu pertumbuhan masyarakat yang semakin banyak berbanding lurus dengan pertambahan aktivitas masyarakat di sekitar Danau Toba. Hal tersebut menyebabkan pencemaran air, dikarenakan sisa pakan ikan dari keramba jaring apung, limbah domestik dari pemukiman dan perhotelan, oli kapal dan limbah peternakan yang masuk ke perairan.
Pencemaran air tersebut menyebabkan kadar nitrogen yang meningkat dan perubahan pH air. Salah satu contohnya adalah sisa pakan ikan yang tenggelam di perairan. Sisa pakan ikan tersebut mengandung nitrogen yang larut dalam air. Kadar nitrogen yang tinggi memicu pertumbuhan enceng gondok yang semakin banyak yang kemudian menyebabkan semakin berkurangnya kadar oksigen di perairan. Kadar oksigen pada perairan sangat berpengaruh pada kelangsungan mahkluk hidup air. Semakin berkurangnya kadar oksigen dalam air menyebabkan menurunnya kualitas lingkungan hidup dalam perairan.
Hal tersebut diperkuat oleh Indeks Kualitas Lingkungan Hidup (IKLH) Danau Toba 2012 yang diterbitkan Badan Lingkungan Hidup Provinsi Sumatera Utara meliputi kualitas air dan tutupan lahan yang telah berada pada indeks 60,75 untuk daerah Toba Samosir. Indeks ini turun 13,73 poin (18,4%) dari IKLH tahun 2011 yang berada pada indeks 74,5[1]. Penurunan indeks tersebut membuktikan bahwa semakin menurunnya indeks kualitas lingkungan hidup, maka semakin tercemar air Danau Toba. Pada tahun 2014 akan tetap terjadi penurunan indeks Kualitas Lingkungan Hidup karena beberapa tindakan merusak masih berlangsung secara massif. Penebangan kayu, keramba jaring apung, pembuangan limbah pabrik dan rumah tangga merupakan kegiatan yang merusak ekosistem perairan yang dilakukan oleh korporasi-korporasi yang tidak mendapat perhatian serius dari pemerintah.
Untuk mengatasi pencemaran tersebut maka dibutuhkan pengendalian limbah yang masuk ke Danau Toba secara lebih komprehensif dan holistik. Dan dalam rangka pengendalian limbah ini, perlu dilakukan kegiatan monitoring kualitas air Danau Toba secara real time dan terus menerus. Atas dasar kebutuhan tersebut, penulis mengangkat topik ini dan merancang serta mengembangkan suatu purwarupa suatu Sistem Monitoring Kualitas Air menggunakan Mikrokontroler dan beberapa jenis sensor untuk mendata kualitas air.
Sistem ini diharapkan mampu melakukan pengukuran kualitas air di beberapa titik pengukuran menggunakan perangkat yang berfungsi untuk mengukur kualitas air seperti pH dan DO. Hasil pengukuran pH dan DO akan dikirimkan ke sebuah aplikasi berbasis web melalui modul GSM. Melalui aplikasi berbasis web tersebut, pengguna dapat melihat informasi mengenai kualitas air berdasarkan tanggal yang dipilih oleh pengguna secara real time sehingga dapat ditentukan tindakan lebih lanjut untuk mengatasi pencemaran tersebut.
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Parameter Kualitas Air
Untuk menentukan kualitas air dan kemudian menyimpulkan apakah sudah terjadi polusi di air tersebut maka perlu dilihat beberapa indikator, yaitu indikator
fisika, indikator kimia dan indikator biologi. Pada makalah ini, secara khusus akan dibahas terkait indikator kimia. Pada indikator ini, kita dapat melihat tanda-tanda polusi air berdasarkan zat kimia yang terlarut. Indikator kimia yang dimaksud, yaitu kadar pH dan konsentrasi ion hydrogen (Dissolved Oxygen) dalam air.
Air akan bersifat asam atau basa tergantung kadar besar kecilnya pH. Air bersifat asam apabila pH air di bawah pH normal sedangkan air bersifat basa apabila pH air di atas pH normal. Sementara kadar pH normal air adalah 6-9. Air tawar dimanfaatkan oleh masyarakat dalam kehidupan sehari-hari, seperti sumber air bersih untuk rumah tangga, industri, pertanian, perikanan, peternakan dan sarana transportasi. Berkaitan dengan pemanfaatan air tersebut, air dikategorikan dalam lima kategori menurut Guidelines for Water Quality Monitoring.[2]
Kadar Dissolved Oxygen adalah banyaknya jumlah oksigen terlarut dalam air yang digunakan oleh makhluk hidup dalam air. Makhluk hidup dalam air membutuhkan kadar oksigen dalam jumlah besar. Kebutuhan oksigen tersebut berbeda-beda untuk setiap makhluk hidup.
Kadar oksigen dalam air tersebut berasal dari atmosfir dan reaksi fotosintesa algae. Pada siang hari, ketika matahari bersinar terang, terjadi proses fotosintesa sehingga kebutuhan oksigen tetap terpenuhi, sedangkan pada malam hari tidak terjadi proses fotosistesis namun banyak yang membutuhkan oksigen. Jika terjadi polusi air, maka akan menghambat proses fotosintesis tersebut. Berikut ini adalah kadar oksigen terlarut dalam air tawar untuk setiap kategori menurut Guidelines for Water Quality Monitoring.[2]
2.2 Kebutuhan Perangkat Keras
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perangkat keras (hardware) yang digunakan untuk pengembangan sistem meliputi Arduino Uno, Sensor pH, Sensor DO, Modul GSM, dan Modul GPS.
Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino Uno merupakan mikrokontroler yang digunakan dalam pengerjaan sistem monitoring kualitas air. Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis Atmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Arduino dapat digunakan dengan menghubungkan board arduino uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB. Uno berasal dari bahasa Italia yang berarti satu. Uno adalah board USB Arduino yang terbaru dan sebagai model referensi untuk platform Arduino.
Arduino Uno diaktifkan dengan menghubungkan ke catu daya eksternal dengan menggunakan koneksi USB. Eksternal (non-USB) daya dapat berasal dari AC ke
adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan dengan menghubungkan plug jack pusat-positif konektor POWER.
Daya yang dibutuhkan oleh board Arduino Uno adalah 7-12 volt. Jika daya yang diberikan pada Arduino kurang dari 7 volt, maka Arduino dapat beroperasi dengan menggunakan pin 5 volt tetapi tidak stabil. Jika diberi daya lebih dari 12 volt, maka dapat merusak board Arduino Uno. Atmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader), 2KB dari SRAM dan IKB EEPROM. Arduino memiliki 14 pin yang dapat digunakan sebagai input maupun output dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead() yang bekerja pada daya 5 volt. Setiap pin dapat memberi atau menerima maksimum 40 mA.
Sensor
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan lingkungan baik secara fisik maupun kimia. Sensor pH adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk mengukur derajat keasaman suatu benda cair. Sensor pH terdiri dari probe (elektrode kaca) yang akan dihubungkan dengan Arduino. Probe pH berfungsi untuk mengukur pH seperti aktivitas ion hidrogen yang mengelilingi elektrode kaca berdinding tipis. Probe menghasilkan tegangan rendah (sekitar 0.06 volt per unit pH).
Ketika menggunakan sensor pH, terlebih dahulu harus dilakukan kalibrasi sebelum dan sesudah pengukuran. Hal ini dikarenakan probe tidak dapat digunakan dalam jangka waktu lama. Proses kalibrasi memiliki korelasi dengan tegangan yang dihasilkan oleh probe. Setiap kali selesai pengukuran, probe dicuci dengan air suling atau air de-ionisasi untuk membuang bekas pengukuran.
Kadar oksigen adalah salah satu parameter yang penting dalam pengukuran kualitas air. Sensor DO adalah suatu perangkat yang dapat mengukur nilai DO dalam air. Nilai DO adalah jumlah oksigen yang terlarut dalam air yang diukur dalam satuan mL L-1 atau ppm. Semakin besar nilai DO dalam air, maka kualitas air bagus. Sebaliknya jika nilai DO rendah, maka air telah tercemar.[4, 5, 6]
Pada sensor DO terdapat dua elektrode utama, yaitu batang katode yang terbuat dari logam mulia seperti emas atau platina dan batang anode yang terbuat dari perak. Kedua elektrode dikelilingi cairan elektrolit KCL yang memiliki pH netral. Permukaan elektrode perak yang membentuk senyawa AgCl yang sifatnya stabil dan membuat elektrode memiliki nilai potensial yang tetap. Kedua elektrode dibungkus oleh membran teflon yang hanya bisa dilewati oleh gas terlarut.
Sensor ultrasonik adalah sensor yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk menentukan jarak suatu benda. Gelombang ultrasonik ini memiliki frekuensi lebih dari 20 KHz. Sensor ultrasonik terdiri dari transmitter, yaitu memancarkan sensor ultrasonik ke arah
depan dan receiver, yaitu menerima pantulan gelombang ultrasonik dari suatu benda.
Prinsip kerja sensor ultrasonik, yaitu: (1) Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmitter. Gelombang ini diperoleh dari rangkaian pemancar ultrasonik, (2) Gelombang yang dipancarkan tersebut dirambatkan sebagai sinyal bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut dipantulkan oleh benda dan diterima oleh receiver dan (3) pada receiver, sinyal diproses untuk menghitung jaraknya dengan rumus: S
=340*t/2
Modul GSM SIM900
Modul GSM SIM900 menghubungkan Arduino dengan internet menggunakan jaringan nirkabel GPRS. Pasangkan modul GSM SIM900 ke board arduino dan masukkan kartu SIM. Melalui modul GSM SIM900 dapat membuat/menerima pesan suara (dibutuhkan speaker eksternal dan sirkuit mikrofon) dan mengirim/menerima SMS[7].
Mikrokontroler mengirim data (isi SMS dan No tujuan) ke modul GSM melalui RS232 kemudian modul GSM mengirim data ke SMS Center yang menyampaikan ke nomor handphone yang dituju. Perintah yang dimengerti modem adalah “AT Command”. Disebut AT Command karena perintah-perintahnya didahului oleh “AT” (Attention).
Arduino GPS shield
Arduino GPS shield adalah modul GPS khusus yang didesain sebagai Global Positioning System receiver dengan SD interface. Modul GPS yang mudah digunakan untuk menyimpan data posisi ke dalam kartu SD. Modul GPS digunakan untuk menentukan lokasi dengan bantuan satelit yang mengelilingi bumi. Modul GPS memiliki fitur-fitur sebagai berikut: antarmuka SD, desain antena aktif dengan sensitifitas yang tinggi untuk menerima data dan kompatibel dengan antena normal, Kecepatan yang tinggi walaupun sinyal lemah, UART interface, dan Operasi temperatur: -40°C ~ +85°C
2.3 Perangkat Lunak (Software)
Perangkat lunak (software) yang digunakan dalam aplikasi ini adalah sebuah aplikasi berbasis web yang dibangun menggunakan PHP dan Framework Yii. Aplikasi ini berfungsi untuk menampilkan rata-rata hasil pengukuran kualitas air berupa grafik yang dapat dilihat berdasarkan tanggal yang dipilih oleh pengguna serta informasi air tergolong dalam kategori A, B, C, D atau E. Pada aplikasi monitoring dapat dilihat lokasi pengukuran kualitas air dengan cara terintegrasi dengan layanan yang disediakan oleh Google Maps. Untuk dapat melihat lokasi pengukuran pada Google Maps dibutuhkan koneksi internet.
3. Perancangan
3.1 Gambaran Sistem
Untuk menerapkan sistem monitoring kualitas air, terlebih dahulu dibuat gambaran sistem yang akan menjadi acuan. Gambaran sistem yang diacu untuk pembuatan sistem monitoring kualitas air ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Gambaran Sistem
Pada gambar dapat dilihat bahwa perangkat sensor akan berfungsi untuk melakukan pengukuran kualitas air berupa kadar pH dan DO. Kemudian data hasil pengukuran ini dikirimkan ke sistem telekomunikasi melalui modul GSM. Melalui proses komunikasi, data hasil pengukuran akan diteruskan ke server pengirim SMS dari sistem komunikasi GSM. Setelah data diterima, dan ditampung di server pengirim SMS, maka data kemudian dapat dikirimkan ke aplikasi yang telah dihosting di server lokal. Melalui proses hosting di server lokal, maka pengguna dapat mengakses aplikasi tersebut hanya dengan terhubung ke server lokal melalui aplikasi web.
Gambaran dari sistem secara lebih detil ditunjukkan pada Gambar 2.
Pada gambar ini dapat dilihat bahwa sistem dibagi atas tiga bagian besar, yaitu: sistem pengambilan dan pemrosesan data, sistem transmisi data dan sistem penerima dan representasi data. Pada bagian pengambilan data, sumber data berasal dari hasil pengukuran sensor pH dan sensor DO. Karena prinsip kerja sensor adalah bekerja secara kontinu, maka untuk menghindari agar data tidak dikirim secara terus menerus ke server, maka perlu dibuat ketentuan waktu pengiriman. Ketentuan ini juga perlu dibuat untuk menghindari pengiriman data yang tidak valid, misalnya pengiriman hasil pengukuran pH dan DO udara atau pH dan DO media lain.
Untuk itu, maka ditentukan bahwa hasil pengukuran dikirimkan setelah jarak antara sensor ultrasonik dan permukaan air adalah kurang dari 30 cm. Dikarenakan hasil pengukuran sensor pH stabil setelah 30 detik, maka data dikirimkan ke server dengan selang waktu setiap 10 detik dan sebanyak 10 kali pengiriman untuk setiap titik pengukuran. Selain data pH dan DO, data yang dikirimkan adalah posisi pengukuran. Data ini diperoleh melalui hasil pengukuran modul GPS. Koordinat yang diperoleh dari pengukuran GPS akan diplot ke sebuah peta yang diambil dari Google Map untuk dapat diakses melalui aplikasi berbasis web.
Data hasil pengukuran dikirimkan menggunakan modul GSM dari Arduino Uno ke server. Server mengelola data dan menampilkannya kepada pengguna secara real time dalam bentuk grafik berdasarkan tanggal yang dipilih oleh pengguna. Server yang dimaksud berupa aplikasi berbasis web. Seluruh hasil pengukuran disimpan dalam sebuah database sehingga pengguna tetap dapat melihat hasil pengukuran untuk melakukan perbandingan kualitas air.
3.2 Kebutuhan Pengguna
Hal-hal yang dibutuhkan oleh pengguna adalah sebuah sistem yang dapat melakukan pengukuran kualitas air ke daerah perairan sehingga usaha dan energi untuk melakukan pengukuran sumber daya yang digunakan lebih sedikit. Hasil pengukuran yang dilakukan oleh sistem tersebut dikirimkan ke server dan dikelola oleh server sehingga hasil tersebut ditampilkan melalui server tersebut secara real time. Sistem yang diharapkan dapat melakukan fungsi-fungsi berikut: (1) Pengukuran kualitas air berupa nilai pH dan DO, (2) Menyimpan informasi tentang hasil pengukuran kualitas air dan (3) Menampilkan data hasil pengukuran secara real time.
3.3 Kebutuhan Perangkat
Parameter kualitas air diperoleh melalui pengukuran sensor pH dan DO. Hasil pengukuran kualitas air kemudian dikomunikasikan dengan Arduino Uno. Melalui modul GSM, hasil pengukuran dikirimkan dari mikrokontroler ke sebuah Personal Computer sebagai
server untuk menyimpan dan menampilkan hasil pengukuran tersebut.
Perangkat-perangkat yang dibutuhkan untuk membangun Sistem Monitoring Kualitas Air, yaitu: 1. Sensor pH yang digunakan untuk mengukur tingkat
keasaman air.
2. Sensor DO yang digunakan untuk mengukur kadar oksigen dalam air.
3. Sensor Ultrasonik yang digunakan untuk menentukan jarak antara air dan perangkat kurang dari 30 cm sehingga hasil pengukuran dikirimkan ke server. 4. Arduino Uno yang berfungsi sebagai penerima hasil
pengukuran dari sensor dan mengendalikan rangkaian.
5. Modul GSM yang berfungsi untuk mengirimkan hasil pengukuran kualitas air dari mikrokontroler ke Personal Computer.
6. Personal Computer yang berfungsi sebagai server, menerima hasil pengukuran, mengelola, menyimpan dan menampilkan informasi.
Selain perangkat keras, dalam pembangunan Sistem Monitoring Kualitas Air juga dibutuhkan perangkat lunak. Perangkat lunak yang dibutuhkan, yaitu: (1) Kode program yang digunakan untuk mengendalikan kinerja sensor. Kode program diunggah ke mikrokontroler dan (2) Aplikasi berbasis web yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran kualitas air.
Untuk menentukan apakah air tersebut tergolong tercemar, maka dilakukan hal-hal berikut ini: (1) Pengukuran dilakukan di beberapa titik yang telah ditentukan, (2) Pada arduino dimasukkan kode program untuk menghitung rata-rata hasil pengukuran dibeberapa titik. Hasil rata-rata tersebut akan dikirimkan ke server dan (3) Nilai pH dan DO air hasil pengukuran akan ditentukan berdasarkan kategori-kategori air yang telah ditetapkan sebelumnya.
3.4 Pemanfaatan Sensor Ultrasonik
Pada sistem yang dibangun, sensor ultrasonik digunakan bukan sebagai input langsung sistem monitoring, tetapi sebagai penyedia indikator awal untuk mengaktifkan transmisi data dari perangkat mikrokontroler ke server penyimpan data. Sensor ultrasonik digunakan karena adanya permasalahan pada sensor pH dan DO, dimana sensor pH dan DO akan tetap melakukan pengukuran meskipun tidak sedang berada dalam air. Sensor ultrasonik berfungsi sebagai aktuator dimana berfungsi untuk membatasi pengukuran sensor pH dan DO. Hasil pengukuran sensor pH dan DO akan dikirimkan ke server jika sensor ultrasonik berjarak 30 cm dari permukaan air. Gambar 3 menunjukkan mekanisme penggunaan sensor ultrasonik. .
Gambar 3 Mekanisme Penggunaan Sensor Ultrasonik
Alur Kerja Sistem
Sistem yang dirancang harus bekerja secara sistematis dan berurutan. Sistem Monitoring yang menggunakan rangkaian mikrokontroler, sensor pH dan DO, sensor ultrasonik, modul GSM, modul GPS dan PC sebagai server menggunakan alur kerja sebagai berikut:
1. Mikrokontroler mengirimkan tegangan sebesar 5 volt ke sensor pH dan DO. Input tersebut menghasilkan output berupa tegangan setelah sensor ultrasonik mengukur jarak antara sensor dan permukaan air kurang dari 30 cm. Output yang dihasilkan tersebut dikirimkan kembali ke mikrokontroler.
2. Tegangan output yang dihasilkan dapat ditentukan berapa nilai pH dan DO.
3. Modul GPS akan menentukan lokasi dilakukannya pengukuran tersebut di mana dalam satu lokasi yang memiliki radius sebesar 100 m dapat dilakukan pengukuran beberapa kali dalam waktu yang berbeda per hari.
4. Data hasil pengukuran dikirimkan melalui modul GSM dari mikrokontroler berupa nilai pH dan DO dan lokasi pengukuran ke PC server.
5. Untuk menampilkan hasil pengukuran digunakan aplikasi berbasis web yang dibangun menggunakan Yii Framework dalam bentuk peta lokasi pengukuran dan grafik per tanggal.
3.5 Perancangan Aplikasi Berbasis Web
Pada bagian ini dijelaskan rancangan aplikasi monitoring berbasis web. Aplikasi monitoring merupakan aplikasi berbasis web yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran kualitas air dengan link
yang dapat diakses pada
https://localhost/watermonitoring. Pada paper ini, sistem yang dirancang masih menggunakan server lokal, belum dihosting di internet. Sehingga aplikasi monitoring ini nantinya baru dapat diakses oleh klien yang terhubung dengan server lokal. Pada aplikasi monitoring terdapat titik lokasi pengukuran berupa peta yang terintegrasi dengan Google Maps. Jika titik pengukuran diklik, maka akan ditampilkan lokasi pengukuran tersebut dan pengguna dapat memilih data hasil pengukuran yang akan ditampilkan berdasarkan tanggal yang dipilih. Dan
pada antar muka sistem akan ditampilkan grafik dan peta hasil pengukuran.
Beberapa fungsi yang akan dibangun pada aplikasi yaitu: fungsi aksi login, fungsi aksi indeks dan fungsi aksi tampil data. Fungsi aksi login merupakan suatu fungsi yang digunakan untuk dapat masuk ke dalam sistem agar pengguna dapat menggunakan fitur yang disediakan dalam aplikasi. Fungsi aksi indeks merupakan fungsi yang digunakan untuk menampilkan seluruh data pengukuran pH dan DO air dalam bentuk grafik dan peta lokasi yang dipilih berdasarkan tanggal yang dipilih. Sementara itu, fungsi aksi tampil data berfungsi untuk menampilkan lokasi pengukuran yang dipilih dan sebagai salah satu indikator dalam pengambilan data hasil pengukuran dari lokasi yang dipilih.
4. Implementasi dan Pengujian
4.1 Implementasi Rangkaian Mikrokontroler
Pada bagian ini secara khusus digambarkan hasil implementasi rangkaian mikrontoroler dengan berbagai sensor yang digunakan, perangkat modul GPS dan modul komunikasi GSM.
Rangkaian mikrokontroler dengan sensor pH direalisasikan dengan menghubungkan pin A0 pada mikrokontroler dengan konektor sensor menggunakan kabel jumper. Sementara itu, untuk menghubungkan sensor DO, konektor sensor dihubungkan dengan pin 2 dan 3 pada mikrokontroler. Kabel jumper juga digunakan untuk menghubungkan antara konektor sensor DO dengan pin arduino. Untuk menghubungkan mikrokontroler dengan sensor ultrasonik maka digunakan pin 10 pada Arduino uno yang dihubungkan dengan pin Echo pada sensor ultrasonik sebagai pengirim sinyal atau gelombang ultrasonik (transmitter). Pin 11 pada Arduino uno dihubungkan dengan pin Trigger pada sensor ultrasonik sebagai penangkap gelombang ultrasonik (receiver). Sumber arus pada sensor ultrasonik diperoleh dari pin Vcc pada Arduino uno.
Rangkaian mikrokontroler dengan modul GSM, yaitu pin 7 pada Arduino Uno dihubungkan dengan pin rx pada modul GSM untuk menerima data dari serial. Pin 8 pada Arduino Uno dihubungkan dengan pin tx pada modul GSM untuk mengirim data ke serial. Sementara itu, rangkaian mikrokontroler dengan modul GPS direalisasikan dengan menghubungkan pin 4 pada Arduino dihubungkan dengan bagian rx dan pin 5 pada Arduino dihubungkan dengan bagian tx. Pada Gambar 4 ditunjukkan rangkaian sistem monitoring yang tersambung ke mikrokontroler.
Gambar 4 Realisasi rangkaian sistem monitoring
4.2 Implementasi Aplikasi Berbasis Web pada
Server
Aplikasi Monitoring berbasis web dibangun dengan menggunakan Yii Framework. Data yang dikirimkan melalui modul GSM kemudian disimpan dengan menggunakan Gammu SMS. Karena database Gammu SMS dan database aplikasi berbeda, maka digunakan trigger pada tabel inbox pada database Gammu SMS sehingga data yang baru di-insert langsung di-insert juga di tabel t_data pada database aplikasi. Kode trigger yang dibuat ada dua bagian yaitu kode program trigger yang digunakan untuk meng-insert data yang masuk dalam tabel gammu ke tabel data dank ode program trigger yang digunakan untuk memecah data yang dikirim oleh perangkat agar dapat disimpan dalam database.
4.3 Pengujian
Pada bagian ini dijelaskan mengenai pengujian yang dilakukan terhadap Sistem Monitoring Kualitas Air yang dibangun. Pengujian dilakukan untuk memverifikasi fungsi sistem yang mencakup pengambilan data, transmisi data dan penerima data dan visualisasi hasil monitoring.
Untuk uji akurasi sensor, dilakukan pengujian terhadap hasil pengukuran sensor pH. Pada pengujian ini, disediakan tiga cairan dengan nilai pH sebesar empat dan tujuh. Nilai-nilai ini diketahui setelah diukur sebelumnya dengan menggunakan alat ukur pH meter. Sensor pH diletakkan ke cairan tersebut secara bergantian. Pada setiap cairan diberikan waktu 30 detik agar hasil pengukuran sensor menjadi konsisten. Setiap selang waktu 10 detik, data hasil pengukuran dikirimkan melalui modul GSM ke server. Pada server digunakan gammu SMS agar dapat mengelola data dan menampilkannya melalui aplikasi dalam bentuk grafik. Tabel 1 menunjukkan hasil ujicoba sensor pH.
Tabel 1 Data Hasil Ujicoba Sensor pH
Secara khusus fungsi kerja sensor ultrasonik diuji untuk implementasi monitoring kualitas air. Sensor ultrasonik yang telah dirangkai dengan perangkat lainnya diletakkan 30 cm di atas permukaan air di mana kedalaman air lebih dari 20 m. Dari pengujian didapatkan hasil bahwa sensor ultrasonik dapat bekerja pada jarak 30 cm di atas permukaan air. Artinya, data pengukuran baru dikirimkan oleh mikrokontroler setelah sistem memperoleh input dari sensor ultrasonic.
Setelah melakukan pengujian sensor ultrasonik, kemudian dilakukan pengujian riil kualitas air di Danau Toba. Pengujian ini bertujuan untuk menguji apakah sistem yang telah dibangun bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian dilakukan di Pelabuhan Ferry Tiga Raja, Parapat.
Pada pelaksanaan pengujian di Tiga Raja Parapat, perangkat pengukur kualitas air diletakkan 30 cm di permukaan air dengan kedalaman tertentu yang diukur oleh sensor ultrasonik. Setelah 10 detik, maka sensor akan mengirimkan hasil pengukuran ke Arduino dan melalui Arduino dikirimkan ke server melalui modul GPS. Koordinat lokasi pengukuran akan dikirimkan dari modul GPS ke aplikasi dan akan ditampilkan di Google Maps yang telah diterapkan dalam aplikasi. Pada Tabel 2 ditampilkan data hasil pengukuran kualitas air di lokasi pengukuran.
Tabel 2 Data Hasil Pengukuran di Koordinat 2.668592, 98.936731
Dari hasil pengujian yang dilakukan didapatkan informasi bahwa perangkat pengambil data kualitas air dapat bekerja dengan baik. Sensor sebagai perangkat pengambil data kualitas air, mikrokontroller sebagai pemroses data, modul GSM sebagai pengirim data serta aplikasi yang dibangun telah bekerja dengan baik dan dapat melakukan transmisi data dengan baik.
Data yang dicantumkan dalam Tabel 2 adalah 10 data hasil pengukuran terakhir yang dilakukan di Tigaraja Parapat. Dari data yang ada dapat dilihat bahwa nilai pH air di lokasi berkisar antara 6.7-7.9. Sementara itu nilai DO air di lokasi tersebut berkisar antara 5.4-5.8. Melalui proses pembandingan dengan referensi dapat dikatakan bahwa keadaan air di lokasi pengambilan sampel termasuk dalam kategori A, B dan D
.
Data hasil pengukuran kemudian ditampilkan dalam aplikasi berbasis web seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-7. Pada gambar dapat dilihat grafik nilai DO, pH air dan titik pengambilan data yang diplot pada Google Maps.Gambar 5 Hasil Monitoring Kadar DO
Gambar 6 Hasil Monitoring Kadar pH
Gambar 7 Plot lokasi pengukuran
5. Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dalam pengembangan Sistem Monitoring Kualitas Air adalah sebagai berikut. 1. Aplikasi berbasis web mampu menampilkan
informasi mengenai data pengukuran kualitas air berdasarkan tanggal yang dipilih oleh pengguna. 2. Perangkat atau sensor yang digunakan memiliki
tingkat keakuratan yang cukup baik dan valid, sehingga hasil dari perangkat ini dapat dipercaya sebagai data yang benar.
3. Sensor pH dan DO yang digunakan pada sistem ini dapat melakukan pengukuran di beberapa titik secara langsung tanpa melakukan kalibrasi terlebih dahulu. 4. Sistem dapat menampilkan lokasi pengukuran
kualitas air dalam dan mem-plotnya di Google Maps. 5. Sensor ultrasonik mampu mengatasi permasalahan sensor pH yang melakukan pengukuran secara berkelanjutan.
REFERENSI
[1] Badan Lingkungan Hidup (BLH) Sumatera Utara (2012). Indeks Kualitas Lingkungan di Kawasan Danau Toba terus menurun Diakses Mei 2015, www.baranews.com [2] Guidelines for Water Quality Monitoring.Central
Pollution Control Board.Parivesh Bhawan.East Arjun Nagar, Delhi-32
[3] Arduino Team. Spesifikasi teknis perangkat Arduino Uno dan penggunaannya. Diakses Maret 2015.
http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUnon
[4] Wiranto, Goib dan I Dewa Putu Hermida (2010). Pembuatan Sistem Monitoring Kualitas Air secara Real Time dan Aplikasinya dalam Pengelolaan Tambak Udang. 107-113.
[5] Tjahjono, Anang, dkk. Rancang Bangun Sistem
Monitoring dan Kendali Kualitas Air Sungai secara
Online dengan Wireless Sensor Network (WSN) untuk Industri Pengolahan Air Minum di PDAM. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
[6] Rizal, Aminuddin & Munawar Agus Riyadi (2014). Otomatisasi Sampling untuk Mengetahui Kualitas Air.Teknik Elektro Universitas Diponegoro.
[7] Eka,Andhika, dkk.Pemakaian Modul GPS LR9540 (NMEA) untuk Mendapatkan Data Waktu Universal
Berbasis Mikrokontroller ATMEGA8535. Fisika
