Perancangan Alat Ukur Kualitas Udara Berbasis Arduino Mini Menggunakan Sensor MQ-135
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli
Madya
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
i
LEMBAR PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Perancangan Alat Ukur Kualitas Udara Berbasis
Arduino Mini Menggunakan Sensor MQ-135
: Tugas Akhir
: Tri Hidayati Subrata
: 132411062
: Diploma (D3) Metrologi dan Instrumentasi
: Fisika
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 27 Juli 2016
Disetujui Oleh
Jurusan D3 Metrologi dan
Instrumentasi FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc
NIP. 196607291992032002
Dr, Kerista Sebayang, MS
NIP. 19580623198601100
Universitas Sumatera Utara
ii
LEMBAR PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri.
Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan
sumbernya.
Medan, 27 Juli 2016
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Segala puji bagi Allah SWT, yang telah memberikan kesehatan, serta
pertolongan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Barang siapa yang Allah beri petunjuk, maka tidak ada yang dapat
menyesatkannya, dan barang siapa yang Allah sesatkan, maka tidak ada yang
dapat memberinya petunjuk. Dan tak lupa salawat beriring salam penulis
sampaikan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, yang telah membawa ke dunia
yang terang benderang ini.
Terimakasih kepada kedua orang tua tercinta, yaitu Edi Subrata dan Pujiati
yang telah membesarkan penulis. Semoga buah hatimu ini kelak menjadi orang
yang berguna bagi ayah dan ibu serta masyarakat. Begitu juga kepada saudarasaudari tercinta Ridho Sujiwa dan Dwi Arini yang telah banyak membantu dan
menyemangati penulis. Hanya Allah yang dapat membalas jasa-jasa kalian semua.
Selama masa perkuliahan sampai penyelesaian tugas akhir ini, penulis
banyak memperoleh bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr, Kerista Sebayang, MS selaku Dosen Pembimbing yang telah
meluangkan waktu selama penyusunan tugas akhir ini. Semoga ilmu yang
penulis dapat berguna untuk penulis dan masyarakat. Semoga Allah
membalas semua kebaikan beliau yang telah diberikan kepada penulis.
2. Ibu Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc, selaku Ketua Program Studi Metrologi
dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Junedi Ginting selaku Sekretaris Program Studi Metrologi dan
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Diploma-III Metrologi dan
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
iv
5. Seluruh teman-teman DIII-Metrologi dan Instrumentasi
yang terlah
mendukung dan membantu penulis menyelesaikan tugas akhir.
6. Novita Sari Limbong dan seluruh steering comitte, pengurus serta anggota
UKM SIKONEK USU.
7. Dan semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat
disebutkan satuper satu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan tugas akhir ini
masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran
dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang
bermanfaat bagi pembaca.
Amin Yaa Rabbal’alamin
Medan, 27 Juli 2016
Hormat Kami,
Penulis
Universitas Sumatera Utara
v
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
ABSTRAK
Polusi udara menjadi masalah penting yang dapat mengancam kehidupan
manusia. Banyak aktifitas-aktifitas manusia yang menyebabkan terjadinya
polusi udara. Oleh sebab itu, diperlukan suatu monitoring tingkat polusi
udara untuk mengetahui indeks polusi udara di kawasan tersebut dalam
rangka mempertahankan kadar polutan di bawah nilai ambang batasnya.
Untuk mengetahui kadar gas polutan dengan menggunakan sensor gas MQ-135
yang peka terhadap kualitas udara. Dan untuk tampilan indeks menggunakan
LCD dan secara software dengan komunikasi serial yang sebelumnya di proses
oleh arduino mini. Sistem ini diharapkan mampu memberikan solusi terhadap
masalah pencemaran udara karena biaya yang diperlukan terjangkau dibanding
dengan alat dari badan lingkungan hidup. Projek akhir II ini dilakukan
perancangan dan pembuataan alat monitoring polusi udara dengan sensor MQ135 diimplementasikan pada sebuah miniplant berbasis arduino uno.
Kata kunci : Sensor gas MQ-135, Arduino mini, LCD
Universitas Sumatera Utara
vi
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
ABSTRACT
Air pollution is an important problem that can threaten human life. Many
human activities that cause air pollution. Therefore, we need a monitoring
air pollution levels to determine the index of air pollution the region in order
to maintain the levels of pollutants below the thershold value.
To determine levels of pollutant gaes by using the MQ-135 gas sensors are
sensitive to air quality. And to the LCD display using the previous index in
the process by the arduino mini. The system is expected to provide a
solution to the problrm of air pollution due to the cost of the required
affordable compared by means of the environmental agency. Final project II
is to design and manufacture of air pollution monitoring with sensor MQ135 is implemented in a arduino mini based miniplant.
Keyword : MQ-135 Gas Sensors, Arduino Mini, Liquid Crystal Display
(LCD)
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. i
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. ii
PENGHARGAAN ............................................................................................. iii
ABSTRAK .........................................................................................................v
ABSTRACT .......................................................................................................vi
DAFTAR ISI ......................................................................................................vii
DAFTAR TABEL .............................................................................................x
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..............................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................2
1.3 Batasan Masalah ...........................................................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ..........................................................................................3
1.5 Metode Penelitian .........................................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pencemaran Udara ........................................................................................6
2.1.1 ISPU (Indeks Standar Pencemaran Udara) .........................................12
2.1.2 Protokol TCP/IP ..................................................................................14
2.2 Sensor MQ-135 ......................................................................................14
Universitas Sumatera Utara
viii
2.2.1 Konektor Dan Pengaturan Jumper .............................................16
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor MQ-135.....................................................17
2.3 Arduino ..................................................................................................19
2.3.1 Sejarah Arduino .........................................................................21
2.3.2 Arduino Mini .............................................................................25
2.3.3 Hardware Arduino .....................................................................29
2.3.4 Software Arduino ......................................................................30
2.3.5 Melakukan Penginstalan Arduino Ke Komputer.......................33
2.3.6 MelakukanPenginstalan Driver Utuk Windows ........................33
2.4 LCD (Liquid Crystal Display) ...............................................................34
2.4.1 TOPWAY LM162A....................................................................35
2.4.2 Cara Kerja LCD..........................................................................37
BAB III PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
3.1 Prinsip Kerja Sistem......................................................................................39
3.1.1 Diagram Blok dan Fungsinya.....................................................40
3.2 Rangkaian Perangkat Keras ..........................................................................42
3.3 Rangkaian Pembagi Tegangan ......................................................................43
3.4 Rangkaian Arduino .......................................................................................44
3.5 Rangkaian Skematik LCD (Liquid Crystal Display) ....................................44
3.6 Diagram Alir (Flowchart) .............................................................................48
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Universitas Sumatera Utara
ix
4.1 Hasil Rancangan Alat Ukur Kualitas Udara .................................................50
4.2 Pengujian Sensor MQ-135 ............................................................................51
4.3 Pengujian Arduino..........................................................................................53
4.4 Pengujian Rangkaian LCD.............................................................................59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................60
5.2 Saran..............................................................................................................60
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Angka dan Kategori Index Standar
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
4.1
Pencemar Udara (ISPU)
Spesifikasi Sensor MQ-135
Konektor dan Pengaturan Jumper
Spesifikasi Arduino Mini
Pin LCD dan Fungsinya
Data Hasil Pengukuran
12
15
16
26
45
51
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.1
Judul
Halaman
Sensor Gas MQ-135
Arduino Mini
Hardware Arduino
LCD TOPWAY LM162A
Blok Diagram Sistem
Rangkaian Keseluruhan
Koneksi Arduino
PCB layout
LCD 2x16 karakter
Blok Diagram LCD
Koneksi Antara LCD dengan Arduino
Koneksi Antara Arduino dengan LCD
dan Trimport
Diagram Alir (Flowchart)
Perangkat keras dari bagian luar
15
26
29
35
40
42
43
44
44
45
47
47
48
50
Universitas Sumatera Utara
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli
Madya
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
PROGRAM STUDI D-3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
i
LEMBAR PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Perancangan Alat Ukur Kualitas Udara Berbasis
Arduino Mini Menggunakan Sensor MQ-135
: Tugas Akhir
: Tri Hidayati Subrata
: 132411062
: Diploma (D3) Metrologi dan Instrumentasi
: Fisika
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 27 Juli 2016
Disetujui Oleh
Jurusan D3 Metrologi dan
Instrumentasi FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc
NIP. 196607291992032002
Dr, Kerista Sebayang, MS
NIP. 19580623198601100
Universitas Sumatera Utara
ii
LEMBAR PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri.
Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan
sumbernya.
Medan, 27 Juli 2016
TRI HIDAYATI SUBRATA
132411062
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Segala puji bagi Allah SWT, yang telah memberikan kesehatan, serta
pertolongan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Barang siapa yang Allah beri petunjuk, maka tidak ada yang dapat
menyesatkannya, dan barang siapa yang Allah sesatkan, maka tidak ada yang
dapat memberinya petunjuk. Dan tak lupa salawat beriring salam penulis
sampaikan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, yang telah membawa ke dunia
yang terang benderang ini.
Terimakasih kepada kedua orang tua tercinta, yaitu Edi Subrata dan Pujiati
yang telah membesarkan penulis. Semoga buah hatimu ini kelak menjadi orang
yang berguna bagi ayah dan ibu serta masyarakat. Begitu juga kepada saudarasaudari tercinta Ridho Sujiwa dan Dwi Arini yang telah banyak membantu dan
menyemangati penulis. Hanya Allah yang dapat membalas jasa-jasa kalian semua.
Selama masa perkuliahan sampai penyelesaian tugas akhir ini, penulis
banyak memperoleh bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr, Kerista Sebayang, MS selaku Dosen Pembimbing yang telah
meluangkan waktu selama penyusunan tugas akhir ini. Semoga ilmu yang
penulis dapat berguna untuk penulis dan masyarakat. Semoga Allah
membalas semua kebaikan beliau yang telah diberikan kepada penulis.
2. Ibu Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc, selaku Ketua Program Studi Metrologi
dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Junedi Ginting selaku Sekretaris Program Studi Metrologi dan
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Diploma-III Metrologi dan
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
iv
5. Seluruh teman-teman DIII-Metrologi dan Instrumentasi
yang terlah
mendukung dan membantu penulis menyelesaikan tugas akhir.
6. Novita Sari Limbong dan seluruh steering comitte, pengurus serta anggota
UKM SIKONEK USU.
7. Dan semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat
disebutkan satuper satu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan tugas akhir ini
masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran
dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang
bermanfaat bagi pembaca.
Amin Yaa Rabbal’alamin
Medan, 27 Juli 2016
Hormat Kami,
Penulis
Universitas Sumatera Utara
v
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
ABSTRAK
Polusi udara menjadi masalah penting yang dapat mengancam kehidupan
manusia. Banyak aktifitas-aktifitas manusia yang menyebabkan terjadinya
polusi udara. Oleh sebab itu, diperlukan suatu monitoring tingkat polusi
udara untuk mengetahui indeks polusi udara di kawasan tersebut dalam
rangka mempertahankan kadar polutan di bawah nilai ambang batasnya.
Untuk mengetahui kadar gas polutan dengan menggunakan sensor gas MQ-135
yang peka terhadap kualitas udara. Dan untuk tampilan indeks menggunakan
LCD dan secara software dengan komunikasi serial yang sebelumnya di proses
oleh arduino mini. Sistem ini diharapkan mampu memberikan solusi terhadap
masalah pencemaran udara karena biaya yang diperlukan terjangkau dibanding
dengan alat dari badan lingkungan hidup. Projek akhir II ini dilakukan
perancangan dan pembuataan alat monitoring polusi udara dengan sensor MQ135 diimplementasikan pada sebuah miniplant berbasis arduino uno.
Kata kunci : Sensor gas MQ-135, Arduino mini, LCD
Universitas Sumatera Utara
vi
PERANCANGAN ALAT UKUR KUALITAS UDARA
BERBASIS ARDUINO MINI
MENGGUNAKAN SENSOR MQ-135
ABSTRACT
Air pollution is an important problem that can threaten human life. Many
human activities that cause air pollution. Therefore, we need a monitoring
air pollution levels to determine the index of air pollution the region in order
to maintain the levels of pollutants below the thershold value.
To determine levels of pollutant gaes by using the MQ-135 gas sensors are
sensitive to air quality. And to the LCD display using the previous index in
the process by the arduino mini. The system is expected to provide a
solution to the problrm of air pollution due to the cost of the required
affordable compared by means of the environmental agency. Final project II
is to design and manufacture of air pollution monitoring with sensor MQ135 is implemented in a arduino mini based miniplant.
Keyword : MQ-135 Gas Sensors, Arduino Mini, Liquid Crystal Display
(LCD)
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. i
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. ii
PENGHARGAAN ............................................................................................. iii
ABSTRAK .........................................................................................................v
ABSTRACT .......................................................................................................vi
DAFTAR ISI ......................................................................................................vii
DAFTAR TABEL .............................................................................................x
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..............................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................2
1.3 Batasan Masalah ...........................................................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ..........................................................................................3
1.5 Metode Penelitian .........................................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pencemaran Udara ........................................................................................6
2.1.1 ISPU (Indeks Standar Pencemaran Udara) .........................................12
2.1.2 Protokol TCP/IP ..................................................................................14
2.2 Sensor MQ-135 ......................................................................................14
Universitas Sumatera Utara
viii
2.2.1 Konektor Dan Pengaturan Jumper .............................................16
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor MQ-135.....................................................17
2.3 Arduino ..................................................................................................19
2.3.1 Sejarah Arduino .........................................................................21
2.3.2 Arduino Mini .............................................................................25
2.3.3 Hardware Arduino .....................................................................29
2.3.4 Software Arduino ......................................................................30
2.3.5 Melakukan Penginstalan Arduino Ke Komputer.......................33
2.3.6 MelakukanPenginstalan Driver Utuk Windows ........................33
2.4 LCD (Liquid Crystal Display) ...............................................................34
2.4.1 TOPWAY LM162A....................................................................35
2.4.2 Cara Kerja LCD..........................................................................37
BAB III PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
3.1 Prinsip Kerja Sistem......................................................................................39
3.1.1 Diagram Blok dan Fungsinya.....................................................40
3.2 Rangkaian Perangkat Keras ..........................................................................42
3.3 Rangkaian Pembagi Tegangan ......................................................................43
3.4 Rangkaian Arduino .......................................................................................44
3.5 Rangkaian Skematik LCD (Liquid Crystal Display) ....................................44
3.6 Diagram Alir (Flowchart) .............................................................................48
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Universitas Sumatera Utara
ix
4.1 Hasil Rancangan Alat Ukur Kualitas Udara .................................................50
4.2 Pengujian Sensor MQ-135 ............................................................................51
4.3 Pengujian Arduino..........................................................................................53
4.4 Pengujian Rangkaian LCD.............................................................................59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................60
5.2 Saran..............................................................................................................60
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Angka dan Kategori Index Standar
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
4.1
Pencemar Udara (ISPU)
Spesifikasi Sensor MQ-135
Konektor dan Pengaturan Jumper
Spesifikasi Arduino Mini
Pin LCD dan Fungsinya
Data Hasil Pengukuran
12
15
16
26
45
51
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.1
Judul
Halaman
Sensor Gas MQ-135
Arduino Mini
Hardware Arduino
LCD TOPWAY LM162A
Blok Diagram Sistem
Rangkaian Keseluruhan
Koneksi Arduino
PCB layout
LCD 2x16 karakter
Blok Diagram LCD
Koneksi Antara LCD dengan Arduino
Koneksi Antara Arduino dengan LCD
dan Trimport
Diagram Alir (Flowchart)
Perangkat keras dari bagian luar
15
26
29
35
40
42
43
44
44
45
47
47
48
50
Universitas Sumatera Utara