Sistem Monitoring Kadar Gas Berbahaya Pada Lokasi Parkiran Bawah Tanah Menggunakan Protokol MQTT
Vol. 3, No. 1, Januari 2019, hlm. 68-74 http://j-ptiik.ub.ac.id
Sistem Monitoring Kadar Gas Berbahaya Pada Lokasi Parkiran Bawah
Tanah Menggunakan Protokol MQTT
1 2 3 Loki Sudiarta Mongin , Wijaya Kurniawan , Mochammad Hannats Hanafi IchsanProgram Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya 1 2 3 Email : [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Pada umumnya bangunan parkir adalah bagian dari bangunan gedung tempat pusat kegiatan seperti pertokoan dan perkantoran yang dimanfaatkan khusus sebagai tempat parkir kendaraan sementara, selama melakukan aktivitas di gedung tersebut. Keterbatasan dan ketersediaan tempat terbuka maupun lahan kosong di sekitaran lokasi gedung-gedung ini, maka pemilihan lokasi parkir pada lantai dasar
(basement) dan lantai atas (upper ground) menjadi pilihan utama, namun pemilihan lokasi ini sering
sekali membuat para perancang maupun pengembang gedung mengabaikan kepentingan saluran udara yang berfungsi sebagai tempat bertukarnya udara segar dan gas polutan di lokasi parkiran tersebut sehingga nilai air change ratio (ACH) berada dalam ambang batas membahayakan bagi para pekerja maupun pengguna fasilitas parkir tersebut terutama pada area parkir basement paling banyak terdapat polusi udara gas buang dari keluar masuknya kendaraan bermotor. Mengacu pada uraian masalah tersebut, maka penulis membuat sebuah sistem pemantauan kadar gas polutan berbahaya yang terdapat pada lokasi parkiran bawah tanah menggunakan protokol komunikasi ringan berbasis MQTT yang metode pengirimanya menggunakan modul wifi ESP8266. Pada sistem ini juga terdapat sensor MQ-7 dan MQ-135 yang berfungsi sebagai alat pendeteksi awal perubahan kadar gas karbon monoksida dan nitrogen oksida yang selanjutnya hasil pembacaan sensor tersebut diolah oleh mikrokontroler Arduino Uno sehingga didapatkan hasil pengolahan data dalam bentuk format json yang kemudian dikirimkan ke web server dalam hal ini adalah thingsboard.io untuk ditampilkan dalam bentuk grafik dan chart agar dapat lebih mudah dipantau oleh user yang membutuhkan pembacaan perubahan kadar gas polutan pada lokasi tersebut. Dari hasil yang didapatkan setelah sistem ini berjalan secara keseluruhan, sistem memerlukan waktu untuk melakukan prosesing data berkisar antara 1.3
- – 1,5 detik sedangkan untuk pengiriman data ke web server ditempuh dalam kurun waktu dibawah 2 detik.
Kata kunci: gas polutan, MQTT, parkir ruang bawah tanah.
Abstract
In general, parking buildings are part of a building where activity centers such as shops and offices are
used specifically as temporary parking spaces for vehicles, during activities in the building. Limitations
and availability of open space and vacant land in the vicinity of these buildings, the selection of parking
locations on the basement and upper ground is the main choice, but this location selection often makes
building designers and developers ignore the interests of the air duct which serves as a place for
exchanging fresh air and pollutant gases in the parking area so that the air change ratio (ACH) is in
the danger threshold for the workers and users of the parking facility, especially in the basement parking
area with the most exhaust gas air pollution from the entry and exit of motorized vehicles. Referring to
the description of the problem, the authors made a monitoring system of dangerous pollutant gas levels
found in underground parking locations using MQTT-based lightweight communication protocol using
the ESP8266 wifi module. In this system there are also MQ-7 and MQ-135 sensors which serve as an
early detection device for changes in levels of carbon monoxide and nitrogen oxide gases which are
then processed by the Arduino Uno microcontroller to obtain data processing in json format which is
then sent to the web server in this case, thingsboard.io to be displayed in the form of graphs and charts
so that it can be more easily monitored by users who need a reading of changes in the level of pollutant
gas in that location. From the results obtained after this system runs as a whole, the system requires
time to process data ranging from 1.3 - 1.5 seconds while for sending data to the web server is taken
within a period of 2 second.Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya
68
Keywords: gas pollutants, MQTT, Basement parking 1.
PENDAHULUAN
Udara merupakan salah satu hal yang menjadi bagian sangat penting bagi seluruh makhluk hidup yang menempati bumi ini, namun di era modern saat ini kualitas udara dari waktu ke waktu mengalami perubahan kearah yang semakin mengkhawatirkan akibat dari tingkat polusi yang sangat tinggi, sehingga kebutuhan akan udara bersih dan segar sangat susah didapatkan sejalan dengan pesatnya perkembangan pembangunan kota, industri, dan tingginya tingkat pembuangan emisi kendaraan bermotor. Khususnya di bidang transportasi, kendaraan bermotor menyumbang polutan tertinggi dikarenakan tingkat mobilitas masyarakat perkotaan sangat bergantung pada kendaraan bermotor dan sarana transportasi, dengan begitu semua mobilitas masyarakat tidak akan sulit ditempuh apabila ada sarana transportasi (Sengkey, 2011).
Indeks Standar Pencemaran Udara (ISPU) merupakan pedoman bagi masyarakat ataupun makhluk hidup lain sebagai parameter ataupun acuan untuk mengetahui seberapa baik dan buruknya kualitas udara disekitarnya dan bagaimana dampak yang terjadi pada kesehatan apabila terpapar dalam kurun waktu hari maupun hitungan jam. Pencemaran udara ditetapkan berdasarkan 6 pencemaran inti, yaitu: karbon monoksida (CO), Karbon Dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), nitrogen dioksida (NO2), ozon permukaan (O3), dan partikel debu (PM10). Hal tersebut diatur berdasarkan Keputusan Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal) Nomor KEP- 107/Kabapedal/11/1997.
Menurut Badan Kesehatan Dunia (WHO), polusi udara dibagi berdasarkan Polusi Udara Dalam Ruangan (PUDR), Polusi Udara Luar Ruangan (PULR) dan polusi udara akibat dari lingkungan kerja. Secara paparan, polusi udara dalam ruangan jauh lebih besar dan berbahaya dikarenakan lebih cepat mencapai paru-paru dibandingkan dengan polusi luar ruangan maupun polusi udara dari lingkungan kerja (Hidayat, 2012). Banyak kita temukan Polusi Udara Dalam Ruangan (PUDR) terjadi dalam area gedung parkiran indoor atau basement karena merupakan salah satu alternatif pilihan yang ada bagi para pengguna kendaraan bermotor mengingat semakin sedikitnya ruang terbuka parkir pada saat ini, akan tetapi pemilihan tempat parkir ini sering sekali tidak memperhatikan kecukupan ventilasinya sebagai pertukaran udara bersih didalam lokasi parkir sehingga nilai Air Change Ratio (ACR) berada di bawah ambang batas yang ditentukan dan berakibat terakumulasinya gas polutan yang berasal dari hasil pembakaran kendaraan bermotor yang tidak sempurna dan mengandung timbal atau timah hitam (Pb), suspended particulate matter (SPM), oksida nitrogen (NOx), oksida sulfur (SO2), hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), karbon dioksidsa (CO2) dan oksida fotokimia (Ox)” (BPLH DKI Jakarta, 2013).
Berdasarkan uraian diatas penulis membuat sistem pemantau kadar gas polutan pada lokasi parkiran bawah tanah dengan menggunakan protokol komunikasi MQTT. Protokol MQTT merupakan sebuah protokol ringan yang berbasis publish dan subscribe yang didalamnya terdapat broker sebagai pendistribusi data yang dikirimkan oleh publish untuk client yang berminat pada topic tersebut yang sebelumnya telah terdaftar pada broker dan mempunyai hak akses token yang telah disediankan oleh web server, client ini disebut dengan subscriber. Protokol MQTT dapat berjalan dengan menggunakan sumber daya yang rendah serta ukuran data yang sangat kecil dan sangat dapat di andalkan pada jaringan koneks yang tidak stabil. Untuk pengambilan data gas polutan maka dibutuhkan sensor pendeteksi gas berbahaya yang mempunyai resistansi tinggi terhadap perubahan kadar gas yang dimaksud, pada rancangan alat ini memakai sensor MQ-135 mampu membaca gas nitrogen oksida dan sensor MQ-7 yang mampu membaca perubahan gas karbon monoksida, yang kemudian hasil dari pembacaan kedua sensor tersebut diolah menggunakan mikrokontroler Arduino Uno yang selanjutnya data tersebut dikirimkan menuju web server menggunakan modul ESP8266 yang hasilnya dapat dipantau dalam bentuk grafik dan chart. Harapanya pada system yang telah dirancang ini dapat sangat bermanfaat dan berjalan sesuai tujuanya guna memantau perubahan kadar gas polutan pada lokasi yang dituju untuk selanjutnya dapat dilakukan tindakan penanggulangan kadar gas polutan apabila terdeteksi dalam kondisi yang sangat mikrokontroler Arduino Uno sebagai piranti membahayakan. utama dalam hal pemrosesan data yang didapatkan dari hasil pembacaan sensor melalui 2.
METODOLOGI koneksi pin-pinya.
- Pada metodologi penelitian yang penulis
Sensor MQ-7 dan MQ-135 lakukan mencakupi beberapa hal penting guna Mencari Informasi mengenai kegunaan serta mendapatkan hasil yang sesuai dengan tujuan mempelajari bagaimana cara kerja pembacaan penelitian ini yang akan ditunjukan pada bentuk sensor melalui datasheet yang dimiliki sensor susunan blok pada gambar 1. MQ-7 dan MQ-135
- Memahami bagaimana prosedur kerja komunikasi Protokol MQTT serta membaca referensi penggunnaan protokol MQTT.
Protokol MQTT
- Mengumpulkan beberapa referensi dalam hal pemanfaatan modul wifi ESP8266 serta memhami cara kerjanya dalam proses pengiriman data melalui jaringan nirkabel.
ESP8266
- Mengetahui secara keseluruhan peran dan keterkaitan fungsi thingsboard dalam komunikasi MQTT.
Thingsboard
2.2 Analisis Kebutuhan Sistem
Dalam rancangan pembangunan sistem ini dibutuhkan 2 aspek kebutuhan yang terbagi menjadi:
− Kebutuhan Fungsional
Sensor MQ-7 dan MQ-135 digunakan - sebagai pembaca kandungan kadar gas karbon monoksida dan nitrogen oksida pada . lokasi parkiran bawah tanah Masukan nilai kadar gas berbahaya yang di
- dapat dari pembacaan kedua sensor selanjutnya dikirim menuju Arduino Uno
Gambar 1. skema metodologi melalui koneksi pin untuk di proses sebelum . siap diteruskan ke ESP8266
2.1. Studi Literatur
- Pada tampilan dashboard web server dalam hal
Bagian ini merupakan tahapan proses ini yang bertindak adalah Thingsboard.io selanjutnya yang dilakukan untuk mendapatkan, menampilkan hasil pembacaan data kedua mengetaahui serta mengumpulkan beberapa sensor dalam bentuk chart dan grafik. informasi dan data yang berasal dari jurnal,
− Kebutuhan Non Fungsional buku, maupun artikel yang berkaitan dengan perancangan dan penelitian pada sistem yang
- Diperlukan sumber daya yang stabil dana akan dibuat agar berguna untuk menentukan titik sesuai dengan kebutuhan masing-masing acuan yang jelas. antara lain adalah : komponen agar sistem dapat berjalan secara optimal tanpa adanya kendala yang berarti.
- Hasil dari pembacaan sensor yang akan
Arduino Uno
Memahami secara mendetail kegunaan fungsi ditampilkan pada halaman dashboard thingsboard membutuhkan koneksi internet yang stabil.
- Dalam halaman dashboard thinsgboard pembacaan data kadar gas dapat terlihat dalam bentuk grafik dan chart untuk mempermudah subscriber melihat pemantaun kadar gas tersebut.
3. PERANCANGAN DAN
IMPLEMENTASI
Dalam perancangan alat yang terdapat dalam sistem monitoring kadar gas berbahaya ini terdapat 4 bagian inti, yakni perangkat sensor, mikrokontroler Arduino Uno, modul wifi ESP8266, dan protocol komunikasi MQTT yang hasil outputnya akan dikirim dan ditampilkan pada Thingsboard. Selanjutnya bisa dilihat di gambar 2.
Gambar 2. Perangkat Keras
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa dalam sistem ini membutuhkan inputan gas berbahaya nitrogen oksida dan karbon monoksida hasil dari pembacaan kedua sensor yang kemudian diteruskan ke mikrokontroler Arduino Uno melalui koneksi pin untuk diolah dan diproses sebelum dikirimkan lagi ke modul wifi ESP8266 dalam bentuk format data Json yang kemudian selanjutnya siap dikirimkan lagi menuju web server thingsboard.io menggunakan protocol komunikasi MQTT berbasis publish dan subscribe
Proses yang terjadi dalam modul wifi ESP8266 adalah menerima hasil olahan data berformat json yang bersumber dari Arduino Uno melalui koneksi pin RX untuk selanjutnya dikirimkan lagi melalui koneksi pin D2 ke web server menggunakan QoS level 0 dan 1 untuk menjamin data yang dikirimkan oleh publish dapat diterima denga konfirmasi sebelumnya ataupun tanpa konfirmasi dari subscribe.
Kemudian pada proses selanjutnya setelah data dikirimkan oleh publish maka MQTT Broker dalam hal ini Thingsboard siap mendistribusikan data kepada subscribe yang sebelumnya telah berlangganan dan tertarik untuk mendapatkan hasil pembacaan data tersebut dengan kondisi real time sesuai dengan waktu kondisi aksesnya yang ditampilkan dalam hasil grafik dan chart guna mempermudah pembacaan data kadar gas polutan di lokasi parkiran bawah tanah.
3.2 Perancangan perangkat lunak
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Sebelum memulai pada tahap selanjutnya perlu dilakukan pembuatan flowchart sistem seacara menyeluruh yang dapat dilihat pada gambar 3 untuk lebih jelasnya.
Gambar 3 Flowchart sistem Dari hasil pembacaan flowchart diatas dapat terlihat sebelum sistem berjalan secara keseluruhan sesuai fungsinya diperlukan beberapa intruksi agar sistem berjalan secara semestinya dimulai dari melakukan pengujian koneksi ke titik akses point yang telah ditentukan menggunakan modul wifi ESP8266, setelah terhubung selanjutnya melakukan percobaan koneksi ke thingsboard.io apabila berhasil maka sistem melakukan perintah selanjutnya untuk membaca hasil pembacaan dari kedua sensor gas untuk diolah terlebih dahulu di mikrokontroler Arduino Uno, namun apabila pada proses pembacaan sensor tersebut gagal maka sistem mengisntruksikan kembali untuk melakukan pembacaan ulang melalui fungsi IsNan yang terdapat dalam kode program. Kemudian setelah uraian proses tersebut berjalan tanpa kendala maka modul wifi ESP8266 barsiap untuk mengirim data menuju Thingsboard dengan menggunakan Protokol MQTT.
4. PENGUJIAN DAN ANALISA
Gambar 5. Uji kinerja sensor
4.1 Pengujian Konektivitas ESP8266
4.3 Pengujian Delay
Pada proses ini dilakukan uji kerja koneksi untuk mengetahui kinerja pada ESP8266 apakah Pada tahapan pengujian delay sistem sudah sesuai peruntukanya atau tidak. langkah monitoring kadar gas berbahaya pada lokasi awal dilakukan adalah mencoba modul wifi parkiran bawah tanah ini dari mulai sistem
ESP8266 bisa terhubung ke titik akses point dihidupakan dan mulai mengumpulkan data gas yang telah ditentukan untuk mendapatkan akses melalui pembacaan sensor hingga ditampilkan internet. Apabila berhasil maka pada serial pada serial monitor lalu dilanjutkan lagi monitor akan menampilkan hasil pembacaan melakukan pengiriman data menuju web server “connected to lenova”. didapatkan delay waktu antara 1,37 – 1,4 detik.
Delay waktu ini dapat berubah-ubah karena di pengaruhi beberapa faktor antara lain kondisi koneksi internet yang terkadang tidak stabil yang sangat berpengaruh kepada modul wifi ESP8266 yang sangat sensitive terhadap perubahan kecepatan koneksi dalam waktu pengoperasianya dan sangat memungkinkan terjadinya paket data yang dikirimkan menuju Broker dapat hilang atau loss. Selain itu juga kondisi server thingsboard terkadang tidak
Gambar 4. Uji koneksi ESP8266 stabil.
Pada gambar 4, terlihat ESP8266 melakukan
Tabel 3. Delay eksekusi
uji coba koneksi ke ssid yang sudah ditentukan sebelumnya dan setelah dapat terkoneksi dengan baik makan selanjutnya mencoba uji koneksi ke web server dalam hal ini adalah thingboard.io.
4.2 Pembacaan Data sensor
Pada tahapan selanjutnya dalam proses ini dilakukan untuk mengetahui apakah kedua sensor yang digunakan dapat bekerja dengan baik dalam membaca perubahan kadar gas yang hasil pembacaanya dapat dipantau di serial monitor.
Tabel 4. Delay thingsboard
Chaudhary, D.D., Nayse, S.P. & Waghmare, L.M., 2011. Application Of Wireless
11 Oktober 2017] LapanTech. Sensor LDR 10mm. Tersedia di: < http://lapantech.com/Sensor-LDR-
Munir, R., 2006. Diktat Kuliah IF2153 Matematika Diskrit. Prodi Teknik Informatika, Institut Teknologi Bandung. Tersedia melalui: Website Rinaldi Munir <http://informatika.stei.itb.ac.id/~rinald i.munir/Kriptografi/> [Diakses
IBM WebSphere MQ Telemetry. New York: IBM Redbooks.
Solution with MQTT and
Jarak Jauh Berbasis Internet of Things Menggunakan Protokol MQTT. Yogyakarta: STMIK ATAKOM. Leong, W., dkk, 2012. Building Smarter Planet
2017] Budiyoko, T., 2016. Sistem Monitoring Suhu
Sensor Network for Greenhouse Parameter Control in Precision Agriculture . Wireless & Mobile Networks , [online] [Diakses 1 Oktober
Alfaviega Septian Pravangasta (2018) SISTEM MONITORING KADAR GAS BERBAHAYA BERDASARKAN AMONIA DAN METANA PADA PETERNAKAN AYAM BROILER MENGGUNAKAN PROTOKOL MQTT PADA REAL TIME SISTEM, Fakultas Ilmu Komputer Universitas `Brawijaya, Malang
5. KESIMPULAN
Muhamad Nur Arifin (2018) MONITORING KADAR GAS BERBAHAYA BERDASARKAN AMONIA DAN METANA PADA KANDANG AYAM DENGAN MENGGUNAKAN PROTOKOL HTTP, Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya, Malang
Ardi Budianto Bahaya Emisi Gas Buang Karbon Monoksida (CO) dan Timbal (Pb) Akibat Pembakaran Tidak Sempurna Kendaraan Bermotor Sebagai Polutan, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember
Peraturan Pemerintah Nomor 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara
PERATURAN MENTERI NEGARA LINGKUNGAN HIDUP NOMOR 12 TAHUN 2010 TENTANG PELAKSANAAN PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA DI DAERAH, MENTERI NEGARA LINGKUNGAN HIDUP
Arduino. What is Arduino. Tersedia di: < https://www.Arduino.cc/en/Guide/Intro duction> [Diakses 1 September 2017]
6. DAFTAR PUSTAKA
Telah dilakukan serangkaian tes untuk menguji tingkat kelayakan sistem yang dibuat guna mendapatkan hasil yang akurat dari mulai pembacaan sensor, pengolahan data, metode pengiriman data dan menguji kehandalan MQTT sebagai protocol komunikasi antar perangkat berdaya rendah dengan kondisi internet yang tidak stabil sehingga data yang ditampilkan pada web server dalam kurun waktu yang bersifat real time.
Dari hasil perancangan sistem monitoring kadar gas berbahaya pada lokasi parkiran bawah tanah menggunakan protocol MQTT yang dilengkapi modul wifi ESP8266 dapat ditarik kesimpulan bahwa perancangan sistem ini bertujuan untuk memantau kadar gas berbahaya yang terdapat pada lokasi parkiran bawah tanah, dimana gas polutan tersebut merupakan hasil dari asap pembakaran kendaraan bermotor yang terakumulasi di udara khusunya gas karbon monoksida dan nitrogen dioksida yang sangat berbahaya bagi keadaan lingkungkungan sekitarnya terutama bagi para pekerja serta pengguna fasilitas parkir tersebut .
20mm-cahaya-arduino> [Diakses 10 Oktober 2017] NURDs, 2015. ESP8266. [Online]
Available at: https://nurdspace.nl/ESP8266 [Diakses 1 Januari 2018] Satria, G. O., Satrya, B. G., Herutomo, A., 2015.
Implementasi Protokol MQTT pada Smart Building Berbasis OpenMTC .
Bandung: Fakultas Informatika, Universitas Telkom Bdg.