RANCANG BANGUN TELEMONITORING PENCEMARAN UDARA
RANCANG BANGUN TELEMONITORING PENCEMARAN
UDARA
Tito Yuwono
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta
Kontak Person:
Tito Yuwono
Jalan Kaliurang KM 14
Yogyakarta 55584
Telp: 0274-895287, Fax: 0274-895007, E-mail:tito@uii.ac.id
Abstrak
Permukiman sehat merupakan faktor yang sangat penting untuk kesehatan masyarakat. Kriteria
permukiman sehat telah dirumuskan pada Kepmenkes No 829/Menkes/SK/VIII/1999. Di antara
kriteria tersebut adalah kriteria berbasis lokasi, kualitas udara, kualitas air, kebisingan dan kualitas
tanah. Berdasarkan kualitas udara, permukiman yang sehat tidak diperkenankan terdapat gas
beracun bebas yang melebihi ambang batas yang dipersyaratkan kesehatan, seperti H2 S, NH 3 , HS 2 ,
dan gas CO. Pada paper ini akan didiskusikan hasil penelitian terkait dengan desain telemonitoring
kualitas udara. Adapun yang menjadi fokus adalah monitoring Karbon Monoksida dan Oksida
Nitrogen yang dihasilkan emisi kendaran bermotor. Sensor yang digunakan pada penelitian ini
adalah TGS 2442 dan TGS 2106. Sebagai piranti transmisinya adalah menggunakan teknologi
Zigbee. Dari hasil pengujian, peralatan bekerja dengan baik. Adapun akurasi peralatan 95% untuk
pengukuran Karbon monoksida serta 88% untuk pengukuran Oksida Nitrogen. Kinerja transmisi
mencapai 2,1 KM.Kata kunci: Pencemaran Udara, CO, NOx, Telemonitoring Pendahuluan
Kesehatan masyarakat sangat dipengaruhi oleh permukiman yang sehat. Kriteria permukiman yang sehat telah dirumuskan oleh Menteri Kesehatan RI melalui Kepmenkes tahun 1999. Beberapa parameter kriteria permukiman sehat adalah berbasis lokasi, kualitas udara, kualitas air, kebisingan dan kualitas tanah. Diantara sayarat baku mutu untuk kualitas lingkungan terkait dengan kualitas uadara adalah : Gas H2S dan NH3 secara biologis tidak terdeteksi, Gas SO2 maksimum 0,10 ppm,
o
Debu maksimum 350 mm3 /m2 per hari, Suhu udara nyaman antara 18 – 30
C, Kelembaban udara 40 – 70 %, Gas SO2 kurang dari 0,10 ppm/24 jam, dan Gas CO kurang dari 100 ppm/8 jam[1]. Selain hal tersebut Gas NOx juga merupakan parameter yang penting. Paru-paru yang terkontaminasi oleh gas NOx akan membengkak sehingga penderita sulit bernafas yang dapat mengakibatkan kematian[2].
Pada paper ini akan dibahas terkait dengan desain telemonitring polusi udara, khususnya untuk Gas CO dan NOx. Beberapa penelitian sejenis monitoring kualitas udara telah dilakukan. Di antaranya adalah monitoring Gas CO berbasis GSM. Pada penelitian ini rangkaian elektronik diintegrasikan dengan modem GSM pada kendaraan, informasi terkait gas CO yang dihasilkan oleh kendaraan terkirim ke pihak berwajib[3]. Teknologi yang sama juga telah digunakan untuk mengirimkan data gas elpiji[4][5]. Penelitian lain adalah monitoring Gas beracun bawah tanah di area pertambangan[6]. Penelitian lain menggunakan teknologi yang berbeda untuk memonitor polusi udara. Teknologi yang digunakan adalah menggunakan Wireless Sensor Network[7]. Penelitian lain adalah monitoring gas berbahaya berbasis jaringan yang terdistribusi pada perkotaan[8]. Survey teknologi WSN untuk monitoring polusi udara telah dilakukan oleh Roseline et al[9].
Pada penelitian ini teknologi transmisi yang digunakan adalah Zigbee, sebuat teknologi dengan standar IEEE 802.4. Adapun objek yang dimonitor adalah gas CO dan NOx.
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental laboratorium dan metode eksperimental di lapangan. Metode eksperimental laboratorium meliputi desain untai elektronik dan pembuatan untai elektronik serta pengujian bagian demi bagian. Metode pengujian di lapangan meliputi pengujian kinerja transmisi data informasi polusi udara.
Gambar 1 menunjukkan blok diagram peralatan monitoring polusi udara.
Sensor Gas penguat CO Mikrokontroler Zigbee transmiter Sensor Gas penguat NOx Zigbee Zigbee server receiver repeater
Gambar 1 Blok diagram telemonitoring Gas CO dan NOx
Sensor Gas TGS 2442 dan TGS 2106 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya gas CO (Carbon Monoksida) dan gas NOx (Oksida Nitrogen). Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah jika terkena gas perubahannya tergantung dari besar konsentrasi gas yang dideteksi, kedua sensor tersebut akan digabungkan untuk mengetahui pencemaran udara. Bentuk sensor gas ditunjukan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. Sensor TGS 2442[10] Gambar 3 Sensor TGS 2106[11] Struktur dari sensor terdapat pada Gambar 4 dan 5.
IV-88 SENTRA
Gambar 4 Struktur TGS 2442 [10] Gambar 5 Struktur TGS 2106 [11]
Nilai Rs dalam sensor TGS 2442 akan semakin meningkat seiring dengan banyaknya gas yang terdeteksi sehingga tegangan yang dihasilkan oleh sensor ini akan berbanding lurus dengan nilai Rs, sedangkan pada sensor TGS 2106 nilai Rs akan semakin menurun seiring dengan banyaknya gas yang terdeteksi sehingga tegangan berbanding terbalik dengan nilai Rs. Untuk mencari nilai Rs digunakan rumus[10][11]:
Untuk sensor TGS 2442,
Vc RL Rs RL
(1)
Vout
dan untuk sensor TGS 2106,
Vc Vout Rs RL
(2)
Vout
Dimana : Rs adalah Resistansi sensor (Ω) Vc adalah Catu daya (V) Vout adalah Tegangan output (V) RL adalah Resistansi output (Ω)
VCC
6V
6V
1 R20
2 PULSE HEATER CO
2N2907 Q2
VCC 300 J5
3
3
2 TGS2106 J7
4
3 TGS2442
1
2
4
1 DATA CO Vout NO
R21 100K R11
10K
3 R23
2 PULSE DATA CO Q3 300
1
2N2222
Gambar 6 Rangkaian sensor gas TGS 2442 Gambar 7 Rangkaian sensor gas TGS 2106 Rangkaian penguat digunakan untuk menguatkan tegangan keluaran sensor supaya sesuai dengan input mikrokontroler. Pada penelitian ini, rangkaian penguat mengunakan komponen OpAmp. Gambar 8 menunjukkan rangkaian penguat.
2 R14
100k
U2B LM358
100k
7
U2A
LM358
5
U4B LM358
1 D5 ZD 5V
2
3
LM358
2
1 R8 4k7 R7
VCC POT4 100k
6
2 OUTPUT R13 100k
3
1
100k POT3 50k
3
1
VCC POT1 50k
2 OUTPUT R15 4k7
3
1
POT2 100k
INPUT SENSOR CO D6 ZD 5V
5
- U4A
7 R12 100k R2
4 D LC D 2 R 17 10k
20
8
21 PB0 (I C P1) PB1 (T1) PB2 (SS) PB3 (MOSI )
PB4 (MI SO) PB5 (SC K) PB 6 (O SC 1)
PB 7 (O SC 2)
PD0 (R XD ) PD1 (TXD ) PD2 (I N T0) PD3 (I N T1) PD4 (T0) PD5 (T1) PD6 (AI N 0) PD7 (AI N 1)
PC0(ADC 0) PC1(ADC 1) PC2(ADC 2) PC3(ADC 4) PC4(ADC 4) PC5(ADC 5) PC6 (R ESET)
VCC GND AVC C AGN D AREF ADC N OX R S LC D D LC D 1 SW 3 BUTTON2 LC D ON
START R ESET MOSI PULSE D ATA C O PULSE H EATER C O SW 1 BUTTON1
VCC J 4 C ON4
1
2
3
R ESET H OLD START C 4
6
30p SW 2 BUTTON3 H OLD C 3
30p J 3 C ON8
1
2
3
4
5
6
7
8 VCC
VCC ADC C O D LC D 3 C 6 0. 1u
VCC E LC D R W LC D
Gambar 9 Rangkaian sistem minimum Pada penelitian ini, piranti yang digunakan untruk transmisi adalah dengan mengunakan Teknologi Zigbee. Adapun produk yang digunakan adalah XbeePro. Keluaran Sistem minimum menjadi masukan Zigbee. Zig bee yang digunakan sebanyak 3 buah, yakni sebagai transmitter, repeater, dan receiver. Gambar 10 menunjukkan hasil desain untai transmisi.
Gambar 10 Untai Transmiter, Repeater, dan Receiver
22
7
1
19
3
2 R10 100k R16 100k
3
1
Gambar 8 Rangkaian penguat Setelah isyarat diproses oleh rangkaian penguat, kemudian diteruskan ke ADC. ADC yang digunakan adalah ADC internal dalam mikrokontroler. Rangkaian sistem minimum selengkapnya ditunjukan pada Gambar 9.
MI SO D LC D 0 Y 1
16M
VCC U 3 ATMEGA8
14
15
16
17
18
9
28
13
27
26
25
24
23
12
INPUT SENSOR NOx R1 100k
11
6
5
4
3
2
10
IV-90 SENTRA
Gambar 11 Antarmuka telemonitoring pencemaran udara Hasil Penelitian dan Pembahasan Pengujian dilakkan dengan mendekatkan peralatan dengan knalpot sepeda motor dan disel.
Pengukuran dilakukan dengan dua instrumen, instrumen hasil produk penelitian dan instrumen gas analizer. Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan kinerja peralatan dari sisi akurasi dan jarak transmisi.
Tabel 1 Hasil pengujian
No Hasil Desain Gas Analizer CO(PPM) N0 x
(PPM) CO(PPM) NOx(PPM) 1 8,7 1,6
10
2 2 7,7 0,7 8,7 0,6 3 6,9 0,9 7,1 1,1 4 4,7 0,7 5,3 0,8
5 9,7 0,6 10 0,8 6 8,9 0,9 9,4 1,5
7 5,9 0,8 6,1 1,3 8 7,2 0,6 7,2 0,9 9 10,1 1,4 10,2 1,9 10 9,4 1,5 9,8
2 Tabel 2 Hasil pengujian kinerja jangkauan No Jarak (m) Transmisi
1
10 Berhasil
2
50 Berhasil 3 100 Berhasil 4 200 Berhasil 5 300 Berhasil 6 500 Berhasil 7 700 Berhasil 8 900 Berhasil 9 1100 Berhasil 10 1500 Berhasil 11 1700 Berhasil 12 2000 Berhasil 13 2100 Berhasil 14 2200 Gagal Tingkat akurasi peralatan dibandingkan dengan produk industri adalah 95% untuk pengukuran CO dan 88% untuk pengukuran NOx. Adapun kemampuan transmisi adalah 2,1 km dengan menggunakan 2 repeater.
Kesimpulan Desain telemonitoring pencemaran udara, khususnya Gas CO dan Nox telah dijelaskan di atas.
Beberapa elemen penyusunnya adalah sensor TGS 2442 dan Sensor TGS 2106, penguat, mikrokontroler serta Zigbee sebagai piranti transmisi. Dari hasil pengujian, peralatan bekerja dengan baik. Adapun akurasi peralatan 95% untuk pengukuran Karbon monoksida serta 88% untuk pengukuran Oksida Nitrogen. Kinerja transmisi mencapai 2,1 KM.
Referensi
[1] Menkes, 2009. Kepmenkes No 829/Menkes/SK/VII/1999 [2] Wardhana A.W. Dampak Pencemaran Lingkungan. Yogyakarta:Andi offset.2001 [3] Patil S, Singh J. Monitoring and Controlling of Hazardous Gases inside Vehicle and Alerting Using GSM Technology. International Journal Ijarcsse.2015; 5(1).
[4] Ramya V, Palaniappan B. Embedded system for Hazardous Gas detection and Alerting.
International Journal of Distributed and Parallel Systems (IJDPS) . 2012;3(3)
[5] Padmapriya S. Design and Implementation of Wireless Gas Sensing Network for Preventing Industrial Calamity. International Journal of Advanced Research in Electronics, Communication
& Instrumentation Engineering and Development . 2014;1(2)
[6] Kumar A et al. Application of Gas Monitoring Sensors in underground Coal Mines and Hazardour Areas. International Journal of Computer Technology and Electronics Engineering (IJCTEE) . 2013;3(3).
[7] Gokulram K, Dhakshinamoorthy T. Intelligent Polluting Monitoring Using Wireless Sensor Network. International Journal of Research in Engineering and Technology. 2014;3(1). [8] Abbaspour M, Mansouri N. City hazardous gas monitoring network. Journal of Loss Prevention in the Process Industries . 2015; 18(1) 481 –487. [9] Roseline R.A, Devapriya M, Sumathi P. Pollution Monitoring using Sensors and Wireless Sensor
Networks : A Survey. International Journal IJAIM. 2007;2(7) [10] Figaro. TGS 2442 Data sheet, 2000. [11] Figaro.TGS 2106 Data sheet, 2001.