Real-Time Monitoring Untuk Polusi Air Menggunakan Wireless Sensor Network Di Danau Toba
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
ATHMANATHAN
121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah
ATHMANATHAN
121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ii
PERSETUJUAN
Judul
: REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR
MENGGUNAKAN WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
Kategori
: SKRIPSI
Nama
: ATHMANATHAN
Nomor Induk Mahasiswa
: 121402097
Program Studi
: S1 TEKNOLOGI INFORMASI
Departemen
: TEKNOLOGI INFORMASI
Fakultas
: ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI
INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Komisi Pembimbing
:
Pembimbing 2
Pembimbing 1
M. Fadly Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
NIP. 19830129 200912 1 003
NIP. 19860303 201012 1 004
Diketahui/disetujui oleh
Program Studi S1 Teknologi Informasi
Ketua,
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
NIP. 19860303 201012 1 004
Universitas Sumatera Utara
iii
PERNYATAAN
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, 28 April 2017
Athmanathan
121402097
Universitas Sumatera Utara
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat serta restu-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Informasi.
Pertama, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Romi Fadillah
Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.. selaku pembimbing pertama dan Bapak M. Fadly
Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT selaku pembimbing kedua yang telah meluangkan waktu
dan tenaganya untuk membimbing penulis dalam penelitian serta penulisan skripsi ini.
Tanpa inspirasi serta motivasi yang diberikan dari kedua pembimbing, tentunya
penulis tidak akan dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Seniman S.Kom., M.Kom., sebagai dosen pembanding pertama
dan Bapak Ainul Hizriadi, S.Kom ., M.Sc sebagai dosen pembanding kedua yang
telah memberikan masukan serta kritik yang bermanfaat dalam penulisan skripsi ini.
Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada semua dosen serta pegawai di lingkungan
program studi Teknologi Informasi, yang telah membantu serta membimbing penulis
selama proses perkuliahan.
Penulis tentunya tidak lupa berterima kasih kepada orang tua penulis, yaitu
Bapak Selvanathan , Ibu Yeniaty yang telah membesarkan penulis dengan sabar dan
penuh kasih sayang, serta doa dari mereka yang selalu menyertai selama ini. Terima
kasih juga penulis ucapkan kepada adik penulis Sonia Jayanthi dan adik penulis
Karunanathan yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.
Terima kasih juga penulis ucapkan kepada teman-teman yang telah
memberikan dukungan, khususnya Scarlet Legion untuk masa-masa kuliah paling
menarik, Tika Hairani, Eric Suwarno, bang Sintong Siregar, bang Reza Taqyudin,
Rona, Hamon, Mutiara, Charlie, Grace, Fatimah, Veronica junior terbaik sepanjang
masa . M. Iqbal Rizki Siregar, Hasan yang telah banyak membantu dalam
pengambilan data ke Danau Toba. Serta teman-teman dari Medan Wolves khususnya
Aza, Hakim, Randa, Aldo, Iboi, Indra, Adam.
Universitas Sumatera Utara
v
ABSTRAK
Danau Toba merupakan salah satu destinasi wisata paling penting di Indonesia,
khususnya di kawasan provinsi Sumatera Utara. Seiring berkembangnya pariwisata di
Danau Toba, kemungkinan terjadinya pencemaran lingkungan terutama pencemaran
polusi air juga bertambah. Situasi ini membuat perlu adanya sebuah sistem yang dapat
memonitor kondisi kualitas air di Danau Toba. Dalam penelitian ini, penulis
mengembangkan sebuah metode untuk mengumpulkan data dari polusi air yang
terdapat di Danau Toba secara real-time. Metode yang dipakai dalam penelitian ini
mempunyai beberapa parameter yang diukur yaitu tingkat oksigen terlarut air, tingkat
pH air, tingkat suhu air, tingkat ORP air, tingkat suhu udara dan tingkat kelembaban
udara. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi di atas permukaan air Danau
Toba untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Dan hasil dari penelitian ini sudah
menunjukkan bahwa beberapa tempat di Danau Toba dapat dimonitor secara efektif.
Kata kunci: sistem real-time, polusi air, Danau Toba, sensor air, wireless sensor
network.
Universitas Sumatera Utara
vi
REAL TIME MONITORING SYSTEM FOR WATER POLLUTION
IN LAKE TOBA
ABSTRACT
Lake Toba serves as an important tourism attraction in Indonesia, especially in the
region of North Sumatera province. As tourism in Lake Toba develops, the possibility
of environmental issues in Lake Toba, mainly water quality, also increases. This
condition increases the necessity for a system that can monitor the environment
condition, especially the water quality in Lake Toba. In this paper, we propose a
design and development to gather and process data about water pollution in Lake
Toba in a real-time process. Our proposed design consists of several sensors which
record several parameters, such as Dissolved Oxygen Level, pH level, Water
Temperature, Air Humidity and Air Temperature. These sensor buoys will be placed
on several locations on Lake Toba’s surface to increase the effectiveness of
measurement, thus improving the measurement result. Finally, the real-time measured
values from the sensors will be gathered and processed in one main controller; the
experiment result shows that certain area can be monitored effectively.
Keywords—real-time system; water pollution ; Lake Toba, water sensor device,
wireless sensor network.
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
Hal.
Persetujuan
ii
Pernyataan
iii
Ucapan Terima Kasih
iv
Abstrak
v
Abstract
vi
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
BAB 1 Pendahuluan
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Rumusan Masalah
2
1.3. Tujuan Penelitian
2
1.4. Batasan Masalah
3
1.5. Manfaat Penelitian
3
1.6. Metodologi Penelitian
3
1.7. Sistematika Penulisan
5
BAB 2 Landasan Teori
7
2.1. Pencemaran Air
7
2.2. Sensor Air
9
2.2.1. DS18S20 Probe
9
2.2.2. Analog pH Meter Pro
12
2.2.3. Dissolved Oxygen Sensor Kit
13
2.2.4. Dht11 Air Temperature and Humidity Sensor
13
2.2.5. ORP meter DFrobot
14
2.3. Arduino Uno
15
2.4. GSM Shield
16
Universitas Sumatera Utara
viii
BAB 3 Analisis dan Perancangan
20
3.1. Analisis Sistem
21
3.1.1. Wiring Diagram
21
3.1.2. Alur Pemrograman
22
3.2. Perancangan Antarmuka Sistem
25
3.3. Sensor Buoy
25
BAB 4 Implementasi dan Pengujian
26
4.1. Implementasi Sistem
26
4.1.1. Spesifikasi Perangkat Keras dan Lunak yang Digunakan
26
4.1.2. Implementasi Perancangan Antarmuka
26
4.2. Pengujian Sistem
30
4.2.1. Hasil Pengukuran Pertama
30
4.2.2. Hasil Pengukuran Kedua
35
BAB 5 Kesimpulan dan Saran
41
5.1. Kesimpulan
41
5.2. Saran
41
Daftar Pustaka
42
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1. Hasil Pengukuran pH dalam minivolt
10
Tabel 2.2. Tabel Penelitian Terdahulu
17
Tabel 3.1. Sensor Class
23
Tabel 3.2. Struktur Database
24
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran pH-1
31
Tabel 4.2. Hasil Pengukuran DO-1
33
Tabel 4.3. Hasil Pengukuran pH-2
36
Tabel 4.4. Hasil Pengukuran DO-2
38
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Diagram Blok Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
8
Gambar 2.2. Bentuk Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
9
Gambar 2.3. Skema Pengkabelan pH Meter (D-Robotics, 2010).
11
Gambar 2.4. DO Circuit
12
Gambar 2.5. DO Probe
12
Gambar 2.6. Sensor dht11(D-Robotics, 2010).
13
Gambar 2.7. Sensor ORP (DFrobot , 2010).
14
Gambar 2.8. Arduino Uno
15
Gambar 2.9. GSM Shield
16
Gambar 3.1. Arsitektur umum sistem yang diajukan
19
Gambar 3.2. Pendeklarasian variabel untuk sensor DO
20
Gambar 3.3. Pendeklarasian variabel untuk GSM Shield
21
Gambar 3.4. Pendeklarasian variabel untuk pH dan ORP sensor
22
Gambar 3.5. Pendeklarasian variabel untuk DS18S20 sensor
22
Gambar 3.6. Pendeklarasian variabel untuk sensor suhu dan kelembaban udara
23
Gambar 3.7. Rancangan awal tampilan sistem
25
Gambar 3.8. Sensor Buoy
25
Gambar 4.1. Tampilan Data DO
27
Universitas Sumatera Utara
xi
Gambar 4.2. Tampilan Data pH
27
Gambar 4.3. Tampilan Data ORP
28
Gambar 4.4. Tampilan Data Suhu Air
28
Gambar 4.5. Tampilan Data Suhu Udara
29
Gambar 4.6. Tampilan Data Kelembaban Udara
29
Gambar 4.7. Data pH air pengukuran pertama
30
Gambar 4.8. Data DO air pengukuran pertama
32
Gambar 4.9. Data suhu air pengukuran pertama
33
Gambar 4.10. Data kelembaban udara pengukuran pertama
34
Gambar 4.11. Data suhu udara pengukuran pertama
34
Gambar 4.12. Data pH pengukuran kedua
36
Gambar 4.13. Data DO pengukuran kedua
37
Gambar 4.14. Data suhu air pengukuran kedua
38
Gambar 4.15. Data suhu udara pengukuran kedua
39
Gambar 4.16. Data kelembaban udara pengukuran kedua
39
Gambar 4.17. Data ORP dari pengukuran kedua
40
Universitas Sumatera Utara
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
ATHMANATHAN
121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah
ATHMANATHAN
121402097
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ii
PERSETUJUAN
Judul
: REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR
MENGGUNAKAN WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
Kategori
: SKRIPSI
Nama
: ATHMANATHAN
Nomor Induk Mahasiswa
: 121402097
Program Studi
: S1 TEKNOLOGI INFORMASI
Departemen
: TEKNOLOGI INFORMASI
Fakultas
: ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI
INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Komisi Pembimbing
:
Pembimbing 2
Pembimbing 1
M. Fadly Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
NIP. 19830129 200912 1 003
NIP. 19860303 201012 1 004
Diketahui/disetujui oleh
Program Studi S1 Teknologi Informasi
Ketua,
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.
NIP. 19860303 201012 1 004
Universitas Sumatera Utara
iii
PERNYATAAN
REAL-TIME MONITORING UNTUK POLUSI AIR MENGGUNAKAN
WIRELESS SENSOR NETWORK
DI DANAU TOBA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, 28 April 2017
Athmanathan
121402097
Universitas Sumatera Utara
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat serta restu-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Informasi.
Pertama, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Romi Fadillah
Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc.. selaku pembimbing pertama dan Bapak M. Fadly
Syahputra, B.Sc., M.Sc.IT selaku pembimbing kedua yang telah meluangkan waktu
dan tenaganya untuk membimbing penulis dalam penelitian serta penulisan skripsi ini.
Tanpa inspirasi serta motivasi yang diberikan dari kedua pembimbing, tentunya
penulis tidak akan dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Seniman S.Kom., M.Kom., sebagai dosen pembanding pertama
dan Bapak Ainul Hizriadi, S.Kom ., M.Sc sebagai dosen pembanding kedua yang
telah memberikan masukan serta kritik yang bermanfaat dalam penulisan skripsi ini.
Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada semua dosen serta pegawai di lingkungan
program studi Teknologi Informasi, yang telah membantu serta membimbing penulis
selama proses perkuliahan.
Penulis tentunya tidak lupa berterima kasih kepada orang tua penulis, yaitu
Bapak Selvanathan , Ibu Yeniaty yang telah membesarkan penulis dengan sabar dan
penuh kasih sayang, serta doa dari mereka yang selalu menyertai selama ini. Terima
kasih juga penulis ucapkan kepada adik penulis Sonia Jayanthi dan adik penulis
Karunanathan yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.
Terima kasih juga penulis ucapkan kepada teman-teman yang telah
memberikan dukungan, khususnya Scarlet Legion untuk masa-masa kuliah paling
menarik, Tika Hairani, Eric Suwarno, bang Sintong Siregar, bang Reza Taqyudin,
Rona, Hamon, Mutiara, Charlie, Grace, Fatimah, Veronica junior terbaik sepanjang
masa . M. Iqbal Rizki Siregar, Hasan yang telah banyak membantu dalam
pengambilan data ke Danau Toba. Serta teman-teman dari Medan Wolves khususnya
Aza, Hakim, Randa, Aldo, Iboi, Indra, Adam.
Universitas Sumatera Utara
v
ABSTRAK
Danau Toba merupakan salah satu destinasi wisata paling penting di Indonesia,
khususnya di kawasan provinsi Sumatera Utara. Seiring berkembangnya pariwisata di
Danau Toba, kemungkinan terjadinya pencemaran lingkungan terutama pencemaran
polusi air juga bertambah. Situasi ini membuat perlu adanya sebuah sistem yang dapat
memonitor kondisi kualitas air di Danau Toba. Dalam penelitian ini, penulis
mengembangkan sebuah metode untuk mengumpulkan data dari polusi air yang
terdapat di Danau Toba secara real-time. Metode yang dipakai dalam penelitian ini
mempunyai beberapa parameter yang diukur yaitu tingkat oksigen terlarut air, tingkat
pH air, tingkat suhu air, tingkat ORP air, tingkat suhu udara dan tingkat kelembaban
udara. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi di atas permukaan air Danau
Toba untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Dan hasil dari penelitian ini sudah
menunjukkan bahwa beberapa tempat di Danau Toba dapat dimonitor secara efektif.
Kata kunci: sistem real-time, polusi air, Danau Toba, sensor air, wireless sensor
network.
Universitas Sumatera Utara
vi
REAL TIME MONITORING SYSTEM FOR WATER POLLUTION
IN LAKE TOBA
ABSTRACT
Lake Toba serves as an important tourism attraction in Indonesia, especially in the
region of North Sumatera province. As tourism in Lake Toba develops, the possibility
of environmental issues in Lake Toba, mainly water quality, also increases. This
condition increases the necessity for a system that can monitor the environment
condition, especially the water quality in Lake Toba. In this paper, we propose a
design and development to gather and process data about water pollution in Lake
Toba in a real-time process. Our proposed design consists of several sensors which
record several parameters, such as Dissolved Oxygen Level, pH level, Water
Temperature, Air Humidity and Air Temperature. These sensor buoys will be placed
on several locations on Lake Toba’s surface to increase the effectiveness of
measurement, thus improving the measurement result. Finally, the real-time measured
values from the sensors will be gathered and processed in one main controller; the
experiment result shows that certain area can be monitored effectively.
Keywords—real-time system; water pollution ; Lake Toba, water sensor device,
wireless sensor network.
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
Hal.
Persetujuan
ii
Pernyataan
iii
Ucapan Terima Kasih
iv
Abstrak
v
Abstract
vi
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
BAB 1 Pendahuluan
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Rumusan Masalah
2
1.3. Tujuan Penelitian
2
1.4. Batasan Masalah
3
1.5. Manfaat Penelitian
3
1.6. Metodologi Penelitian
3
1.7. Sistematika Penulisan
5
BAB 2 Landasan Teori
7
2.1. Pencemaran Air
7
2.2. Sensor Air
9
2.2.1. DS18S20 Probe
9
2.2.2. Analog pH Meter Pro
12
2.2.3. Dissolved Oxygen Sensor Kit
13
2.2.4. Dht11 Air Temperature and Humidity Sensor
13
2.2.5. ORP meter DFrobot
14
2.3. Arduino Uno
15
2.4. GSM Shield
16
Universitas Sumatera Utara
viii
BAB 3 Analisis dan Perancangan
20
3.1. Analisis Sistem
21
3.1.1. Wiring Diagram
21
3.1.2. Alur Pemrograman
22
3.2. Perancangan Antarmuka Sistem
25
3.3. Sensor Buoy
25
BAB 4 Implementasi dan Pengujian
26
4.1. Implementasi Sistem
26
4.1.1. Spesifikasi Perangkat Keras dan Lunak yang Digunakan
26
4.1.2. Implementasi Perancangan Antarmuka
26
4.2. Pengujian Sistem
30
4.2.1. Hasil Pengukuran Pertama
30
4.2.2. Hasil Pengukuran Kedua
35
BAB 5 Kesimpulan dan Saran
41
5.1. Kesimpulan
41
5.2. Saran
41
Daftar Pustaka
42
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1. Hasil Pengukuran pH dalam minivolt
10
Tabel 2.2. Tabel Penelitian Terdahulu
17
Tabel 3.1. Sensor Class
23
Tabel 3.2. Struktur Database
24
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran pH-1
31
Tabel 4.2. Hasil Pengukuran DO-1
33
Tabel 4.3. Hasil Pengukuran pH-2
36
Tabel 4.4. Hasil Pengukuran DO-2
38
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Diagram Blok Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
8
Gambar 2.2. Bentuk Sensor DS18S20 (Dallas, 2014).
9
Gambar 2.3. Skema Pengkabelan pH Meter (D-Robotics, 2010).
11
Gambar 2.4. DO Circuit
12
Gambar 2.5. DO Probe
12
Gambar 2.6. Sensor dht11(D-Robotics, 2010).
13
Gambar 2.7. Sensor ORP (DFrobot , 2010).
14
Gambar 2.8. Arduino Uno
15
Gambar 2.9. GSM Shield
16
Gambar 3.1. Arsitektur umum sistem yang diajukan
19
Gambar 3.2. Pendeklarasian variabel untuk sensor DO
20
Gambar 3.3. Pendeklarasian variabel untuk GSM Shield
21
Gambar 3.4. Pendeklarasian variabel untuk pH dan ORP sensor
22
Gambar 3.5. Pendeklarasian variabel untuk DS18S20 sensor
22
Gambar 3.6. Pendeklarasian variabel untuk sensor suhu dan kelembaban udara
23
Gambar 3.7. Rancangan awal tampilan sistem
25
Gambar 3.8. Sensor Buoy
25
Gambar 4.1. Tampilan Data DO
27
Universitas Sumatera Utara
xi
Gambar 4.2. Tampilan Data pH
27
Gambar 4.3. Tampilan Data ORP
28
Gambar 4.4. Tampilan Data Suhu Air
28
Gambar 4.5. Tampilan Data Suhu Udara
29
Gambar 4.6. Tampilan Data Kelembaban Udara
29
Gambar 4.7. Data pH air pengukuran pertama
30
Gambar 4.8. Data DO air pengukuran pertama
32
Gambar 4.9. Data suhu air pengukuran pertama
33
Gambar 4.10. Data kelembaban udara pengukuran pertama
34
Gambar 4.11. Data suhu udara pengukuran pertama
34
Gambar 4.12. Data pH pengukuran kedua
36
Gambar 4.13. Data DO pengukuran kedua
37
Gambar 4.14. Data suhu air pengukuran kedua
38
Gambar 4.15. Data suhu udara pengukuran kedua
39
Gambar 4.16. Data kelembaban udara pengukuran kedua
39
Gambar 4.17. Data ORP dari pengukuran kedua
40
Universitas Sumatera Utara