RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING PORTABEL POLUSI UDARA BERBASIS KOORDINAT GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) Tito Tuesnadi*), Sumardi, S.T., M.T., Budi Setiyono, S.T., M.T. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Sudharto, SH. Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50275, Indonesia *)
E-mail :
[email protected] Abstrak
Tingkat pencemaran udara ditiap tempat berbeda – beda, perbedaan ini dikarenakan jumlah sumber polusi dan polutan ditiap tempat tidak sama, seperti banyaknya industri disana, banyaknya kendaraan yang melntas. Oleh karena itu, dibutuhkan alat monitoring untuk memantau polutan agar polusi udara dapat dikurangi. Maka pada penelitian ini dirancang sebuah alat yang dapat memantau tingkat polutan di udara dengan memanfaatkan kemajuan teknologi sistem monitoring. Peralatan yang digunakan antara lain mikrokontroler AVR tipe ATmega32 sebagai unit pusat kontrol dengan menggunakan bahasa C. Sensor – sensor yang digunakan untuk mengukur jumlah gas yang ada di udara adalah sensor gas TGS 2600 yang berfungsi untuk mengukur kadar CO , TGS 2201 untuk mengukur kadar NO dan HC, LDR untuk mengukur intensitas cahaya, dan SHT 11 untuk mengukur suhu, GP2Y1010AU0F untuk mengukur partikel debu, serta GPS untuk menentukan posisi dan koordinat dimana alat pengukur berada. Pengujian alat monitoring polusi udara ini dilakukan di tiga tempat berbed di lingkungan Universitas Diponegoro Semarang. Dengan hasil, nilai rata – rata CO, NO2, dan HC adalah 0,801 ppm, 0,857 ppm, dan 0,876 ppm. Nilai rata – rata suhu dan kelembapan adalah 36,52°C dan 67,56 RH. Sedangkan nilai rata – rata untuk partikel debu adalah 0,017 mg/m3. Kata kunci : Pencemaran udara, ATMega32, Monitoring, GPS. Abstract The level of air pollution in each place is different, it is because the amount of pollution source in each place is different. Therefore, we need monitoring device to monitor the pollutants, so that air pollution can be reduced. In this research be designed a device that can monitor the level of pollutants in the air by utilizing advances in technology monitoring system. The equipment used were the type of ATmega32 AVR microcontroller as the central control unit using the c language. Sensors are used to measure the amount of gas in the air is a gas sensor TGS 2600 is used to measure the levels of CO, TGS 2201 to measure the levels of NO and HC, and SHT 11 to measure the temperature, GP2Y to measure the particle of dust, and Global Positioning System to determine position where measuring device located. Testing the air pollution monitoring was conducted at three different places at the Diponegoro University. With the results, the average of CO, NO2, and HC are 0,801 ppm, 0,857 ppm, and 0,876 ppm. Average of temperature and humidity are 36,52°C and 67,56 RH. While the average for the dust particles is 0,017 mg/m3. Keywords : Air pollution, ATmega32, Monitoring, CO, NO, HC, Temperature, particle of dust, Position
1. PENDAHULUAN Pada jaman globalisasi ini, penggunaan kendaraan bermotor dan juga pembangunan semakin banyak, hal ini berdampak pada kualitas udara yang semakin turun. Peningkatan polusi udara dapat menyebabkan pemanasan global dan dapat berdampak luas bagi bumi. Menurut Indeks Standart Pencemaran Udara (ISPU) [1], macam – macam gas berbahaya yang termasuk dalam gas polutan antara lain gas CO, HC, dan NO2. Tempat tinggal dengan udara yang bersih akan menghindarkan manusia dari berbagai macam penyakit gangguan pernafasan. Saat seseorang baru saja berpindah tempat ke lingkungan yang baru, orang tersebut akan menghadapi kondisi udara yang berbeda. Untuk dapat mengetahui kondisi ataupun tingkat kebersihan udara, dibutuhkan suatu alat khusus yang mampu mendeteksi dan mengukur konsentrasi gas polutan di lingkungan tersebut, yang bersifat mudah dibawa kemana – mana,
sehingga dapat diketahui tingkat polusi udara di suatu tempat tertentu, tanpa harus menambah jumlah alat. Oleh karena itu, penelitian ini memanfaatkan Mikrokontroler ATmega32 dengan Komunikasi Protokol TCP/IP, untuk memaksimalkan alat monitoring kualitas udara maka dilakukan penambahan parameter yang akan diukur, yaitu CO, HC, NO2, suhu, kelembapan, partikel debu, dan titik koordinat agar dapat diketahui tingkat polusi disuatu tempat dimana alat ini sedang berada. CO menggunakan sensor TGS 2600, NO2 dan HC akan diukur menggunakan sensor TGS 2201, suhu dan kelembapan menggunakan SHT11, GP2Y untuk mengukur banyaknya partikell debu, sedangkan untuk posisi digunakan GPS U-blox NEO 6M agar dapat mengetahui kadar polutan di beberapa tempat, tanpa harus menambah jumlah alat.
2. PERANCANGAN ALAT 2.1 Perancangan Hardware Perancangan perangkat keras rancang bangun sistem monitoring portabel polusi udara berbasis koordinat GPS ini terdiri dari mikrokontroler ATmega32 sebagai pusat kontrol alat, sensor TGS 2600 untuk mendeteksi gas CO, sensor TGS 2201 pendeteksi gas NO2 dan HC, sensor SHT 11 pendeteksi suhu dan kelembapan, GP2Y pendeteksi partikel debu, GPS U-blox NEO 6M pendeteksi lokasi dalam bentuk koordinat, WIZ110SR dan Wireless access point berfungsi sebagai media pengiriman data, serta Aki kering berfungsi sebagai sumber tegangan. Secara umum perancangan perangkat sistem ditunjukkan pada Gambar 1.
pada komputer sebagai perangkat pembuatan GUI agar operator dapat berkomunikasi dengan alat monitoring tanpa harus melihat alat secara langsung. Perangkat lunak satunya adalah CodeVision AVR sebagai untuk membuat coding agar sensor – sensor dapat membaca dan bekerja sesuai yang diinginkan. Untuk lebih jelasnya dapat melihat flowchart pada gambar 3.
Gambar 1 sistem monitoring portabel polusi udara
Gambar 3 Flowchart sistem monitoring
Pengambilan data dari penelitian ini, dilakukan dengan cara memantau parameter – parameter yang telah ditentukan sebelumnya, kemudian berpindah ke beberapa tempat, dan lokasi yang sedang dipantau akan ditampilkan dalam peta. Sehingga diperoleh data yang berbeda – beda di setiap tempatnya. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Gambar 2.
3 HASIL PENELITIAN 3.1 Pengujian Alat Pada pengujian alat monitoring polusi udara ini, semua sensor diuji secara bersamaan. Pengujian dilakukan dengan variasi tempat yang berbeda, tempat pertama pengujian di depan teknik elektro, sedangkan tempat pengujian kedua di bundaran widya puraya. Pengujian ditempat pertama, dapat dilihat pada Gambar 4, dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 2 metode pengambilan data Gambar 4 Pengujian I monitoring polusi udara 2.2 Perancangan Software Pada tugas akhir ini digunakan dua perangkat lunak yaitu, perangkat lunak Visual C# 2010 yang dijalankan
Tabel 1 pengujian I alat monitoring polusi udara Lintang (derajat) -7.049553 -7.049561 -7.049561 -7.049564 -7.049566 -7.049566 -7.049575 -7.049576 -7.049578 -7.049579 -7.049579 -7.049580 -7.049581 -7.049581 -7.049580 -7.049581 -7.049581 -7.049581 -7.049581 -7.049580
Bujur (derajat) 110.44000533 110.44000633 110.44000633 110.44000783 110.44000833 110.44000833 110.44000783 110.44000733 110.44000683 110.44000717 110.44000850 110.44001067 110.44001233 110.44001233 110.44001433 110.44001667 110.44001817 110.44001950 110.44002033 110.44002250
Debu (mg/m3) 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017 0.017
Kelembapan (RH) 78.324 78.324 78.324 78.324 78.354 78.354 78.383 78.731 78.944 79.089 79.089 79.147 79.147 79.234 79.292 79.379 79.379 79.176 78.944 78.673
Suhu (°C) 33.26 33.24 33.24 33.22 33.21 33.20 33.17 33.18 33.17 33.16 33.16 33.18 33.18 33.16 33.16 33.14 33.12 33.10 33.07 33.07
Cahaya (lux) 25250 25175 25300 25200 25200 25225 25150 25150 25150 25125 24950 24975 24975 25025 25000 24950 25050 25025 25050 25050
CO (ppm) 0.864 0.864 0.866 0.864 0.864 0.866 0.858 0.858 0.858 0.860 0.858 0.858 0.858 0.862 0.862 0.858 0.856 0.860 0.856 0.856
NO2 (ppm) 0.893 0.893 0.893 0.894 0.893 0.894 0.892 0.890 0.887 0.888 0.886 0.885 0.882 0.885 0.881 0.882 0.883 0.879 0.882 0.883
HC (ppm) 0.944 0.946 0.946 0.944 0.933 0.930 0.923 0.915 0.909 0.906 0.907 0.906 0.901 0.896 0.894 0.893 0.896 0.893 0.894 0.896
Dari Tabel 1 dapat dilihat untuk nilai koordinat memiliki selisih yang sedikit antara data satu dengan data yang lainnya, hal ini dikarenakan modul GPS terus mengupdate data. Sedangkan untuk nilai kelembapan, suhu, dan CO cenderung stabil. Nilai intensitas cahaya mengalami perbedaan meskipun sedikit, hal ini diperanguhi cahaya matahari yang terhalang awan dan bayangan – bayangan benda disekitar alat. Sementara untuk nilai partikel debu, NO2, dan HC mengalami perubahan yang tidak banyak, disebabkan karena partikel debu, gas NO2, dan HC tidak terkonsentrasi dan terpengaruh oleh angin, sehingga kenaikannya sangat sedikit. Pengujian ditempat kedua, dapat dilihat pada Gambar 5, dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2.
Gambar 5 Pengujian II monitoring polusi udara Tabel 2 pengujian II alat monitoring polusi udara Lintang Bujur Debu Kelembapan 3 (derajat) (derajat) (mg/m ) (RH) -7.049959 110.4388270 0.017 60.447 -7.049961 110.4388275 0.017 60.100 -7.049961 110.4388275 0.017 60.036 -7.049961 110.4388271 0.017 59.663 -7.049960 110.4388268 0.017 59.503 -7.049961 110.4388258 0.017 59.346 -7.049960 110.4388248 0.017 58.654 -7.049961 110.4388248 0.017 58.527 -7.049961 110.4388238 0.017 58.272
Suhu (°C) 38.76 39 39.06 39.11 39.19 39.27 39.51 39.53 39.68
Cahaya (lux) 25275 25200 25275 25225 25250 25275 25175 25175 25175
CO (ppm) 0.764 0.754 0.760 0.758 0.758 0.760 0.752 0.754 0.756
NO2 (ppm) 0.853 0.853 0.853 0.855 0.854 0.856 0.853 0.856 0.858
HC (ppm) 0.875 0.872 0.872 0.874 0.872 0.875 0.877 0.878 0.882
Tabel 2 pengujian II alat monitoring polusi udara (lanjutan) Lintang Bujur Debu Kelembapan (derajat) (derajat) (mg/m3) (RH) -7.049961 110.4388228 0.017 57.961 -7.049961 110.4388220 0.017 57.833 -7.049961 110.4388221 0.017 57.417 -7.049961 110.4388221 0.017 57.417 -7.049961 110.4388221 0.017 57.074 -7.049961 110.4388223 0.017 56.946 -7.049961 110.4388223 0.017 56.914 -7.049961 110.4388223 0.017 56.785 -7.049961 110.4388224 0.017 56.689 -7.049961 110.4388225 0.017 56.561 -7.049961 110.4388226 0.017 55.927
Suhu (°C) 39.79 39.91 40.11 40.11 40.19 40.25 40.25 40.29 40.36 40.49 40.68
Cahaya (lux) 25175 25150 25225 25225 25150 25225 25225 25200 25175 25200 25200
CO (ppm) 0.752 0.752 0.758 0.758 0.752 0.754 0.754 0.752 0.752 0.752 0.750
NO2 (ppm) 0.857 0.856 0.859 0.859 0.858 0.858 0.858 0.858 0.858 0.857 0.857
HC (ppm) 0.882 0.882 0.882 0.882 0.882 0.882 0.882 0.882 0.882 0.878 0.875
Dari Tabel 2 dapat dilihat untuk nilai koordinat memiliki selisih yang sedikit antara data satu dengan data yang lainnya, hal ini dikarenakan modul GPS terus mengupdate data. Sedangkan untuk nilai kelembapan, suhu, dan CO cenderung stabil. Nilai intensitas cahaya mengalami perbedaan meskipun sedikit, hal ini diperanguhi cahaya matahari yang terhalang awan dan bayangan – bayangan benda disekitar alat. Sementara untuk nilai partikel debu, NO2, dan HC mengalami perubahan yang tidak banyak, disebabkan karena partikel debu, gas NO2, dan HC tidak terkonsentrasi dan terpengaruh oleh angin, sehingga kenaikannya sangat sedikit. 3.2 Pengujian Monitoring Pengujian GUI pada sistem monitoring polusi udara yang diuji antara lain, mampu menampilkan hasil pengiriman data dari sensor – sensor secara bersamaan, serta mampu menampilkan lokasi alat pada peta berdasarkan koordinat yang diterima. Hasil pengujian GUI sistem monitoring polusi udara dapat dilihat pada Gambar 6 sampai dengan Gambar 9.
Gambar 6 GUI monitoring udara pengujian I
Gambar 7 grafik GUI monitoring polusi udara pengujian pertama Pada pengujian pertama di lokasi pertama yaitu di taman gajahmungkur semarang, saat 30 menit pertama setelah alat dinyalakan, data yang didapat adalah sebagai berikut, titik koordinat yang diberikan oleh modul GPS adalah 7,004738° LS dan 110,4088318° BT sehingga pada peta menunjukkan lokasi saat itu yaitu taman gajahmungkur, untuk suhu dan kelembapan menunjukkan angka 35°C dan 57 RH dikarenakan pengujian dilakukan sekitar jam 1 siang, cuaca sangat panas dan kering pada saat itu, dibuktikan dengan intensitas cahaya yang mencapai angka 24.475 lux. Sementara untuk gas CO yang terdeteksi yaitu sebesar 16,68 ppm, angka ini dipengaruhi oleh jumlah kendaraan bermotor yang lewat pada saat itu cukup padat, sedangkan untuk gas NO2 dan gas HC angka yang ditunjukkan sangat sedikit bahkan mendekati nol, hal ini dikarenakan gas NO2 dan HC kurang terkonsentrasi di udara mengakibatkan pembacaan sensor kurang maksimal.
2.
3.
Gambar 8 GUI monitoring udara pengujian II
4.
5.
Gambar 9 grafik GUI sistem monitoring polusi udara pengujian kedua Pada pengujian kedua di lokasi kedua yaitu di taman sampangan semarang, saat 30 menit pertama setelah alat dinyalakan, data yang didapat adalah sebagai berikut, titik koordinat yang diberikan oleh modul GPS adalah 7,0081685° LS dan 110,3960945° BT sehingga pada peta menunjukkan lokasi saat itu yaitu taman sampangan, untuk suhu dan kelembapan menunjukkan angka 32°C dan 79 RH dikarenakan pengujian dilakukan sekitar jam 14.30, dan lingkungan disekitar alat terdapat banyak pohon rindang dan sedikit lembab. Sementara untuk gas CO yang terdeteksi yaitu sebesar 34,49 ppm, angka ini dipengaruhi oleh posisi alat yang berdekatan dengan lampu lalu lintas dimana gas dari kendaraan bermotor yang lewat maupun berhenti cukup bnyak terkonsentrasi di udara, sedangkan untuk gas NO2 dan gas HC angka yang ditunjukkan sangat sedikit bahkan mendekati nol, hal ini dikarenakan gas NO2 dan HC kurang terkonsentrasi diudara mengakibatkan pembacaan sensor kurang maksimal. 4 PENUTUP 4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan analisis yang dilakukan didapatkan hal – hal penting sebagai berikut : 1. Sudah dibuat sistem monitoring polusi udara portabel berbasis koordinat GPS (Global Positioning System), yang mampu mendeteksi CO dengan eror rata – rata 0,637 ppm, NO2 dengan eror rata – rata 0,146 volt, HC dengan eror rata – rata 0,05 volt, suhu dengan eror rata – rata 0,579°C, kelembapan dengan eror rata – rata 0,004, intensitas
cahaya dengan eror rata – rata 45,43 lux, partikel debu dengan eror rata – rata 0,42 mg/m3, serta mampu menunjukkan titik koordinat tempat dengan eror rata – rata lintang 0,0001535° dan eror rata – rata bujur 0,0000435°. Pengiriman data dari lima sensor dan satu modul GPS yang menghasilkan sembilan parameter, dapat diterima secara bersamaan dengan jeda waktu 3 – 4 detik. Mampu memantau kualitas udara di dua lokasi pengujian (depan gedung elektro dan bundaran WP) dengan nilai rata – rata CO, NO2, dan HC adalah 0,801 ppm, 0,857 ppm, dan 0,876 ppm. Nilai rata – rata suhu dan kelembapan adalah 36,52°C dan 67,56 RH. Sedangkan nilai rata – rata untuk partikel debu adalah 0,017 mg/m3. Pengiriman data secara wireless membutuhkan waktu 5 detik sampai data diterima oleh PC, dengan jarak maksimal yang dapat dijangkau access point adalah 80 meter. Suhu dan kelembapan di tempat pengujian pertama lebih lembab dan tidak terlalu panas dibandingkan tempat kedua yang lebih panas dan kering. Pada pengujian pertama menunjukkan angka 79 RH untuk kelembapan dan 33°C untuk suhu. Untuk pengujian kedua adalah 56 RH dan 40°C, sedangkan pengujian ketiga adalah 67 RH dan 36°C.
4.2 Saran Beberapa saran yang dapat dilakukan untuk pengembangan sistem lebih lanjut, yaitu sebagai berikut : 1. Melengkapi sistem yang sudah ada dengan panel surya, agar alat memiliki lifetime yang lebih lama tanpa harus seringkali mengganti atau mengisi kembali sumber tegangan. 2. Sebaiknya menggunakan sumber tegangan yang terpisah untuk mikro, dan access point. 3. Menggunakan modul wireless yang dapat mengirimkan data langsung ke web server, agar sistem dapat diakses darimana saja selama terdapat koneksi internet.
DAFTAR PUSTAKA [1] Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemaraan Udara, BAPEDAL, Jakarta, 1998. [2] Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 41 Tahun 1999 tentang “Pengendalian Pencemaran Udara”, 1999. [3] -----------, datasheet GPS U-Blox Neo 6M. [4] Keputusan Kepala Bapedal Nomor 107 Tahun 1997 tentang Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemaraan Udara, 1997. [5] Srikandi Fardiaz, Polusi Air dan Udara, Kanisius, Jogja, 1992. [6] Wisnu Arya Wardhana, Dampak Pencemaran Lingkungan, Ed.II, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.
[7] http://dishub.pemkomedan.go.id/berita-40dampak-emisi-kendaraan-bermotor-danlainnya.html [8] Jean dan Marie Zogg, GPS Essential of Satellite Navigation Compendium, u-blox, AG, 2009.
BIODATA Tito Tuesnadi (21060111120034) dilahirkan di Semarang pada tanggal 29 Juni 1993. Telah menempuh pendidikan di SDN Anjasmoro 01 Semarang, SMP PL Domenico Savio Semarang, kemudian SMA PL Don Bosko. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 Jurusan Teknik Elektro dengan Konsentrasi Kontrol dan Instrumentasi.
Menyetujui dan Mengesahkan Pembimbing I
Sumardi, S.T., M.T. NIP. 196811111994121001 Tanggal
Pembimbing II
Budi Setiyono, S.T., M.T. NIP. 197005212000121001 Tanggal
