SISTEM PEMANTAUAN TINGKAT KARBON MONOKSIDA PADA SUATU RUANGAN TERTUTUP MENGGUNAKAN ESP8266

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

TUGAS AKHIR

SISTEM PEMANTAUAN TINGKAT KARBON MONOKSIDA PADA SUATU RUANGAN TERTUTUP MENGGUNAKAN ESP8266 Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh DOMINICO ARGO WIKAN ADHI SASONO 135114028

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017


FINAL PROJECT

MONITORING SYSTEM OF CARBON MONOXIDE LEVEL ON A CLOSED ROOM USING ESP8266 Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements For The Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering Study Program

DOMINICO ARGO WIKAN ADHI SASONO 135114028

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017





HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

“Cast all your anxiety on Him because He cares for you” 1 Peter 5 : 7

Skripsi ini kupersembahkan untuk...... Tuhan Yesus yang selalu memberi campur tangan hebat dalam hidupku Bunda Maria dan Santo Santa yang selalu mendoakanku Papa, Mama, Mas dan Adik tersayang Kawan-kawan seperjuanganku Elektro 2013

vi



INTISARI Sifat gas Karbon Monoksida (CO) yang tidak berbau, tidak berwarna, tidak berasa dan sangat beracun, menjadikan gas ini sebagai ancaman bagi kesehatan manusia yang tidak sengaja menghirupnya. Tentunya gas tersebut akan lebih membahayakan manusia yang sedang berada dalam sebuah ruangan tertutup yang minim sirkulasi udara dan tidak mengetahui berapa kadar CO di ruangan tersebut. Penelitian ini bertujuan membuat sistem pemantau CO, sehingga dapat digunakan untuk mengetahui kadar CO dalam sebuah ruangan tertutup sebelum memasukinya. Penambahan teknologi WiFi membuat pengiriman data dapat dilakukan secara nirkabel dan mempermudah pengguna alat untuk mendapatkan hasil pemantauan gas CO. Penelitian ini menggunakan modul NodeMCU dengan bahasa pemrograman Arduino IDE. Nilai pendeteksian MQ-7 diolah ke dalam satuan ppm (part per million) dan dibuat ke bentuk dokumen web HTML. Modul NodeMCU yang dilengkapi ESP8266 berperan sebagai server dengan jaringan WiFi. Server berkomunikasi secara nirkabel dengan client melalui perantara access point. Dokumen web yang berhasil diterima client akan ditampilkan di web browser client. Sensor MQ-7 mendeteksi dengan baik naik turunnya kadar Karbon Monoksida. Access point bertugas sebagai gerbang dari server sekaligus pemancar sinyal. Jika Client sudah dapat terhubung dengan access point, maka client baru dapat mengirim permintaan dokumen web kepada server dan server dapat memberi respon yang sesuai. Untuk mendapatkan pengiriman data yang berhasil hingga client dapat menerima dokumen web, kekuatan sinyal yang dibutuhkan client dari access point harus di atas -81 dBm. Secara keseluruhan sistem sudah mampu bekerja sesuai dengan perencanaan umum. Kata kunci : WiFi, ESP8266, Karbon Monoksida, komunikasi nirkabel.

viii


ABSTRACT Carbon Monoxide (CO) characteristics are odorless, colourless, tasteless but very poisoning, those make it as threat to human health while inhaled accidentally. Surely the gas will be more dangerous effect to human when on a closed room that has minimum air circulation and the CO levels in that room is unknown. The goal of this research is made CO monitoring system that can be use to inform how CO level when on a closed room before enter into there. Adding WiFi technology, make the process of sending data can do wireless and user will get the result of CO monitoring easily. Using NodeMCU modul with Arduino IDE programming language, the detection value of MQ-7 sensor will be processed and converted into ppm (part per million) unit and that result is constructed into HTML web document. NodeMCU modul that is equipped with ESP8266 also used as WiFi network server. Wireless communication of server and client must be get through on access point mediation. Web document which success to received on client will be shown from web browser. MQ-7 sensor has showing well detection about up and down of Carbon Monoxide level. Access point becomes the gate of the server and transmitter all at once. If client has been connected with it, client can send the request of the web document to server and server will be send the reponse. To get a successful of communication and data transmition that makes client can receive the web document, client must be get signal strength from access point over -81 dBm. From all of the system, it works already and appropriately with the general plan. Kata kunci : WiFi, ESP8266, Carbon Monoxide, wireless communication.

ix


KATA PENGANTAR Puji syukur dan terima kasih penulis haturkan kepada Tuhan Yesus atas berkat, bimbingan dan penyertaan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana teknik. Tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan, dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math.Sc., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 2. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma. 3. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T., selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang dengan kebaikan, kesabaran dan pengertiannya untuk membimbing dalam pengerjaan tugas akhir ini. 4. Ir. Theresia Prima Ari Setiyani, M.T. dan Damar Widjaja, Ph.D., selaku dosen penguji yang telah memberikan bimbingan, saran dan masukan serta kritik yang membangun tugas akhir ini. 5. Seluruh dosen yang telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma. 6. Papa, Mama, Mas Wikan, Dek Ara dan saudara-saudara yang telah memberikan doa, dukungan, kasih sayang dan motivasi selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma. 7. Staff sekretariat dan laboran Teknik Elektro yang telah memberikan bantuan dan pelayanan yang mendukung dalam kelancaran penyelesaian tugas akhir ini. 8. Kawan-kawan Teknik Elektro 2013 dan kawan-kawan seperjuangan kontrakan Bapak Mardiyono yang telah membantu, menemani, dan memberikan semangat selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma. 9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah banyak mendukung dan memberikan banyak bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

x



DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................................

i

HALAMAN JUDUL (BAHASA INGGRIS) ............................................................

ii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................................

iii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.....................................................................

v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP .........................................

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ..................................................................

vii

INTISARI ....................................................................................................................

viii

ABSTRACT ................................................................................................................

ix

KATA PENGANTAR ................................................................................................

x

DAFTAR ISI ...............................................................................................................

xii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................

xv

DAFTAR TABEL .......................................................................................................

xvii

BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................................

1

1.1. Latar Belakang.......................................................................................................

1

1.2. Tujuan dan Manfaat ...............................................................................................

2

1.3. Batasan Masalah ....................................................................................................

3

1.4. Metodologi Penelitian ...........................................................................................

3

BAB II DASAR TEORI .............................................................................................

5

2.1. Path Loss ...............................................................................................................

5

2.2. Karbon Monoksida ................................................................................................

5

2.3. Modul Sensor Gas MQ-7.......................................................................................

7

2.4. ESP8266 ................................................................................................................

11

2.4.1. ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 ................................................................

11

2.4.2. Analog to Digital Converter 10-bit (ADC 10-bit).......................................

14

2.5. Arduino IDE ..........................................................................................................

16

2.6. Komunikasi Nirkabel.............................................................................................

16

xii


2.6.1. Hyper Text Markup Language (HTML) .....................................................

17

2.6.2. Sistem Web ..................................................................................................

17

2.6.3. TCP/IP .........................................................................................................

18

2.6.4. Web Browser ...............................................................................................

21

BAB III RANCANGAN PENELITIAN ...................................................................

22

3.1. Perancangan Perangkat Keras Elektronika ............................................................

22

3.2. Perancangan Software dan Diagram Alir ..............................................................

24

3.2.1. Alur Pembuatan Program ............................................................................

25

3.2.2. Subrutin Pengambilan Data Sensor Gas ......................................................

25

3.2.3. Alur Membangun Koneksi, Meminta Data dan Pengiriman Data ..............

26

3.2.4. Rancangan User Interface ...........................................................................

27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................

28

4.1. Bentuk Fisik Alat ...................................................................................................

28

4.2. Pengujian Pengiriman Data ...................................................................................

29

4.2.1. Pengujian Pengiriman Berdasarkan Jarak dan Kekuatan Sinyal .................

34

4.3. Program dan Pengujian Sensor Gas Karbon Monoksida.......................................

38

4.3.1. Program Deteksi Karbon Monoksida ..........................................................

38

4.3.2. Pengujian dan Pengambilan Data Nilai Pendeteksian Sensor Gas dan Analisis .................................................................................................

40

4.3.2.1. Kondisi Wadah Tertutup Dengan Diisi Polusi................................

41

4.3.2.2. Penutup Wadah Percobaan Sebelumnya Dibuka ............................

43

4.3.2.3. Percobaan Penambahan Polusi Secara Berkala ..............................

43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................................

45

5.1. Kesimpulan ............................................................................................................

45

5.2. Saran ......................................................................................................................

45

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................

46

xiii


LAMPIRAN Lampiran Listing Program Pengujian Sensor.........................................................

L1

A. Mencari Nilai RO .............................................................................................

L1

B. Program Pendeteksi CO ....................................................................................

L2

Lampiran Data Hasil Pengujian Sensor ...................................................................

L4

A. Saat Didalam Wadah Tertutup .........................................................................

L4

B. Saat Tutup Wadah Tertutup Dibuka .................................................................

L5

Lampiran Listing Program Pengiriman Server ......................................................

L6

xiv


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Modul Sensor Gas MQ-7 .........................................................................

7

Gambar 2.2. Bentuk sinyal output MQ-7 .....................................................................

7

Gambar 2.3. Grafik karakteristik sensitivitas MQ-7 terhadap beberapa gas. ...............

8

Gambar 2.4. Grafik dengan regresi trendline untuk memperoleh persamaan ..............

10

Gambar 2.5. Penulisan program untuk implementasi persamaan 2.5 pada pemrograman Arduino ............................................................................

10

Gambar 2.6. Skematik pin pada ESP-12E ....................................................................

12

Gambar 2.7. Definisi pin ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 ........................................

13

Gambar 2.8. Letak pin ADC pada NodeMCU Devkit v1.0 .........................................

14

Gambar 2.9. Diagram dasar ADC ................................................................................

15

Gambar 2.10. Alur komunikasi dalam sistem web.......................................................

18

Gambar 2.11. Layer TCP/IP .........................................................................................

19

Gambar 2.12. Pergerakan data dalam Layer TCP/IP....................................................

19

Gambar 3.1. Konsep dasar dalam diagram sistem........................................................

22

Gambar 3.2. Rangkaian pembagi tegangan ..................................................................

23

Gambar 3.3. Keseluruhan rangkaian elektronika .........................................................

24

Gambar 3.4. Diagram alir utama ..................................................................................

25

Gambar 3.5. Diagram alir subrutin pengambilan data sensor gas ................................

25

Gambar 3.6. Diagram alir proses komunikasi user untuk mendapat informasi ...........

26

Gambar 3.7. Rancangan dasar tampilan web ...............................................................

27

Gambar 4.1. Bentuk fisik alat .......................................................................................

28

Gambar 4.2. Skematik rangkaian akhir dari alat yang dibuat ......................................

29

Gambar 4.3. Komponen-komponen yang digunakan dalam proses pengiriman data ..

30

Gambar 4.4. Skematik diagram dalam proses pengiriman data ...................................

31

Gambar 4.5. Tampilan serial monitor Arduino IDE saat modul NodeMCU telah terhubung dengan access point dan server telah siap berkomunikasi .....

31

Gambar 4.6. Tampilan serial monitor Arduino IDE proses komunikasi client dan server .......................................................................................................

32

Gambar 4.7. Dokumen yang diterima client tertampil pada web browser ...................

33

Gambar 4.8. Tampilan Web Browser saat terjadinya kegagalan dikarenakan xv


kesalahan penulisan alamat URL ............................................................

33

Gambar 4.9. Tampilan dalam aplikasi WiFi Analyzer .................................................

34

Gambar 4.10. Tingkat keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak .....................

36

Gambar 4.11. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan ............

37

Gambar 4.12. Program untuk mencari nilai RO ...........................................................

39

Gambar 4.13. Program untuk pengambilan data pendeteksian sensor MQ-7 ..............

40

Gambar 4.14. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 dalam wadah tertutup ..................

41

Gambar 4.15. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor di wadah tertutup berisi polusi ...........................................................................................

42

Gambar 4.16. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat gas CO keluar dari wadah .............................................................................................

43

Gambar 4.17. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat diberi polusi secara berkala ........................................................................................

xvi

44


DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Efek Karbon Monoksida terhadap kesehatan manusia ................................

6

Tabel 2.2. Data hasil penelitian untuk mencari Nilai RS .............................................

9

Tabel 2.3. Deskripsi fungsi pin pada ESP-12E ............................................................

12

Tabel 3.1.Tabel lama paparan gas CO yang disarankan...............................................

27

Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengiriman data .........................................................

35

Tabel 4.2. Data perbandingan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan................

37

xvii


BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Indonesia menjadi salah satu negara dengan tingkat pencemaran udara yang tinggi. Asap kendaraan bermotor berperan besar sebagai sumber polusi udara terbesar. Hal ini diakibatkan oleh peningkatan kepemilikan kendaraan bermotor yang bertambah banyak tiap tahunnya. Selain itu, polusi udara juga dihasilkan oleh industri dan sisanya berasal dari kegiatan rumah tangga, pembakaran sampah, kebakaran hutan atau ladang dan lain-lain. Beberapa macam polutan udara yang juga sering disebut polutan primer yang dihasilkan dari emisi gas buang yang buruk antara lain, Karbon Monoksida (CO), Hidrokarbon (HC), NOx, SOx dan Timbal (Pb). Di antara polutan-polutan udara yang berbahaya tersebut, salah satunya memiliki jumlah yang sangat dominan yaitu Karbon Monoksida, gas yang dihasilkan dari proses pembakaran yang tidak sempurna. Dengan karakter Karbon Monoksida yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, mudah terbakar dan tidak mengiritasi membuat kehadirannya sering tak disadari oleh manusia. Ditambah efeknya yang beracun dan mematikan, Karbon Monoksida juga dikenal sebagai “silent killer” [1]. Telah terjadi beberapa kasus keracunan yang diakibatkan oleh terhirupnya Karbon Monoksida ke dalam tubuh dengan jumlah banyak. Keracunan Karbon Monoksida menimbulkan gejala gangguan pada fungsi sel darah merah. Pada kasus yang ringan, gejala yang muncul hanya sakit kepala dan mual. Tetapi jika konsentrasi Karbon Monoksida dalam suatu ruangan cukup tinggi mencapai 2000 ppm dan sirkulasi udara dalam ruangan tersebut tidak berjalan dengan baik, maka orang yang berada di dalamnya dapat meninggal dalam waktu 1 sampai 2 jam. Seperti kasus kematian di dalam mobil, hal ini disebabkan terjadinya kebocoran yang memungkinkan emisi gas pembuangan tak sengaja masuk ke dalam ruang mobil. Dan sesuai sifat Karbon Monoksida yang telah disebutkan, kehadirannya tidak sadari oleh orang di dalam mobil dan perlahan-lahan terhirup dan secara terakumulasi meracuni bertahap hingga tewas karena tidak adanya sirkulasi udara dalam ruangan tertutup. Bahaya keracunan Karbon Monoksida juga dapat terjadi ketika memanaskan kendaraan bermotor di dalam garasi yang tertutup rapat. Untuk mencegah 1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

terjadinya keracunan, maka semua pintu dan jendela garasi sebaiknya dibuka supaya terjadi sirkulasi udara apabila mesin mobil sedang dihidupkan [2]. Melihat permasalahan tersebut, penulis tertarik untuk membuat penelitian untuk menghasilkan sistem pemantauan tingkat Karbon Monoksida pada suatu ruangan tertutup. Penelitian sebelumnya dengan judul “Purwarupa Pendeteksi Karbon Monoksida dalam Ruang Kendaraan Roda Empat Berpendingin AC ( Air Conditioner ) Berbasis DFR duino Uno R3” yang dilakukan oleh Khoiri Nurrahmani [3], sensor Karbon Monoksida yang digunakan yaitu TGS 2442, mikrokontroler menggunakan DFR duino, LCD sebagai penampil dengan penambahan buzzer sebagai keluaran suara dan rangkaian H-Bridge sebagai penggerak motor DC. Cara kerja alat ini yaitu apabila terpapar Karbon Monoksida sampai dengan diatas 100 ppm, maka kaca jendela akan terbuka dan menyalakan buzzer sebagai peringatan. Pada penelitian ini, penulis merancang pemantau tingkat Karbon Monoksida menggunakan komunikasi nirkabel dengan pengiriman data informasinya menggunakan modul ESP8266 yang berperan sebagai server. Sensor Karbon Monoksida yang digunakan yaitu tipe MQ-7. Menggunakan unit mikrokontrol yang terdapat pada ESP-12E. ESP-12E merupakan salah satu seri dari ESP8266. Komunikasi nirkabel akan membuat pengaksesan data informasi lebih praktis. Untuk mengambil data dari server, perangkat keras yang memiliki fitur WiFi harus terhubung dengan jaringan WiFi dari modul ESP8266. Pada masa ini, perangkat keras yang memiliki fitur WiFi seperti smartphone telah digunakan oleh sebagian besar masyarakat modern.

1.2. Tujuan dan Manfaat Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan sistem pemantauan tingkat Karbon Monoksida pada suatu ruangan tertutup dan informasinya dapat diambil melalui komunikasi nirkabel. Beberapa manfaat dari penelitian ini, yaitu: a. Memberi informasi tingkat Karbon Monoksida di sebuah ruangan tertutup yang hendak dimasuki. b. Mencegah terjadinya keracunan Karbon Monoksida pada ruangan tertutup. c. Meningkatkan kepedulian kepada masyarakat terhadap bahaya Karbon Monoksida bagi tubuh manusia.


1.3. Batasan Masalah Batasan masalah dari penelitian ini adalah: a. Menggunakan sebuah sensor gas tipe MQ-7 sebagai pendeteksi Karbon Monoksida. b. Pengondisi sinyal sebagai penyesuai keluaran analog sensor ke mikrokontroler. c. Menggunakan unit mikrokontrol yang terdapat pada ESP-12E. d. Pengiriman informasi hasil pemantauan menggunakan komunikasi nirkabel dengan fitur WiFi pada modul ESP8266, sekaligus menjadikan ESP8266 sebagai server. e. Informasi yang disediakan oleh server adalah pantauan tingkat Karbon Monoksida. f. Untuk dapat mengambil informasi dari dan terhubung dengan server, user harus menggunakan perangkat lain yang memiliki fitur WiFi. g. Dengan menggunakan web browser akan ditampilkan web page sebagai interface pemantauan yang telah didesain menggunakan pemrograman HTML.

1.4. Metodologi Penelitian Dalam penyelesaian tugas akhir ini, digunakan beberapa metode penelitian sebagai berikut: a. Studi pustaka Pengumpulan informasi dari berbagai literatur baik berupa buku, jurnal, skripsi dan artikel-artikel di internet yang berkaitan dengan proses komunikasi nirkabel menggunakan modul ESP8266 beserta komponen-komponen dan perangkatperangkat yang mendukung dalam pengerjaan tugas akhir ini. b. Perancangan perangkat keras dan perangkat lunak Bagian ini menjadi tahap dilakukannya perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang mendukung tugas akhir dan sesuai harapan tugas akhir penulis. c. Pengujian alat dan pengambilan data Pada tahap ini dilakukanlah pengujian sistem keseluruhan dan pengambilan data untuk mendapatkan kesesuaian dari masukan dan keluaran yang diharapkan. Dari hasil pengujian alat dan data-data yang diperoleh akan menunjukkan tingkat keberhasilan rancangan.


d. Analisis data dan kesimpulan Data yang diperoleh akan dianalisis untuk melihat seberapa besar apabila adanya kesalahan dari keseluruhan sistem. Hasil analisis akan membantu dalam mengambil kesimpulan terhadap penelitian yang telah dilakukan. Analisis dan kesimpulan menjadi pedoman dalam menentukan tingkat keberhasilan dari tugas akhir.


BAB II DASAR TEORI 2.1. Path Loss Metode Path Loss (PL) digunakan untuk mengukur loss dari jalur antara transmitter dan receiver yang disebabkan oleh cuaca, kontur tanah dan lain-lain. Loss tersebut menyebabkan kekuatan sinyal yang diterima receiver menurun. Untuk menghitung Path Loss digunakan rumus [4]:

PL = 15 + 30 . log(d)

(2.1)

d = jarak receiver dari transmitter.

Setelah Path Loss diketahui, kekuatan sinyal yang diterima oleh receiver dapat dihitung dengan rumus :

P R = P T – PL

(2.2)

P T = kekuatan sinyal yang diterima receiver dengan jarak terdekat dari transmitter.

2.2. Karbon Monoksida Karbon monoksida (CO) merupakan gas yang dihasilkan dari proses pembakaran material yang berbahan dasar karbon seperti kayu, batu bara, bahan bakar minyak dan zatzat organik lainnya yang tidak sempurna [5]. CO juga dapat berasal dari sumber alami seperti aktivitas gunung berapi dan kebakaran semak. CO memiliki ciri-ciri tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, mudah terbakar, tidak mengiritasi namun sangat beracun. Dari sifat-sifat tersebut karbon monoksida dikenal sebagai “silent killer”. Dalam tubuh manusia, sel darah merah mempunyai ikatan yang lebih kuat terhadap karbon monoksida daripada oksigen. Ini disebabkan karbon monoksida memiliki daya ikat 250 kali lebih cepat dari oksigen. Apabila terhirup, karbon monoksida akan bersenyawa

5


dengan Hemoglobin (Hb) dalam darah dan akan terbentuk Karboksi Hemoglobin (COHb) sehingga dapat menghambat asupan oksigen ke aliran darah [5].

Tabel 2.1. Efek karbon monoksida terhadap kesehatan manusia [6]. Konsentrasi CO (ppm)

Lama Paparan (Jam)

Dapat Diterima

Timbul Gejala

Mematikan

0,5

600

1000

2000

1

200

600

1600

2

100

300

1000

4

50

150

400

6

25

120

200

8

25

100

150

Tingkat konsentrasi CO diukur dengan menggunakan sistem satuan yaitu parts per million (ppm). Nilai 1 ppm setara dengan 1,145 mg/m3. PPM didefinisikan sebagai massa komponen dalam larutan dibagi total massa larutan dan dikalikan 106 (satu juta) [7]. Tingkat konsentrasi CO di suatu area yang cukup tinggi akan membahayakan kesehatan manusia, bahkan dapat menyebabkan kematian. Tingkat dari bahaya tersebut tergantung dari lamanya manusia terpapar gas CO. Gejala-gejala yang ditimbulkan dari paparan gas CO adalah sakit kepala ringan, lemas, mual dan pusing. Paparan gas CO yang dianjurkan oleh OSHA adalah apabila beraktivitas ruangan selama 8 jam tingkat konsentrasi maksimal gas CO-nya adalah 35 ppm [6]. OSHA (Occupational Safety and Health Administration) merupakan bagian dari Departemen Tenaga Kerja Amerika Serikat yang dibentuk di bawah Undang-Undang Keselamatan dan Kesehatan, dengan misi adalah untuk mencegah cedera yang berhubungan dengan pekerjaan, penyakit, dan kematian dengan menerbitkan dan menegakkan peraturan (standar) untuk kesehatan dan keselamatan kerja [8]. “Bila terjadi keracunan karbon monoksida, maka untuk pertolongan pertama adalah menjauhkan korban dari sumber karbon monoksida dan memberikan oksigen murni. Korban harus diistirahatkan dan diusahakan tenang. Meningkatnya gerakan otot menyebabkan meningkatnya kebutuhan oksigen, sehingga persediaan oksigen untuk otak dapat berkurang” (Dra. Yuniar Marpaung) [5].


2.3. Modul Sensor Gas MQ-7 Sensor Gas MQ-7 merupakan satu dari berbagai jenis sensor gas yang ada di pasaran. Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis, infrared, dan lain sebagainya) dan sensor gas MQ-7 merupakan golongan semikonduktor. MQ-7 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap Karbon Monoksida dan biasanya sensor ini digunakan dengan tujuan sistem keselamatan. Pada penelitian ini, sensor gas MQ-7 yang digunakan sudah terangkai dalam suatu modul. Modul sensor ini memiliki dua output yaitu analog dan digital. Tegangan sirkuit sensor ini adalah 5V dan dapat bekerja pada suhu -25 sampai 50°C [9].

Gambar 2.1. Modul Sensor Gas MQ-7.

Pada Gambar 2.2, ditampilkan bentuk sinyal dari percobaan saat MQ-7 diberikan masukan tegangan secara bergantian dengan heating voltage (high) 5V selama 60 detik dan heating voltage (low) 1,4V selama 90 detik. Dari percobaan tersebut, sinyal yang dihasilkan menggambarkan respon sensor terhadap tegangan. Naik dan turun sinyalnya juga terlihat memiliki karakter [9].

Gambar 2.2.Bentuk sinyal output MQ-7.


Gambar 2.3. Grafik karakteristik sensitivitas MQ-7 terhadap beberapa gas. Gambar 2.3 memperlihatkan bagaimana hubungan nilai Rs/Ro terhadap nilai ppm. RS dan RO merupakan dua hambatan yang terdapat di dalam sensor MQ-7. RO bernilai tetap dan RS nilainya variabel dipengaruhi oleh pendeteksian gas. Nilai RS semakin kecil seiring dengan semakin tingginya kadar gas yang terdeteksi. Saat Karbon Monoksida terdeteksi 100 ppm, rasio RS/RO adalah 1, sehingga nilai hambatan keduanya dipastikan sama saat 100 ppm. Informasi tersebut digunakan sebagai dasar untuk melakukan penelitian mencari nilai RO oleh Fathur Miftahudin, karena nilai RO secara definitif tidak dijelaskan pada datasheet sensor MQ-7 [10]. Penelitian tersebut dilakukan dengan menggunakan bantuan alat ukur konsentrasi gas karbon monoksida “Krisbow KD09-224 Carbon Monoxide Meter” yang berfungsi sebagai kalibrator. Dalam pengujian tersebut rentang pengukuran disesuaikan dengan kebutuhan, yakni 20 – 200 ppm CO. Penelitian tersebut dilakukan di laboratorium Balai HIPERKES dan K3 Yogyakarta. Nilai konsentrasi gas karbon monoksida dalam satuan ppm dapat diketahui dengan cara mengambil beberapa data nilai RS dan kemudian dicari model matematisnya dengan persamaan garis terhadap setiap perubahan konsentrasi gas CO. Nilai pembacaan RS yang dibaca oleh mikrokontroler dalam bentuk ADC kemudian diolah untuk mendapatkan nilai dari Vout, Rs dan Rs/Ro. Untuk mencari Vout dan RS digunakan persamaan [10]:


Vout = (RL/Rs +RL) . Vcc

(2.3)

RS = (Vcc.RL/Vout) – RL

(2.4)

Tabel 2.2. Data hasil penelitian untuk mencari Nilai RS [10].

Data Tabel 2.2 adalah hasil dari penelitian untuk menentukan nilai RS. Peneliti mengambil beberapa data RS pada tingkatan konsentrasi ppm yang berbeda-beda, kemudian dicari model matematisnya (persamaan garis) terhadap setiap perubahan konsentrasi gas CO. Pada Tabel 2.2 dapat dilihat bahwa nilai RS pada saat konsentrasi gas CO 100 ppm adalah sebesar 6,89 kΩ. Karena rasio RS/RO adalah 1 saat 100 ppm, maka dapat disimpulkan bahwa nilai RO besarnya sama yaitu 6,89 kΩ. Dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel, hubungan antara ppm CO dan RS/RO dibuat ke dalam bentuk grafik untuk dicari persamaan atau model matematisnya [10].


Gambar 2.4. Grafik dengan regresi trendline untuk memperoleh persamaan [10]. Dari Gambar 2.4, dengan menggunakan regresi trendline power dari data hubungan antara ppm CO dengan RS/RO maka diperoleh persamaan :

y = 96.311 . x^-1.239

(2.5)

Trendline tersebut dipilih peneliti karena melihat bentuk kurva pada grafik, selain itu dari sisi komputasi dengan menggunakan trendline tersebut akan lebih mudah diterapkan pada mikrokontroler. Contoh penggunaan model matematis sensor MQ-7 yang telah diperoleh untuk pemrograman Arduino dengan menggunakan fungsi pow dapat dilihat pada Gambar 2.5. Fungsi pow digunakan untuk menulis bilangan pangkat. R = Rs/Ro; p = -1.239; z = pow(R,p); ppm = 96.311*z; Gambar 2.5. Penulisan program untuk implementasi persamaan 2.5 pada pemrograman Arduino.


2.4. ESP8266 ESP8266 atau yang saat ini ESP8266EX adalah sebuah chip modul mikrokontrol yang didukung dengan teknologi WiFi. Modul ini dirancang dengan tujuan mengembangkan pengontrolan menggunakan komunikasi jaringan nirkabel dan sangat cocok untuk diterapkan di era Internet of Things (IoT). IoT adalah pemanfaatan jaringan internet untuk memfleksibelkan kegiatan sehari-hari. Pengontrolan yang dapat dilakukan dimana saja selama di dalam jaringan internet, dari hal yang sederhana hingga yang kompleks, seperti contoh pengontrolan lampu rumah, pengontrolan pompa air, pengontrolan buka tutup pintu garasi, dan masih banyak lagi. ESP8266EX adalah suatu System on a Chip (SoC) yang menanamkan unit mikrokontrol Tensilica L106 32-bit dengan clock speed 80 MHz yang dapat mencapai nilai maksimum 160 MHz [11]. Unit mikrokontrol tersebut memiliki fitur extra low power consumption dan 16-bit RSIC (Reduce Instructions Set Computer) jadi memiliki set instruksi program yang lebih sederhana. Selain harganya yang terjangkau, chip ini juga menggunakan daya yang kecil. Adanya Radio Frequency, RAM, dan TCP/IP yang onboard memungkinkan untuk terhubung ke Access Point terdekat dan atau juga bertindak sebagai Access Point.

2.4.1. ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 adalah modul yang berbasis chip ESP8266EX dengan seri ESP-12E. Berikut penjelasan singkat tentang ESP-12E mengenai skematik pin, deskripsi fungsi pin dan beberapa fiturnya.


Gambar 2.6. Skematik pin pada ESP-12E [12].

Tabel 2.3. Deskripsi fungsi pin pada ESP-12E [12].


Berikut ini adalah beberapa fitur yang terdapat pada ESP-12E: a) WiFi 2.4 GHz, support security WPA/WPA2 b) 802.11 b/g/n c) Integrated low power 32-bit MCU d) Integrated 10-bit ADC e) 802.11 b/g/n protocol f) Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP g) Integrated TCP/IP protocol stack h) SDIO 2.0, (H) SPI, UART, I2C, I2S, IR Remote Control, PWM, GPIO i) +19.5dBm output power in 802.11b mode j) Power down leakage current of < 10uA ESP-12E bekerja pada tegangan 3,3 volt (menurut datasheet 3,0 ~ 3,6 volt) dengan arus rata-rata 80mA. Jangkauan suhu saat bekerja adalah -40˚ ~ 125˚ [12].

Gambar 2.7. Definisi pin ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 [13].

Modul ESP-12E NodeMCU Devkit v1.0 adalah generasi kedua dari keluarga NodeMCU Devkit. Firmware NodeMCU dirilis sebagai open source, selain itu NodeMCU juga didukung software Arduino IDE sebagai ESP8266 board add-on untuk mengembangkan pemrogramannya, adapula software lain seperti Adafruit Huzzah


ESP8266 Breakout, SparkFun ESP8266 Thing, EspressoLite, WeMos. Dengan tersedianya fitur USB to Serial UART Adapter dengan menggunakan driver Silicon Labs CP2102 menjadi tidak perlu repot lagi menggunakan kabel serial, untuk mengembangkan kode pada modul menggunakan kabel USB yang sekarang lebih umum digunakan (misalkan kabel charger handphone android). Sebagai catatan, setiap pin pada modul ini menggunakan arus 6 mA dan tidak boleh lebih dari 12 mA [13].

2.4.2. Analog to Digital Converter 10-bit (ADC 10-bit) Konversi analog ke digital adalah sebuah proses kuantifikasi nilai-nilai parameter fisik di alam (yang bersifat analog) ke dalam nilai-nilai digital yang setara, untuk keperluan komputasi. Salah satu parameter yang harus diatur dalam proses konversi tersebut adalah jumlah bit digital yang dihasilkan atau resolusi. Mikrokontrol pada umumnya menyediakan dua pilihan resolusi ADC yaitu 8 bit dan 10 bit [14]. ADC pada ESP-12E adalah yang 10 bit.

Gambar 2.8. Letak pin ADC pada NodeMCU Devkit v1.0.

Sebuah ADC sebenarnya adalah sistem elektronik sederhana yang memiliki input analog (V in ), input tegangan referensi (V REF ) dan keluaran digital. ADC menerjemahkan sinyal input analog ke nilai keluaran digital yang mewakili ukuran dari input analog yang bersifat relatif terhadap tegangan referensi [15].


VREF LSB

Analog Input

ADC

Digital Output

MSB

Gnd Gambar 2.9. Diagram dasar ADC.

Rentang tegangan masukan ke ADC ditentukan oleh V REF . ADC pada ESP-12E memiliki V REF maksimal 1V, sehingga jangkauan tegangan analog masukannya adalah 0 ~ 1V. Keluaran dari ADC adalah berupa bit biner berjajar dari bit dengan bobot terkecil (Least Significant Bit atau LSB) hingga terbesar (Most Significant Bit atau MSB). LSB merupakan unit tegangan yang setara dengan resolusi terkecil dari ADC. Resolusi adalah jumlah bit biner dalam keluaran konversi yang menyatakan banyaknya kemungkinan kode yang muncul (BIT), BIT dihitung melalui persamaan : BIT = 2n

(2.6)

Dengan menyatakan n = jumlah bit, maka apabila ADC 10-bit adalah 210 yang berarti akan terdapat 1024 (0 sampai 1023) kemungkinan nilai biner yang muncul. Nilai ADC yang dihasilkan akan tergantung dari tegangan masukan analog, tegangan referensi dan jumlah kemungkinan kode yang dinyatakan dalam persamaan :

ADC =

𝑉𝑖𝑛

𝑉𝑅𝐸𝐹

. BIT

(2.7)

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh tegangan input 3 volt dengan tegangan referensi 5 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jika menggunakan ADC 10-bit dengan skala maksimum 1024, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 1024 dan diubah ke dalam bentuk biner.


Informasi yang ditampilkan pada user interface adalah nilai gas CO dengan satuan ppm, jadi nilai ADC akan diubah menjadi nilai ppm. Untuk mengubah nilai ADC menjadi nilai ppm, dihitunglah dengan menggunakan persamaan : PPM = X . ADC

(2.8)

Nilai dari X diperoleh dari persamaan berikut : X=

𝐽𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑢𝑎𝑛 𝐷𝑒𝑡𝑒𝑘𝑠𝑖 𝑃𝑃𝑀 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐵𝑖𝑡 𝐴𝐷𝐶

(2.9)

Jika menggunakan jangkauan konsentrasi Karbon Monoksida yang dapat dideteksi oleh sensor MQ-7, yaitu 20 – 2000 ppm, berarti jangkauan deteksi ppm nya adalah 1980.

2.5. Arduino IDE Merupakan singkatan dari Arduino Integrated Development Environment adalah salah satu software yang digunakan untuk pengembangan proyek Arduino. Software ini berisi text editor untuk penulisan kode, adapula area sebagai penampil pesan (belum). Program yang ditulis dengan menggunakan Arduino IDE disebut sketches. Sketches yang ditulis di text editor akan tersimpan dengan file ekstension “.ino”. Area pesan akan menampilkan pemberitahuan keberhasilan proses menyimpan dan mengekspor atau adanya error pada program.

2.6. Komunikasi Nirkabel Komunikasi Nirkabel adalah pengiriman dan atau pertukaran informasi antara dua titik atau lebih tanpa dihubungkan oleh suatu penghantar kabel penghubung. Jarak jangkauan dapat bervariasi, seperti contoh beberapa meter remote control televisi sampai jutaan kilometer seperti komunikasi sinyal radio. Komunikasi nirkabel pada penelitian ini terletak pada perangkat berfitur WiFi yaitu ESP8266 yang berperan sebagai web server dan akan mengirimkan web page apabila ada permintaan dari suatu client, proses komunikasi tersebut dilakukan melalui frekuensi radio 2,4 GHz. WiFi termasuk dalam jaringan nirkabel lokal yang memungkinkan perangkat komputasi portabel untuk terhubung dengan mudah ke Internet.


2.6.1. Hyper Text Markup Language (HTML) HTML adalah salah satu bahasa yang digunakan untuk perancangan sebuah web page dan sebagai penerjemah setiap perintah dalam website pada saat diakses. Dokumen HTML merupakan file teks murni yang dapat dibuat menggunakan editor teks apapun. Dokumen ini dikenal dengan nama web page. Nantinya dokumen HTML ditampilkan menggunakan web browser sehingga informasi didalamnya secara umum bisa dimengerti oleh user. Dokumen ini umumnya berisikan informasi atau tampilan aplikasi di dalam internet. Ada beberapa cara membuat sebuah web page yaitu dengan HTML editor atau dengan editor teks biasa (misalnya notepad). File ekstensi dokumen HTML adalah .htm atau .html. Nama dokumen di sini bersifat case sensitive, yang apabila ada lebih dari satu dokumen dengan nama yang sama dan dituliskan dengan case berbeda akan dianggap sebagai dokumen yang berbeda (misalkan dokumen.html dengan DOKUMEN.html). Untuk menandai berbagai elemen dalam suatu dokumen HTML, digunakanlah tag. Setiap tag umumnya berpasangan untuk menunjukan awal dan akhir suatu elemen (misalnya
diakhiri dengan
). Ada beberapa elemen yang tidak mengharuskan tag-nya dituliskan secara berpasangan, seperti
untuk paragraf,
untuk ganti baris, dan lain-lain. Berikut adalah beberapa tag dasar dalam pemrograman HTML : a) sebagai pembuka pemrograman dokumen HTML, di akhir dokumen. b) untuk menuliskan keterangan tentang dokumen web yang akan ditampilkan, sebagai penutup sesi head. c) <TITLE> merupakan tag yang terletak di dalam sesi head untuk memberikan judul atau informasi pada caption web browser mengenai topik atau judul dari dokumen web yang akan ditampilkan dalam browser dan sebagai penutup sesi title. d) merupakan sesi utama dalam dokumen web. Isi dan informasi dokumen yang hendak ditampilkan pada browser dituliskan dan ditata dalam sesi ini. sebagai penutup sesi body [16].

2.6.2. Sistem Web Web Server merupakan komputer yang digunakan untuk menyimpan dokumendokumen web, komputer tersebut akan melayani permintaan dokumen web dari client. Client sendiri adalah komputer yang diperbolehkan untuk masuk kedalam suatu jaringan


untuk melakukan komunikasi dengan mengambil dan menggunakan segala sumber daya yang tersedia didalam jaringan. Client yang telah terhubung oleh suatu jaringan (seperti internet dan WiFi) akan mengirimkan request kepada web server untuk meminta dokumen yang client inginkan atau layanan lainnya yang telah disediakan oleh server, kemudian web server akan mengirim dokumen atau layanan yang dimaksud. Setelah dokumen tersebut sampai di client, web browser pada client menampilkannya menjadi data dan informasi sehingga dapat dimengerti. Komunikasi 2 arah tersebut bisa terlaksana dengan menggunakan HTTP [14]. Hypertext Transfer Protocol (HTTP) adalah sebuah protokol perintah untuk meminta atau menjawab antara client dan server.

Gambar 2.10. Alur komunikasi dalam sistem web.

2.6.3. TCP/IP Dua buah komputer atau lebih, untuk dapat saling berkomunikasi harus menggunakan protokol yang sama. Protokol berfungsi seperti bahasa dan di dalamnya berisi sekumpulan aturan dalam komunikasi data. Protokol TCP/IP digunakan komputerkomputer yang terhubung di internet untuk berkomunikasi. TCP/IP secara keseluruhan memiliki beberapa layer (lapisan) yang masing-masing bertanggung jawab atas bagian-bagian tertentu. Dalam TCP/IP terjadi penyampaian data dari protokol yang berada di satu lapisan ke protokol yang berada di lapisan lain. Setiap protokol memperlakukan semua informasi yang di terimanya dari protokol lain sebagai data.


Gambar 2.11. Layer TCP/IP.

Gambar 2.12. Pergerakan data dalam layer TCP/IP.

Berikut adalah rincian fungsi masing-masing lapisan : a) Physical Layer (Lapisan Fisik) Lapisan terbawah yang mengidentifikasikan besaran fisik seperti media komunikasi, tegangan, arus, dsb. Lapisan ini dapat bervariasi bergantung pada media komunikasi jaringan yang bersangkutan. b) Network Access Layer Lapisan ini mengatur penyaluran frame-frame data pada media fisik yang digunakan secara handal. Lapisan ini biasanya memberikan servis untuk deteksi dan koreksi kesalahan dari data yang transmisikan.


c) Internet Layer Mendefinisikan bagaimana hubungan dapat terjadi antara dua pihak yang berbeda pada jaringan yang berbeda seperti Network Layer pada OSI. Pada jaringan internet yang terdiri atas puluhan juta host dan ratusan ribu jaringan lokal, lapisan ini bertugas untuk menjamin agar suatu paket yang dikirimkan dapat menemukan tujuannya dimanapun berada. d) Transport Layer Mendefinisikan cara-cara untuk melakukan pengiriman data antara end to end secara handal. Lapisan ini menjamin bahwa informasi yang diterima pada sisi penerima adalah sama dengan informasi yang dikirimkan pengirim. Untuk itu, lapisan ini memiliki fungsi penting seperti Flow Control dan Error Detection. e) Application Layer Merupakan

lapisan

terakhir

dalam

arsitektur

TCP/IP

yang

berfungsi

mendefinisikan aplikasi-aplikasi yang dijalankan pada jaringan. Karena itu, terdapat banyak protokol pada lapisan ini, sesuai dengan banyaknya lapisan TCP/IP yang dapat dijalankan. Contohnya adalah SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) untuk pengiriman email, FTP (File Transfer Protocol) untuk transfer data, HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) untuk aplikasi web, NNTP (Network News Transfer Protocol) untuk distribusi news group dan lain-lain. Setiap aplikasi pada umumnya menggunakan protokol TCP dan IP, sehingga keseluruhan keluarga protokol ini dinamai TCP/IP. Internet Protocol (IP) berfungsi menyampaikan paket data ke alamat yang tepat. Semua aplikasi jaringan TCP/IP bertumpu kepada IP agar dapat berjalan dengan baik. Suatu data gram bisa saja tidak sampai dengan selamat ke tujuan karena beberapa hal berikut : a) Adanya bit error pada saat pentransmisian datagram pada suatu medium. b) Router yang dilewati men-discard datagram karena terjadinya kongesti dan kekurangan ruang pada memori buffer. c) Putusnya rute ke tujuan untuk sementara waktu akibat adanya router yang down. d) Terjadinya kekacauan routing, sehingga datagram mengalami looping.


Setiap protokol memiliki bit-bit ekstra diluar informasi/data yang dibawanya. Selain informasi, bit-bit ini juga berfungsi sebagai alat kontrol. Dari sisi efisiensi, semakin besar jumlah bit ekstra ini, maka semakin kecil komunikasi yang berjalan dan sebaliknya, semakin kecil jumlah bit ekstra ini, semakin tinggi komunikasi yang berjalan. Disinilah dilakukan trade-off antara kendala datagram. Sebagai contoh, agar datagram IP dapat menemukan tujuannya, diperlukan informasi tambahan yang harus dicantumkan pada header ini. IP Address adalah suatu identitas yang unik dari suatu host atau komputer pada jaringan. Format IP Address adalah W.X.Y.Z. dimana masing-masing huruf tersebut terdiri dari 8 bit, sehingga apabila ditampilkan dalam desimal menjadi angka 0-255 dan dipisahkan oleh notasi titik.

2.6.4. Web Browser Web Browser adalah perangkat lunak yang digunakan untuk menampilkan informasi dari web server untuk bisa dilihat oleh user. Perangkat lunak ini dikembangkan dengan menggunakan graphic user interface, sehingga user dapat melakukan point and click untuk pindah antar dokumen. Meskipun tujuan utama web browser sebagai sarana pengaksesan internet, web browser juga dapat digunakan untuk mengakses informasi yang disediakan oleh web server dalam suatu jaringan pribadi, lokal atau berkas-berkas pada sistem database. Beberapa web browser yang populer adalah Google Chrome, Firefox, Internet Explorer, Opera, dan Safari.


BAB III RANCANGAN PENELITIAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai penjabaran konsep dasar dan alur kerja dari sistem pemantauan tingkat Karbon Monoksida pada suatu ruangan tertutup. Untuk konsep dasar keseluruhan ditunjukan diagram sistem pada Gambar 3.1.

Sensor MQ-7

Pengkondisi Sinyal 1V

HTTP request Web Page

ADC 10-bit

Web Server

Web Browser

HTTP response Client

Modul WiFi ESP8266

Gambar 3.1. Konsep dasar dalam diagram sistem.

Perancangan akan dibagi menjadi dua bagian utama yaitu perancangan perangkat keras elektronika, perancangan software.

3.1. Perancangan Perangkat Keras Elektronika Berawal dari sensor gas MQ-7 yang mendeteksi adanya Karbon Monoksida akan bereaksi dan memberi keluaran tegangan data analog yang kemudian akan disesuaikan dengan tegangan masukan (V in ) maksimal ADC pada ESP8266 yaitu 1 volt dengan menggunakan pengkondisi sinyal. Setelah data terkonversi menjadi digital, data dapat diproses dengan penghitungan supaya menjadi nilai tingkat karbon monoksida yang dapat dibaca oleh user dengan menggunakan patokan satuan ppm (part per million). Untuk mendapatkan tegangan dari keluaran sinyal analog yang sesuai dengan V in maksimal ADC pada ESP8266 yaitu 1 volt maka digunakanlah rangkaian pengkondisi sinyal. Rangkaian tersebut berupa sebuah pembagi tegangan sederhana. Dengan diketahui V out analog 5 volt dan arus 1A, lalu untuk menentukan nilai R 1 dan R 2 digunakanlah perhitungan berikut : 22


V in = I . (R 1 + R 2 )

(3.1)

1. R 1 dimisalkan 4 kΩ 2. Dengan menggunakan persamaan 3.1 menjadi : 5V = 1 . (4 + R 2 ) 5V = 4 + R 2 R2 = 5 – 4 = 1 3. Jadi R 2 adalah 1 kΩ

Gambar 3.2. Rangkaian pembagi tegangan.

Setelah ditentukannya nilai R 1 dan R 2 , komponen dirangkai seperti Gambar 3.2. V out 1 volt dari rangkaian tersebut kemudian diteruskan menuju ADC yang terdapat pada ESP8266 untuk diproses menjadi sinyal digital. Ada hal yang harus diingat dalam suatu rangkaian yaitu efek pembebanan dari suatu komponen dan yang menjadi perhatian adalah kemungkinan pengaruh impedansi dari modul NodeMCU Devkit. Efek pembebanan dapat menyebabkan nilai tegangan yang masuk ke ADC turun dan berbeda dari V out rangkaian pembagi tegangan. Hal itu terjadi karena melemahnya arus oleh impedansi modul NodeMCU Devkit. Untuk menghindari efek pembebanan, ditambahkanlah komponen IC LF353. Komponen tersebut difungsikan sebagai buffer non-inverting yang akan menguatkan arus tanpa memperkuat tegangannya.


Gambar 3.3. Keseluruhan rangkaian elektronika.

Semua komponen dan rangkaian sebelumnya dibuat menjadi satu rangkaian, mulai dari sensor gas MQ-7, rangkaian pengkondisi sinyal, IC LF353 dan ESP-12E nodeMCU Devkit v1.0.

3.2. Perancangan Software dan Diagram Alir Perangkat ESP8266 telah dibuatkan add-on pada Arduino IDE dan memungkinkan untuk melakukan pengembangan program dengan menggunakan bahasa pemrograman software tersebut. Sebelumnya add-on board ESP8266 harus di-install dahulu di dalam Arduino IDE pada boards manager nya secara online. Dengan cara pemrogramannya yang sederhana dan mendukung, maka digunakanlah Arduino IDE pada penelitian ini.


3.2.1. Alur Pembuatan Program

Mulai

Mulai

Inisialisasi Program

Sensor Mendeteksi Keberadaan Gas

Subrutin Pengambilan Data Sensor Gas

ADC Memproses Data Analog Sensor

Nilai ADC Diubah Ke Standar Nilai Gas

Simpan Data Sensor

Selesai

Upload

Gambar 3.5. Diagram alir subrutin Get IP Address

pengambilan data sensor gas.

Tampilan Web

Selesai Gambar 3.4. Diagram alir utama.

3.2.2.Subrutin Pengambilan Data Sensor Gas Subrutin Gambar 3.5 menjabarkan alur dari bagaimana data yang dideteksi oleh sensor diproses hingga menjadi standar nilai gas secara umum yaitu ppm (parts per million), sehingga dapat dimengerti oleh user.


3.2.3. Alur Membangun Koneksi, Meminta Data dan Pengiriman Data

Mulai

Sambungkan ke WiFi Access Point

Buka Web Browser

Masukkan IP Address Tujuan 1

Browser Mengirim HTTP Request

Server menerima request ?

2

No

Browser menerima response dan menerjemahkannya untuk ditampilkan bagi user

Belum Terkoneksi Server

Yes

Server menemukan konten yang dimaksud ?

Refresh ?

Yes

No

Selesai

Yes

HTTP Response : Web Page Dikirim

No HTTP Response : File Not Found

1

Gambar 3.6. Diagram alir proses komunikasi user untuk mendapat informasi.

2


3.2.4. Rancangan User Interface Dalam hal mendesain tampilan web yang digunakan sebagai user interface pada penelitian ini, digunakanlah HTML yang sudah dikenal sebagai bahasa pemrograman web dasar. PEMANTAU LEVEL CO PADA RUANGAN TERTUTUP Pembaruan Terakhir 7 Desember 2016; 13:28

LEVEL : 34 ppm LAMA PAPARAN YANG DISARANKAN : Di bawah 5 jam

Gambar 3.7. Rancangan dasar tampilan web. Pada rancangan tampilan web Gambar 3.7, terdapat 2 informasi yang ingin disampaikan ke user, yaitu : 1. Level : menyampaikan nilai tinggi rendahnya tingkat konsentrasi karbon monoksida pada ruangan dengan jangkauan 20 – 2000 ppm. 2. Lamanya paparan yang disarankan : menyarankan lamanya paparan yang aman berdasarkan nilai tingkat konsentrasi karbon monoksida yang tertera pada informasi level. Tabel 3.1. Tabel lama paparan gas CO yang disarankan. Level Gas CO (ppm)

Lama Paparan Yang Disarankan

10 - 25

Kurang dari 6 jam

25 - 35

Kurang dari 5 jam

35 - 50

Kurang dari 4 jam

50 - 70

Kurang dari 3 jam

70 -100

Kurang dari 2 jam

100 – 200

Kurang dari 1 jam

Lebih dari 200

Kurang dari 0,5 jam

Tabel 3.1 digunakan penulis sebagai pedoman pembuatan user interface. Tabel tesebut dibuat oleh penulis berdasarkan informasi pada Tabel 2.2.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab 4 membahas tentang implementasi dari perancangan pada Bab 3 serta analisis dari data dan hasil pengujian alat yang telah dilakukan. Pengujian alat yang telah dilakukan meliputi pengujian sensor karbon monoksida (dengan variasi kondisi) dan pengujian pengiriman data server dan client melalui jaringan WiFi. Selain itu terdapat pula gambar fisik hardware dan pembahasan program mikrokontroler di modul NodeMCU yang digunakan sebagai web server dan pengolah data sensor MQ-7. Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui sejauh mana keberhasilan dari rangkaian, program dan alat yang telah dibuat.

4.1. Bentuk Fisik Alat

Gambar 4.1. Bentuk fisik alat.

Gambar 4.1 memperlihatkan bentuk fisik dari rangkaian alat. LED pada alat berfungsi sebagai indikator permintaan client. Saat client mengirimkan permintaan ke server berupa alamat URL (Uniform Resource Locator) dokumen, maka LED akan

28


menyala. LED kemudian akan mati saat proses komunikasi antar client dan server telah sepenuhnya berakhir. Modul NodeMCU dioperasikan dengan power supply 5V. Power supply tersebut menggunakan adaptor 5V dengan output kabel jenis USB OTG (Universal Serial Bus On The Go).

4.2. Pengujian Pengiriman Data

Gambar 4.2. Skematik rangkaian akhir dari alat yang dibuat.

Sebelum masuk ke pembahasan pengujian pengiriman data, rangkaian akhir dari alat yang dibuat akan dijelaskan terlebih dahulu. Skematik rangkaian alat tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.2. Pada rangkaian akhir ini terdapat perbedaan dari perencanaan rangkaian yang dibuat pada Bab 3. Hal ini dilakukan atas dasar hasil pengujian sensor MQ-7 yang telah dilakukan. Sehingga dari analog output sensor tidak perlu ditambahkan rangkaian pembagi tegangan 1V dan buffer non inverting sebelum masuk ke ADC pada modul NodeMCU. Hal tersebut dikarenakan hasil pembacaan di serial monitor Arduino IDE nilainya sama saat maupun tidak memakai rangkaian tersebut. Rangkaian akhir ini terdiri dari modul MQ-7 sebagai pendeteksi gas yang hasilnya akan diproses oleh modul NodeMCU untuk diubah ke bentuk satuan ppm. Modul NodeMCU juga berperan sebagai server pada pengujian pengiriman data.


Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk melihat apakah proses komunikasi antara server dan client telah berhasil. Keberhasilan terjadi apabila server sudah bisa mengirim data nilai kadar CO yang diminta oleh client melalui komunikasi WiFi. Dari pengujian juga akan dijelaskan bagaimana tahap-tahap yang harus dilakukan untuk mengoperasikan alat. Pengujian dilakukan dengan uploading program ke mikrokontroler modul NodeMCU. Program tersebut berisi program deteksi kadar karbon monoksida yang kemudian nilai pendeteksiannya diambil dan dimasukkan ke dalam bentuk paket dokumen HTML. Dokumen HTML tersebut yang nantinya akan dikirim oleh server apabila ada permintaan dari client. Dokumen HTML dikirim dari server ke client melalui komunikasi WiFi. Program dapat dilihat pada lampiran halaman L-6.

Gambar 4.3. Komponen-komponen yang digunakan dalam proses pengiriman data.

Setelah program berhasil uploading, Hotspot WiFi handphone diaktifkan dengan nama SSID (Service Set Identifier) dan password yang sudah disamakan dengan nama SSID dan password pada program WiFi NodeMCU. Jika kedua hal tersebut telah sama, maka WiFi server NodeMCU dengan Hotspot WiFi handphone akan otomatis terhubung. Hotspot WiFi pada handphone berfungsi sebagai access point. Access Point berfungsi sebagai pengatur lalu lintas data, sehingga memungkinkan banyak client dapat saling terhubung melalui jaringan. Komunikasi antara server dan client akan selalu melewati


access point, karena access point berfungsi untuk mengijinkan bisa tidaknya client untuk mengambil data dari server. Jika client tidak terhubung dahulu dengan access point, artinya client juga tidak bisa berkomunikasi dengan server. Access Point juga berfungsi sebagai pemancar sinyal jaringan WiFi. Skematik diagram dalam proses pengiriman data dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Pemantau tingkat CO / Server

request

response

response Access Point

Client request

Gambar 4.4. Skematik diagram dalam proses pengiriman data.

Pada pengujian ini serial monitor Arduino IDE juga digunakan untuk memantau beberapa hal yaitu, terhubung tidaknya koneksi WiFi server pada access point, siap tidaknya server untuk berkomunikasi, serta menampilkan URL (Uniform Resource Locator) yang digunakan sebagai alamat pengambilan dokumen HTML. Alamat URL yang ditampilkan berupa IP Address. IP Address diambil dari IP Address handphone yang digunakan sebagai access point.

Gambar 4.5. Tampilan serial monitor Arduino IDE saat modul NodeMCU telah terhubung dengan access point dan server telah siap berkomunikasi.


Saat server telah siap dan sudah terhubung dengan access point, tampilan serial monitor dapat dilihat pada Gambar 4.5. Kemudian WiFi pada handphone sebagai client dihubungkan dengan WiFi pada access point. Setelah terhubung, web browser dibuka kemudian masukan alamat URL yang tertera pada serial monitor. Saat alamat tersebut dikirimkan dan jika permintaan tersebut berhasil diterima oleh server, pada serial monitor akan terlihat pergerakan proses komunikasi. Serial monitor akan menampilkan pemberitahuan tulisan “new client” yang berarti ada client baru yang mengirimkan permintaan. Server akan merespon dengan mengirimkan dokumen web HTML yang diminta sesuai dengan alamat URL yang dimaksud. Bila dokumen yang dikirim server telah berhasil sampai di client, dokumen tersebut akan ditampilkan pada web browser. Proses yang terjadi tersebut sesuai dengan tahapan dari protokol TCP/IP, cara yang digunakan server dan client untuk berkomunikasi. Setelah proses komunikasi berakhir, pada serial monitor akan menampilkan pemberitahuan “client disconnected”. Tampilan proses komunikasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Tampilan serial monitor Arduino IDE proses komunikasi client dan server.

Adapula yang harus dicermati dari pengujian pengiriman data ini yaitu, apakah nilai kadar CO pada serial monitor dan web browser telah sesuai. Nilai kadar CO yang tertampil pada serial monitor adalah nilai yang terdeteksi pada saat ada permintaan dari client, jadi nilai tersebut adalah nilai yang akan dikirimkan ke client. Jika dilihat dari Gambar 4.6, nilai kadar CO yang terdeteksi saat adanya permintaan client adalah 10,02 ppm. Kemudian jika dilihat pada Gambar 4.7, nilai kadar CO yang telah sampai di client dan tertampil pada web browser adalah 10,02 ppm. Ini menandakan nilai yang dikirim ke client telah sesuai dengan nilai pada serial monitor dan tidak ada perubahan data saat pengiriman.


Gambar 4.7. Dokumen yang diterima client tertampil pada web browser.

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, untuk dapat berkomunikasi, server dan client harus memenuhi tahapan protokol TCP/IP. Apabila terdapat hal yang tidak sesuai dengan protokol, maka akan terjadi kegagalan komunikasi antara client dan server.

Gambar 4.8. Tampilan Web Browser saat terjadinya kegagalan dikarenakan kesalahan penulisan alamat URL.


Masalah yang ditampilkan pada Gambar 4.8 terjadi saat komunikasi antara client dan server tidak memenuhi elemen-elemen protokol TCP/IP. Beberapa penyebabnya yaitu, penulisan alamat URL yang, tidak adanya/ tidak aktifnya access point sebagai gerbang dari server, client berada di luar jangkauan sinyal access point. Oleh karena itu, saat terjadinya kegagalan komunikasi, elemen-elemen protokol TCP/IP perlu diperiksa kembali. Pada Gambar 4.8, IP Address untuk meminta data sensor seharusnya ditulis 192.168.43.178 sesuai yang ditampilkan di serial monitor Arduino IDE, namun terdapat penulisan tidak sesuai sehingga client tidak dapat terhubung ke server.

4.2.1. Pengujian Pengiriman Berdasarkan Jarak dan Kekuatan Sinyal Pengujian dilakukan dengan menggunakan bantuan aplikasi android yang telah tersedia di Play Store yaitu WiFi Analyzer. Interface aplikasi WiFi Analyzer dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9. Tampilan dalam aplikasi WiFi Analyzer.


Dalam aplikasi tersebut terdapat fitur-fitur yang dibutuhkan saat melakukan pengujian. Fitur-fitur tersebut yaitu dapat membaca kekuatan sinyal dBm dan jarak. Jarak yang dimaksud adalah jarak antara access point dan handphone yang digunakan sebagai client. Saat dilakukan pengujian muncul masalah yaitu saat jarak sebenarnya yang diukur adalah 1 meter namun dalam aplikasi nilai yang ditampilkan berbeda dan cenderung naik turun tidak stabil mengikuti naik turunnya kekuatan sinyal. Setelah di analisis, ternyata nilai jarak yang ditampilkan dalam aplikasi tidak menunjukan nilai yang sebenarnya namun hanya mengikuti naik turunnya kekuatan sinyal. Dapat dipastikan nilai jarak yang ditampilkan dalam aplikasi hanya mengikuti database yang berdasarkan kekuatan sinyal. Jadi diputuskan untuk melakukan pengukuran jarak secara manual agar dapat diketahui jarak access point dengan client yang sesungguhnya. Analisa perbandingan antara jarak sesungguhnya dengan jarak yang terukur dari aplikasi dapat dilakukan.

0 3.3 7.3 35 35.8 42 47.8 54 59 68 75 87

Kekuatan Sinyal (dBm)

0 2.8 3.9 17.6 22.1 24.8 31.3 44.2 78.5 98.9 124.5 197.3

-16 -49 -52 -64 -67 -68 -70 -74 -78 -81 -84 -86

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Keberhasilan Pengiriman

Jarak Asli (m)

Jarak Terukur di Aplikasi (m)

Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengiriman data.

           X

           X

           X

           X

           X

           X

          X X

          X X

          X X

          X X

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 60% 0%

Pengiriman

Data hasil dari pengujian pengiriman data dapat dilihat pada Tabel 4.1. Pada masingmasing kekuatan sinyal yang didapatkan, dilakukan 10 kali permintaan pengiriman data dari server. Hal itu dilakukan untuk mengetahui berapa kekuatan sinyal yang dibutuhkan client dari access point untuk bisa melakukan pengiriman hingga client menerima data dari server. Saat kekuatan sinyal lebih dari atau sama dengan -81 dBm, dari 10 kali pengujian


didapatkan tingkat keberhasilan pengiriman 100%. Dibawah -81 dBm, kekuatan sinyal yang tidak reliable untuk client melakukan permintaan data. Pada kisaran kekuatan sinyal tersebut sudah di luar kemampuan WiFi untuk melakukan transmisi data. Grafik tingkat keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak dapat dilihat pada Gambar 4.10.

Keberhasilan Pengiriman

120% 100% 80% Jarak Asli 60% Jarak Terukur di Aplikasi

40% 20% 0%

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200

Jarak (m)

Gambar 4.10. Tingkat keberhasilan pengiriman data berdasarkan jarak.

Jarak client dari access point yang diukur secara manual dengan yang ditampilkan aplikasi tidak sama. Hal tersebut menunjukan bahwa pengukuran jarak pada aplikasi tidak akurat. Jika dilihat dari grafik Gambar 4.10, perbedaan kedua pengukuran jarak mulai sangat jauh di mana jarak yang sesungguhnya adalah 59 meter tetapi aplikasi terukur 78,5 meter. Saat jarak yang sesungguhnya 87 meter, jarak yang terukur dari aplikasi dapat mencapai 197,3 meter. Dengan mengacu menggunakan Rumus 2.1 dan 2.2, Path Loss dari pengujian pengiriman data dapat dicari. Nilai Path Loss dari perhitungan tersebut digunakan untuk menghitung kekuatan sinyal yang didapatkan client. Kekuatan sinyal yang diperoleh dari pengukuran di aplikasi dapat dibandingkan dengan kekuatan sinyal hasil perhitungan. Data Path Loss dan kekuatan sinyal yang didapat dari hasil perhitungan dapat dilihat dari Tabel 4.2.


Tabel 4.2. Data perbandingan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan. Jarak Terukur di Aplikasi (m) 0 2.8 3.9 17.6 22.1 24.8 31.3 44.2 78.5 98.9 124.5 197.3

Jarak Asli (m) 0 3.3 7.3 35 35.8 42 47.8 54 59 68 75 87

Kekuatan Sinyal Terukur di Aplikasi (dBm) -16 -49 -52 -64 -67 -68 -70 -74 -78 -81 -84 -86

Path Loss (dBm) 31 41 61 62 64 65 67 68 70 71 73

Kekuatan Sinyal Perhitungan (dBm) -47 -57 -77 -78 -80 -81 -83 -84 -86 -87 -89

Dari Tabel 4.2, nilai kekuatan sinyal yang didapat dari aplikasi maupun perhitungan tidak berbeda jauh. Hal tersebut menandakan bahwa nilai pengukuran kekuatan sinyal dengan menggunakan aplikasi WiFi Analyzer masih bisa menjadi acuan, karena masih mendekati perhitungan teori. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan dapat dilihat pada Gambar 4.11.

0 -10

0

20

40

60

80

100

Kekuatan Sinyal (dBm)

-20 -30 -40

Kekuatan Sinyal Terukur di Aplikasi Kekuatan Sinyal Perhitungan

-50 -60 -70 -80 -90 -100

Jarak Asli (m)

Gambar 4.11. Grafik perbedaan kekuatan sinyal terukur dengan perhitungan.


4.3. Program dan Pengujian Sensor Gas Karbon Monoksida Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui beberapa hal yaitu, apakah sensor MQ-7 sudah bekerja mendeteksi karbon monoksida dengan benar, mengetahui pergerakan nilai keluaran sensor di beberapa kondisi, perbandingan nilai keluaran sensor di kondisi yang berbeda, dan mengetahui lama waktu pemulihan sensor dari pendeteksian karbon monoksida.

4.3.1. Program Deteksi Karbon Monoksida Mikrokontroler modul NodeMCU diprogram menggunakan software Arduino IDE untuk mengolah data analog dari keluaran sensor MQ-7. Data nilai yang telah diolah akan dikirim melalui komunikasi serial dan akan dipantau dari serial monitor Arduino IDE. Sebelum

melakukan

program

pendeteksian

karbon

monoksida,

dilakukan

pengkalibrasian terlebih dahulu. Kalibrasi yang dilakukan adalah dengan mencari nilai RO. Nilai ini nantinya akan digunakan di program utama deteksi karbon monoksida. RS dan RO merupakan dua hambatan yang terdapat di dalam sensor MQ-7. RO bernilai tetap dan RS nilainya variabel dipengaruhi oleh pendeteksian gas. Nilai RS semakin kecil seiring dengan semakin tingginya kadar gas yang terdeteksi. Saat karbon monoksida terdeteksi 100 ppm, rasio RS/RO adalah 1, sehingga nilai hambatan keduanya dipastikan sama saat 100 ppm. Rasio RS/RO semakin kecil seiring dengan naiknya nilai kadar gas yang terdeteksi. Berikut adalah program untuk mencari nilai RO. Nilai RO diambil 100 kali pendeteksian untuk dihitung dan diambil reratanya.


Gambar 4.12. Program untuk mencari nilai RO.

Dari percobaan program Gambar 4.12 yang telah dilakukan, nilai rerata RO didapatkan yaitu 3,96. Nilai tersebut dimasukkan ke program pengambilan data pendeteksian karbon monoksida, seperti ditampilkan pada program Gambar 4.13. Nantinya program akan menghasilkan nilai kadar karbon monoksida yang terdeteksi sensor dan nilai tersebut menggunakan satuan ppm (part per million). Penulisan model matematis program Arduino untuk pengubahan ke bentuk nilai ppm, mengacu pada Gambar 2.5.


Gambar 4.13. Program untuk pengambilan data pendeteksian sensor MQ-7.

Penulisan program persamaan pada Gambar 2.5 hanya cocok diterapkan pada nilai ppm antara 20 sampai 200 ppm. Untuk nilai 200 ke atas harus membuat persamaan lagi, karena grafik karakteristik sensor sebenarnya merupakan fungsi logaritmik (lihat Gambar 2.3).

4.3.2. Pengujian dan Pengambilan Data Nilai Pendeteksian Sensor Gas dan Analisis Meskipun piranti ini telah mampu menghitung kadar gas karbon monoksida, namun data nilai yang dihasilkan dari pengujian pendeteksian sensor gas belum bisa disebut sebagai nilai kadar karbon monoksida yang sesungguhnya, karena belum dilakukan perbandingan pendeteksian seperti menggunakan CO meter sebagai acuan.


4.3.2.1. Kondisi Wadah Tertutup Dengan Diisi Polutan Mula-mula sensor mendeteksi kondisi udara dalam wadah tertutup dengan udara alami di dalamnya. Kemudian, polusi yang digunakan dalam percobaan adalah menggunakan asap rokok yang sengaja dimasukkan ke wadah tertutup hingga pekat. Sensor MQ-7 yang telah diletakkan di dalam wadah bekerja untuk mendeteksi polusi tersebut. Kemudian alat dioperasikan untuk memantau nilai tingkat gas karbon monoksida yang dihasilkan saat kondisi tersebut. Dari situ akan didapatkan data yang digunakan untuk membuat grafik pergerakan nilai ppm. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 pada wadah tertutup dapat dilihat pada Gambar 4.14.

Gambar 4.14. Konfigurasi pengujian sensor MQ-7 dalam wadah tertutup.


Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu, Saat Wadah Tertutup Diisi Polutan 900 800 Kadar CO (ppm)

700 600

Pendeteksian Mulai Stabil

500 400 300

Wadah Diisi Polu Polutan

200 100 0

0

50

100

150

200

250

300

350

Waktu (detik)

Gambar 4.15. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor di wadah tertutup berisi polutan.

Pendeteksian udara alami dalam wadah tertutup stabil di kisaran 30 ppm. Kemudian pada detik ke 55, wadah tertutup diberi masukan polutan sehingga nilai yang terdeteksi oleh sensor naik. Grafik pada Gambar 4.15 memperlihatkan pada kondisi percobaan ini kadar karbon monoksida stabil yang terdeteksi adalah pada kisaran 700 – 800 ppm. Seperti yang telah ditampilkan pada Tabel 2.1, nilai tersebut sudah cukup membahayakan untuk manusia. Dalam waktu kurang dari 1 jam sudah akan menimbulkan gejala-gejala seperti mual, pusing, mata pedih, dan lain-lain. Apabila lebih dari 1 jam terpapar gas dalam kisaran tersebut, bisa jadi akan terjadi dampak yang lebih serius bagi kesehatan manusia. Untuk analisis sensor sendiri, sensor masih dapat bekerja dengan baik dan dapat mendeteksi kadar karbon monoksida di kisaran tersebut. Nilai tertinggi yang terdeteksi yaitu pada 795 ppm saat detik ke 105. Nilai tidak stabil namun masih pada kisaran nilai tersebut hingga detik ke 250 yang terdeteksi 783 ppm. Setelah itu nilai berangsur turun sampai 724 ppm pada waktu terakhir percobaan yaitu 335 detik. Hal itu bisa dikarenakan wadah tertutup yang kurang rapat sehingga polutan sedikit demi sedikit bocor keluar.


4.3.2.2. Penutup Wadah Percobaan Sebelumnya Dibuka Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu Saat Wadah Dibuka

600 500 Kadar CO (ppm)

Wadah Dibuka 400 300

Pendeteksian Mulai Stabil

200 100 0

0

50

100

150

200

250

300

350

Waktu (detik)

Gambar 4.16. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat gas CO keluar dari wadah.

Tujuan dari dibukanya wadah yaitu untuk membuat polutan di dalam wadah keluar secara alami dan bersirkulasi dengan udara bebas. Pada transisi ini pergerakan nilai tingkat karbon monoksida akan dipantau. Grafik pada Gambar 4.16 menunjukkan nilai kadar karbon monoksida yang tertedeteksi menurun seperti seharusnya. Dalam waktu 100 detik, grafik menunjukkan penurunan dari nilai semula 584 ppm ke 40 ppm. Kemudian nilai stabil di kisaran 30 - 40 ppm hingga waktu terakhir percobaan yaitu detik ke 310 nilai ppm nya 37. Hal tersebut menunjukkan jika polusi di wadah bersirkulasi cukup cepat dengan udara bebas di luar wadah. Sensor membuktikan masih dapat bekerja mendeteksi dengan baik dalam kondisi transisi.

4.3.2.3. Percobaan Pemberian Polutan Secara Berulang Percobaan ini tidak menggunakan wadah seperti percobaan sebelumnya. Percobaan ini dilakukan di ruangan terbuka, kemudian asap rokok yang pekat ditiupkan ke arah sensor MQ-7. Saat di ruangan terbuka, asap rokok akan lebih cepat menghilang karena bersirkulasi dengan udara bebas.


Grafik Nilai Kadar CO Terhadap Waktu 600

Kadar CO (ppm)

500 400

Pemberian Polutan

Pemberian Polutan Pemberian Polutan

300 200 100 0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Waktu (detik)

Gambar 4.17. Grafik memperlihatkan pendeteksian sensor saat diberi polutan secara berkala.

Tujuan dari uji perulangan pemberian polutan adalah untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan sensitivitas sensor pada tiap pemberian polutan. Dari grafik Gambar 4.17, nilai kadar CO akan naik secara drastis saat sensor MQ-7 diberi polutan. Hal itu menandakan bahwa sensor masih dapat mendeteksi dengan benar. Bila dilihat dari 3 kali pemberian polutan, nilai puncak dari ketiga pendeteksian sensor semakin turun. Hal ini menjadi analisis dari kelemahan yang ditunjukkan sensor gas, diperkirakan residu dari pendeteksian sebelumnya masih menempel pada sensor sehingga mengurangi sensitivitas sensor di pemberian polutan selanjutnya.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan analisis yang telah diperoleh dari pengamatan hasil pengujian sensor dan pengiriman data melalui komunikasi WiFi, maka dapat diambil beberapa kesimpulan: 1. Untuk mendapatkan pengiriman data yang berhasil hingga client dapat menerima dokumen web, kekuatan sinyal yang dibutuhkan client dari access point harus di atas -81 dBm. 2. Alat sudah mampu memantau tinggi rendahnya kadar karbon monoksida, namun angka yang tertampil belum akurat karena belum ada pembanding seperti CO meter sebagai acuan. 3. Alat sudah mampu melakukan pemantauan kadar karbon monoksida setiap adanya permintaan dari client.

5.2. Saran 1. Untuk mendapatkan nilai pendekteksian yang lebih akurat pada pengkalibrasian sensor MQ-7, dapat menggunakan bantuan CO meter pabrikan karena sudah terkalibrasi. 2. Untuk pengembangan alat, dapat ditambahkan sistem peringatan yang otomatis dikirimkan ke client untuk memberitahu saat kadar karbon monoksida yang terdeteksi membahayakan kesehatan manusia. 3. Modul sensor MQ-7 dapat diganti dengan modul sensor gas lain disesuaikan dengan kebutuhan pendeteksian, tentunya dengan pengkalibrasian yang berbeda.

45


DAFTAR PUSTAKA [1]

Rivanda, A., 2015, Pengaruh Paparan Karbon Monoksida Terhadap Daya Konduksi Trakea, Majority, vol. 4, no. 8, hal 153-155, Fakultas Kedokteran, Universitas Lampung.

[2]

Hadiyani, M., Keracunan Karbon Monoksida, Staf Pusat Informasi Obat dan Makanan, Badan POM RI.

[3]

Nurrahmani, K., 2014, Purwarupa Pendeteksi Karbon Monoksida dalam Ruang Kendaraan Roda Empat Berpendingin AC ( Air Conditioner ) Berbasis DFRduino Uno R3, Tugas Akhir, Program Studi Diploma Elektronika dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

[4]

Andraws, A., Khadra, F.A., 2012, Performance of Vertical Handoff In Different Wireless Networks, International Journal of Advanced Science and Engineering Technology, hal 101-109.

[5]

Badan POM, 2005, Keracunan yang Disebabkan Gas Karbon Monoksida, http://www.pom.go.id/mobile/index.php/view/berita/76/Keracunan-yangDisebabkan-Gas-Karbon-Monoksida.html diakses tanggal 12 November 2016.

[6]

http://www.engineeringtoolbox.com/carbon-monoxide-d_893.html diakses tanggal 24 Januari 2017.

[7]

-----, 2000, Chapter 5.5 Carbon Monoxide, Air Quality Guidelines - Second Edition, WHO Regional Office for Europe, Copenhagen, Denmark.

[8]

http://indosafetydirectory.com/occupational-safety-and-health-administration-osha/ diakses tanggal 24 Januari 2017.

[9]

http://www.geraicerdas.com/sensor/analog-gas-sensor-mq7-carbon-monoxide-detail diakses tanggal 15 November 2016.

[10] https://instrumind.wordpress.com/2015/12/16/kalibrasi-sensor-gas-mq-7/ diakses tanggal 27 Maret 2017. [11] -----, 2015, ESP8266EX Datasheet Version 4.3, Espressif Systems IOT Team. [12] -----, 2015, ESP-12E WiFi Module Version 1.0, AI-Thinker Team. [13] http://learn.acrobotic.com/tutorials/post/what-is-the-esp8266, https://acrobotic.com/acr-00018 diakses tanggal 9 Desember 2016.

46


[14] Rapuano, S., Daponte, P., Balestrieri, E., De Vito, L., Tilden, S.J., Max, S., Blair, J., 2005, ADC Parameters and Characteristics, IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, hal 44–47. [15] Feddeler, J., Lucas, B., 2004, ADC Definitions and Specifications, Freescale Semiconductor, hal 18–19. [16] Sidik, B., Pohan, H.I., 2007, Pemrograman WEB dengan HTML (Disertai lebih dari 200 contoh program beserta tampilan grafisnya), Informatika, Bandung.


LAMPIRAN

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI L1

Lampiran Listing Program Pengujian Sensor

A. Mencari Nilai RO 1.

void setup() {

2. 3.

Serial.begin(115200); }

4. 5.

void loop() {

6.

float sensor_volt;

7.

float RS_air; // Nilai RS di udara bebas

8.

float R0;

9.

float sensorValue;

10. 11.

/*--- Menghitung rerata data dari 100 kali pendeteksian ---*/

12. 13.

for(int x = 0 ; x < 100 ; x++) {

14.

sensorValue = sensorValue + analogRead(A0);

15.

}

16.

sensorValue = sensorValue/100.0;

17.

/*-----------------------------------------------*/

18. 19.

Serial.println(sensorValue);

20. 21.

sensor_volt = sensorValue/1024*5.0;

22. 23.

RS_air = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt;

24. 25.

Serial.print("sensor_volt = ");

26.

Serial.print(sensor_volt);

27.

Serial.println("V");

28. 29.

Serial.print("RS_air = ");


30.

Serial.println(RS_air);

31. 32.

R0 = RS_air/1; // The ratio of RS/R0 is 1 in CO

33. 34.

Serial.print("R0 = ");

35.

Serial.println(R0);

36.

delay(5000);

37.

}

B. Program Pendeteksi CO 1.

void setup() {

2. 3.

Serial.begin(115200); }

4. 5.

void loop(){

6. 7.

float sensor_volt;

8.

float RS;

9.

float ratio;

10.

int sensorValue = analogRead(A0);

11.

sensor_volt=(float)sensorValue/1024*5.0;

12.

RS = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt;

13. 14.

/*-Ganti nama "R0" dengan nilai R0 yang didapat dari tes program mencari nilai RO -*/

15.

ratio = RS/RO;

16.

/*-----------------------------------------------------------------------*/

17. 18.

const float p = -1.239;

19.

float z = pow(ratio,p);

20.

float ppm = 96.311*z;

21. 22.



23.


24.

Serial.println(sensor_volt);

25.

Serial.print("RS_ratio = ");

26.

Serial.println(RS);

27.

Serial.print("Rs/R0 = ");

28.

Serial.println(ratio);

29.

Serial.print("ppm = ");

30.

Serial.println(ppm);

31.

Serial.print("\n\n");

32.

delay(5000);

33.

}


Lampiran Data Hasil Pengujian Sensor A. Saat Didalam Wadah Tertutup Waktu (detik) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170

Tingkat Gas CO (ppm) 31 32 32 32 32 32 32 32 33 33 33 33 96 128 188 207 458 584 779 779 771 783 791 795 791 779 783 779 779 783 791 787 791 787 791

Waktu (detik) 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345

Tingkat Gas CO (ppm) 791 791 795 783 787 779 791 791 787 783 779 791 764 787 779 775 779 783 771 764 760 764 760 768 753 768 753 768 756 760 749 756 753 749 724


B. Saat Tutup Wadah Tertutup Dibuka Waktu (detik) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155

Tingkat Gas CO (ppm) 584 458 207 188 128 96 81 71 63 59 56 52 50 48 46 45 42 43 41 41 40 40 40 39 38 38 38 37 37 37 37 37

Waktu (detik) 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310

Tingkat Gas CO (ppm) 37 37 37 36 36 35 35 34 34 34 34 34 32 33 33 33 33 31 32 32 32 32 32 32 34 35 37 38 37 37 37


Lampiran Listing Program Pengiriman Server

1.

#include <ESP8266WiFi.h>

2.

#include <WiFiClient.h>

3. 4.

const char *ssid = "CO Monitoring";

5.

const char *password = ""; // password dapat diisi atau dikosongkan

6. 7.

WiFiServer server(80);

8. 9.

void NilaiSensor(){

10.

}

11. 12.

void setup()

13.

{

14.

pinMode(D0, OUTPUT);

15.

Serial.begin(115200);

16.

delay(10);

17. 18.

// Connect to WiFi network

19.

Serial.println();

20.

Serial.println();

21.

Serial.print("Connecting to ");

22.

Serial.println(ssid);

23. 24.

WiFi.begin(ssid, password);

25. 26.

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

27.

delay(500);

28.

Serial.print(".");

29.

}

30.

Serial.println("");

31.

Serial.println("WiFi connected");


32. 33.

// Start the server

34.

server.begin();

35.

Serial.println("Server started");

36. 37.

// Print the IP address

38.

Serial.print("Use this URL to connect: ");

39.

Serial.print("http://");

40.

Serial.print(WiFi.localIP());

41.

Serial.println("/");

42.

}

43. 44.

void loop()

45.

{

46.

//server.handleClient();

47. 48.

WiFiClient client = server.available(); //deklarasi client agar diketahui server

49.

if (!client) {

50. 51.

return; }

52. 53.

// Wait until the client sends some data

54.

Serial.println("new client"); // saat ada client mengirim permintaan

55.

while(!client.available()){

56. 57.

delay(1); }

58. 59.

// Read the first line of the request

60.

String request = client.readStringUntil('\r');

61.

Serial.println(request);

62.

digitalWrite(D0, HIGH); //for ON

63.

client.flush();

64.


65.

float sensor_volt;

66.

float RS;

67.

float ratio;

68.

int sensorValue = analogRead(A0);

69. 70. 71.

sensor_volt=(float)sensorValue/1024*5.0;

72.

RS = (5.0-sensor_volt)/sensor_volt; // omit *RL

73. 74.

/*-Ganti nama "R0" dengan nilai R0 yang didapat dari tes program mencari nilai RO -*/

75.

ratio = RS/RO;

76.

/*-----------------------------------------------------------------------*/

77. 78.

const float p = -1.239;

79.

float z = pow(ratio,p);

80.

float ppm = 96.311*z;

81. 82.


83.


84.

Serial.println(sensor_volt);

85.

Serial.print("RS_ratio = ");

86.

Serial.println(RS);

87.

Serial.print("Rs/R0 = ");

88.

Serial.println(ratio);

89.

Serial.print("ppm = ");

90.

Serial.println(ppm);

91.

Serial.print("\n\n");

92. 93.

delay(3000);

94. 95.

client.println("HTTP/1.1 200 OK");

96.

client.println("Content-Type: text/html");


97.

client.println("");

98.

client.println("");

99.

client.println("");

100.

client.println("
size='5'

face='Engravers

MT'>Pemantau

Monoksida
"); 101.

client.println("
");

102.

client.println(ppm);

103.

client.println(" ppm
");

104.

client.println("");

105. 106.

delay(1);

107.

Serial.println("Client disconnected");

108.

digitalWrite(D0, LOW); //for OFF

109.

Serial.println("");

110. }

Karbon

SISTEM PEMANTAUAN TINGKAT KARBON MONOKSIDA PADA SUATU RUANGAN TERTUTUP MENGGUNAKAN ESP8266

Recommend Documents

diakhiri dengan