Abstrak—Dewasa ini udara di muka bumi semakin memburuk dan  terkadang  melewati  batas  normal,  sehingga  dapat membahayakan kesehatan manusia. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) merupakan kampus yang berinisiatif menjadi pionir  dalam  pengembangan  Smart  ECO  Campus  dan memanfaatkan  setiap  elemen  kampus  untuk  menciptakan pembangunan  yang  ramah  lingkungan.  Namun  saat  ini  untuk lingkungan  kampus  masih  belum  ada  sebuah  perangkat portable pemantau polusi sehingga para sivitas akademika tidak dapat mengetahui kondisi udara sekitar kampus. Tugas Akhir ini  bertujuan  untuk  membuat  perangkat  portable  pemantau polusi berbasis IoT. Perangkat ini menggunakan sensor PM, CO dan O3 yang mana data kadar kulitas udara yang di baca oleh sensor dikirimkan ke databse server. Seluruh data pada server divisualisasikan  menggunakan  website.  Setelah  dilakukan validasi  perangkat  sesuai  dengan  hasil  pengujian  didapatkan error rata-rata untuk PM2.5 adalah 8,78μ/m3, error rata-rata untuk PM10 adalah 10,35μ/m3, dan error rata-rata untuk O3 adalah 18,8396ppm sehingga perangkat tergolong layak untuk digunakan.  Dengan  adanya  perangkat  ini  sivitas  akademika dapat dengan mudah memantau polusi udara di sekitar secara real  time  melalui  website  sehingga  dapat  melakukan  tindakan pencegahan yang tepat.
Kata Kunci—Polusi, Portable, IoT, Website.

## I. PENDAHULUAN
EWASA  ini  udara  di  muka  bumi  semakin  memburuk dan  terkadang  melewati  batas  normal,  sehingga  dapat membahayakan  kesehatan   manusia.  World
Health Organization (WHO) menyebut polusi udara sebagai masalah lingkungan utama yang menimbulkan risiko bagi kesehatan. Setidaknya  setiap  tahun  polusi  udara  menyebabkan  7  juta kematian  yang  membuat  terjadinya  gangguan  pernapasan. Kematian  yang  ditimbulkan  oleh  polusi  udara  tersebut  tiga kali  lipat  lebih  besar  dibandingkan  dengan  kematian  yang ditimbulkan oleh  malaria,  tuberkulosis,  dan  AIDS.  Polusi udara  menyebabkan  26%  kematian  akibat  penyakit  jantung akibat  tersumbatnya  pembuluh  darah  dan  24%  kematian akibat stroke. Selain itu, polusi udara juga menyebabkan 43% penyakit  paru  obstruktif  kronik  dan  29%  kanker  paru-paru. Kasus kematian terbanyak akibat polusi udara ada di kawasan Asia Tenggara, yakni mencapai lebih dari 2 juta kematian per tahun.
Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember  (ITS)  merupakan kampus yang berinisiatif menjadi pionir dalam pengembangan Smart  ECO  Campus dan  memanfaatkan setiap  elemen  kampus  untuk  menciptakan  pembangunan yang ramah lingkungan [1]. Menurut UI Green Matric yang memberikan hasil survei online mengenai kondisi terkini dan kebijakan  terkait Green  Campus dan Sustainability di universitas-universitas  di  seluruh  dunia,  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) menduduki posisi ke-223 di dunia dengan  penataan  kampus  dan  informasi  infrastruktur  yang
menjadi  dasar  pertimbangan  terhadap  lingkungan  hijau universitas.  ITS  juga  menduduki  posisi  ke-162  di  dunia dengan  kebijakan  transportasi  yang  membatasi  jumlah kendaraan  bermotor  di  kampus,  karena  sistem  transportasi memegang peranan penting dalam tingkat emisi karbon dan pencemaran di lingkungan kampus [2].
Menurut  lampiran  I  PermenLH  Nomor  12  tahun  2010 tentang  pedoman  teknis  penetapan  mutu  udara  ambien daerah, sumber pencemaran udara dapat berasal dari kegiatan alami  (letusan  gunung  berapi,  dekomposisi  biotic,  debu, spora  tumbuhan)  dan  kegiatan  antropogenik  (kegiatan manusia). Dalam penelitian mengenai kualitas udara terdapat suatu  istilah  yang  dinamakan  Baku  Mutu  Udara  Ambien (BMUA).  BMUA  merupakan  ukuran  batas  atau  kadar  zat, energi,  dan/atau  komponen  yang  ada  atau  seharusnya  ada dan/atau  unsur  pencemar  yang  ditenggang  keberadaannya dalam  udara  ambien  [3].  Adapun  parameter  yang  terdapat pada  BMUA  meliputi  Sulfur  Dioksida  (SO2),  Nitrogen Dioksida  (NO2),  Ozon  (O3),  Karbon  Monoksida  (CO), Particulate  Matter (PM),  Timah  hitam  (Pb),  TSP,  dan  HC (dalam bentuk NMHC) [4].
Berdasarkan  paparan  di  atas,  terdapat  hubungan  antara polutan  udara  dengan  kesehatan  manusia,  maka  penting untuk  mengukur  konsentrasi  polutan  yang  ada  di  udara.

## Perangkat Portable Pemantau Polusi Menggunakan Sensor PM, CO, dan O3 Berbasis
Syaidatul Fauziah, Reza Fuad Rachmadi, dan Arief Kurniawan Departemen Teknik Komputer, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : fuad@te.its.ac.id
D
Gambar 1.  Gambaran umum sistem.
Gambar 2.  Bagian-bagian perangkat.
Untuk mengetahui kadar zat-zat tersebut di udara, dibutuhkan perangkat untuk mamantau kualitas udara dan menampilkannya.  Oleh  karena  Itu,  Penelitian  ini  akan membuat perangkat portable pemantau polusi menggunakan sensor  PM,  CO,  dan  O3  berbasis Internet  of  Things (IoT). Data  yang  didapat  dari  sensor  akan  dikirimkan  ke  database dan  divisualisasikan  melalui website sehingga  pengguna dapat memantau kadar kualitas udara.

## II. DESAIN DAN IMPLEMENTASI

## A. Alat Pemantau Kualitas Udara
Perangkat  dikemas  menggunakan  sebuah  box  yang berisikan tiga jenis sensor, mikrokontroler, dan sumber daya. Sensor yang di gunakan yaitu  SDS011 berfungsi  medeteksi kadar Partikulat Meter (debu, kotoran asap, dan cairan yang ditemukan  diudara  dengan  ukuran  kecil),  MQ7  berfungsi mendeteksi kadar karbon Monoksida, dan MQ131 berfungsi mendeteksi kadar Ozon.
Sedangkan  mikrokontroler  yang  digunakan  adalah  ESP- 32S yang mana juga berfungsi sebagai modul WiFi sehingga perangkat  dapat  terhubung  ke  internet  dan  dapat mengirimkan  data  hasil  rekaman  sensor  menuju  database. gambaran  unum  sistem  dapat  dilihat  pada  Gambar  1  dan desain perangkat dapat yang berbentuk box dapat dilihat pada Gambar 2.

## 1) Akuisisi Data
Pada Gambar 3 tertera alur blok diagram dari perangkat. Sensor  yang  digunakan  SDS011,  MQ7,  dan  MQ131  yang bertugas  untuk  merekam  data  kadar  PM,  CO,  dan  O3  serta ESP-32S  yang  merupakan  mikrokontroler  yang  bertugas untuk  mengakuisisi  data  dan  mengirimkan  data  ke  server. Alur  kerja  dari  blok  diagram  alat  pada  Gambar  3  sebagai berikut:  (1)  Aktivasi  ESP-32S  dengan  menyambungkan  ke WiFi terdekat yang berfungsi sebagai modul yang mengolah dan mengirim. (2) Perekaman data analog oleh sensor MQ7 dan MQ131 serta perekaman data serial oleh sensor SDS011 yang  akan  dibaca  di  baca  oleh  ES-P32S.  (3)  ESP-32S melakukan  pembacaan  data  analog  dari  sensor  MQ7  dan MQ131 lalu diubah menjadi voltase agar bisa mendapatkan nilai  kadar  dengan  satuan parts per  million (PPM)  serta pembacaan  data  serial  dari  sensor  SDS011  dengan  nilai satuan kadar μg/m3.

## 2) Pengiriman Data oleh Perangkat
Perekaman  data  dari  perangkat  menggunakan  bahasa  C. Setelah data tersebut direkam, data akan dikirim ke database server  menggunakan  modul  WiFi  ESP-32S.  Diagram  alir program ESP-32S dapat dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan diagram  alir  pada  Gambar  4,  alur  kerja  program  ESP-32S dimulai  dengan  aktivasi  ESP-32S  sebagai  modul  yang bertugas  untuk  mengirimkan  data  kadar  kualitas  udara  dari perangkat. Ketika ESP-32S sudah tersambung ke WiFi, ESP- 32S  akan  aktif  dan  lansung  merekam  data  kadar  kualitas
Gambar 3. Bagian-bagian perangkat.
Gambar 4. Diagram alir program ESP-32S.
Gambar 5. Desain database.
Gambar 6. Diagram alir program PHP.
udara  dari  perangkat.  Setelah value kadar  didapatkan  data lansung  dikirimkan  ke  database  server.  Database  akan menyimpan  data  kadar  kualitas  udara  dari perangkat  secara realtime,  lalu  program  diberi delay selama  10  detik,  ini berguna untuk memanajemen data yang masuk ke database. Jika ESP-32S gagal tersambung ke WiFi, Http akan memberi respon error dan mengecek lagi koneksi ke Internet. Program ini akan terus berjalan (looping) hingga perangkat mati.

## B. Database Server
Pada  penelitian  ini  Database  Server  digunakan  sebagai tempat  penyimpanan  seluruh  data  kadar  sensor  SDS011, MQ7, dan MQ131 yang nantinya akan di akses oleh Website sebagai  monitoring.  Desain  database  yang  digunakan  dapat dilihat  pada  Gambar  5.  Proses  penyimpanan  data  dari perangkat  menggunakan  bahasa  pemograman  PHP.  Proses dimulai  dengan  server  me- request data  yang  di  post  dari Arduino IDE, jika berhasil Input data post berupa data kadar PM, CO, O3, dan waktu data diterima. Lalu koneksikan pada database,  Jika  koneksi  gagal  akan  terkirim  pesan  berupa error, dan Jika koneksi berhasil insert nilai kadar ke database dan  dikelompokkan  sesuai  field  yang  sudah  ditentukan. Diagram  alir penyimpanan  data  pada database  dapat  dilihat pada Gambar 6.

## C. Visualisasi Data
Visualisasi Data akan ditampilkan melalui website SAQM, dimana  data  yang  ditampilkan  adalah  data  yang  telah dikirimkan  oleh  perangkat  ke  database.  Terdapat  dua  fitur
utama  yang  tersedia  pada website ini,  yaitu  dashboard  dan history.
Pada  fitur dashboard pengguna  dapat  melihat  kadar PM2.5, PM10, CO, dan O3 secara real-time dan mengetahui status kadar udara tersebut melalui indikator warna pada box, sesuai parameter yang terdapat pada Tabel 1. Sedangkan pada fitur history pengguna  dapat  melihat  riwayat  kadar  kualitas udara dalam bentuk visualisasi grafik. Visualisasi data berupa website . Website dibangun  menggunakan  program  HTML, CSS,  PHP,  dan  JavaScript  dengan framework  codeigniter yang  digunakan  untuk  memprogram front-end serta back- end . Diagram alir website dapat dilihat pada Gambar 7.

## III. PENGUJIAN DAN ANALISA
A. Implementasi Desain
Desain  alat  yang  sudah  dirancang  sebelumnya  kemudian diimplementasikan dengan menggunakan Teknik 3D Printing hingga  dihasilkan Box Perangkat  seperti  pada  Gambar  8. Kemudian desain website diterapkan menggunakan Bootstrap 4.0 template yang  hasilnya  dapat  dilihat  pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Tabel 1. Parameter level kadar kualitas udara
Warna Kadar Status Hijau 0 – 50 Baik Biru 51 – 100 Sedang Kuning 101 – 199 Tidak Sehat Merah 200 – 299 Sangat Tidak Sehat
Hitam ≥300 Berbahaya Gambar 7. Diagram alir website. Gambar 8. Tampilan box.
Gambar 9. Tampilan dashboard.
Gambar 10. Tampilan pada history.

## B. Pengujian Validasi Alat
Pengujian untuk validasi dilakuan dengan membandingan hasil  pengambilan  nilai  kadar  pada  perangkat  yang  dibuat dengan Statsiun Pemantau Kualitas Udara (SPKU) Surabaya yang berlokasi di Tandes. Pengambilai data nilai kadar sensor di  lakukan  setiap  10  detik  selama  1  jam.  Lalu  data  di  rata- ratakan senhingga mendapkan 1 nilai Total selama satu jam.

## 1) Pengujian Awal
Pengujian  pertama  dilakukan  pada  tanggal  7  Juni  2021 selama  1  jam  (16.00  s.d.  17.00)  dengan  kondisi  perangkat belum  dipanaskan.  Pengambilan  data  dilakukan  setiap  10 detik,  sehingga  pengujian  ini  menghasilkan  360  data.  Saat melakukan pengambilan data kualitas udara, tingkat humidity Kota Surabaya adalah 61%. Untuk validasi, data kadar rata- rata  PM2.5,  PM10,  O3,  dan  CO  yang  didapatkan  dari  hasil pengujian kemudian dibandingkan dengan data yang tertera pada alat  ukur. kualitas udara milik pemerintah yang berada di  lokasi sama dalam waktu yang  sama, dengan hasil  dapat dilihat pada Gambar 11.
Dari perbandingan pada Gambar 11, tercatat selisih error rata-rata data PM2.5 sebesar 9,5μg/m3, error rata-rata PM10 sebesar  25,8μg/m3,  dan  error  rata-rata  O3  sebesar 18,8396ppm. Untuk CO tidak dapat dibandingkan karena alat ukur  kualitas  udara  milik  pemerintah  tidak  mengambil  data kadar CO.
Melalui  pengujian  pertama,  dapat  disimpulkan  bahwa perangkat  portable  pemantau  polusi  yang  dibuat  pada
penelitian ini memiliki error yang cukup besar, hal ini terjadi karena kondisi perangkat belum dipanaskan.

## 2) Pengujian Kedua
Pengujian  kedua  dilakukan  pada  tanggal  29  juni  2021 selama  3  jam  15  menit  (15.25  s.d.  18.40)  dengan  kondisi perangkat sudah dipanaskan selama 1 jam. Pengambilan data dilakukan  setiap  10  detik,  sehingga  pengujian  ini menghasilkan  360  data  setiap  jamnya.  Saat  melakukan pengambilan  data  kualitas  udara,  tingkat humidity Kota Surabaya  adalah  69%.  Hasil  validasi  data  rata-rata  kadar PM2.5, PM10, O3, dan CO yang didapatkan dari pengujian tertera pada Tabel 2 sampai dengan Tabel 5.
Adapun  data  pada  pukul  15.00  dan  18.00  tidak  ikut dimasukkan  karena  adanya  perbedaan  jumlah  data  yang diproses  oleh  sistem  akibat  durasi  pengujian  yang  tidak mencapai  interval  satu  jam  pada  waktu  tersebut,  sehingga data yang dihasilkan memiliki tingkat akurasi yang jauh lebih rendah.  Berikut  hasil  validasi  data  rata-rata  kadar  PM2.5, PM10, O3, dan CO yang didapatkan dari hasil pengujian pada Gambar 12.
Pada  Tabel  2  dapat  dilihat  bahwa  error  rata-rata  PM2.5 pada jam 16:00 adalah 11,56μg/m3 dan error rata-rata pada Pm2.5  pada  jam  17:00  adalah  6μg/m3.  Dapat  disimpulkan untuk error PM2.5 berkisaran 8,78μg/m3. Hasil representasi tabel diperlihatkan pada Gambar 13.
Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa error rata-rata PM10 pada jam  16:00  adalah  5,8μg/m3  dan  error  rata-rata  pada  Pm10 pada jam 17:00 adalah 14,9μg/m3. Dapat disimpulkan untuk
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Gambar 11. Hasil pengujian kadar (a) PM2.5 perangkat (b) PM2.5 perangkat pemerintah (c) PM10 perangkat (d) PM10 perangkat pemerintah (e) O3 perangkat (f) O3 perangkat pemerintah (g) CO perangkat.
error PM 10 berkisaran 10,35μg/m3.
Dapat dilihat pada Tabel 4 dan Gambar 14 data kadar O3 tidak  dapat  di  validasi,  karena  perangkat  pemerintah  tidak mendeteksi kadar O3 pada tanggal 29 juni 2021.
Pada Tabel 5 dan Gambar 15 dapat dilihat data kadar CO yang  di  dapat  saat  pengujian  tidak  bisa  di  validasi.  Ini dikarenakan  perangkat  pemerintah  tidak  mendeteksi  jenis kadar  Karbon  Monoksida  (CO).  Melalui  pengujian  kedua dapat  disimpulkan  bahwa  masih  terdapat  error  pada  sensor SDS011  dalam  mendeteksi  kadar  PM  sebesar  ±10μg/m3. Namun  kondisi  ini  dapat  diterima  karena  sensor  SDS011 memiliki relative  error maksimum  ±15%  dan  ±10μg/m3 dengan suhu 25 °C serta relative humidity (RH) 50%. Dengan
demikian,  perangkat  penelitian  yang  dikembangkan  dapat dikatakan sudah layak untuk diuji coba langsung di lapangan tanpa pembanding.

## C. Pengujian Ekspektasi Ketahanan Baterai
Pada pengujian ini dilakukan pengecekan besar arus yang
Gambar  13.  Perbandingan  kadar  PM10  perangkat  penelitian  dengan perangkat pemerintah.
Gambar 14. Hasil pengujian kadar O3.
Gambar 15. Hasil pengujian kadar CO.
Gambar 16. Hasil pengujian ketahanan baterai.
Gambar  12.  Perbandingan  kadar  PM2.5  perangkat  penelitian  dengan perangkat pemerintah. Tabel 2. Rata-rata hasil pengujian PM2.5
Jam
Perangkat yang Dibangun Perangkat pemerintah 16:00 21.44 33 17:00 27.60 33.6
Tabel 3.
Rata-rata hasil pengujian PM10 Jam Perangkat yang Dibangun  Perangkat pemerintah 16:00 34.40 28.6 17:00 44.10 29.2 Tabel 4. Rata-rata hasil pengujian O3 Jam Perangkat yang Dibangun  Perangkat pemerintah 16:00 10.08 - 17:00 12.89 - Tabel 5. Rata-Rata Hasil Pengujian CO Jam Perangkat yang Dibangun  Perangkat pemerintah 16:00 1.75 - 17:00 1.37 -
diambil  oleh  perangkat  yang  dibuat  dengan  menggunakan Avometer. Baterai yang digunakan pada perangkat memiliki kapasitas  sebesar  10.000  mAh.  Perangkat  memiliki  arus sebesar  0,39  Ampere  dan  tegangan  sebesar  5  Volt.  Untuk mendapatkan  besar  daya  yang  digunakan  oleh  perangkat dapat  menggunakan  persamaan  1,  untuk  mendapatkan estimasi waktu dapat menggunakan persamaan berikut:

## 𝑃 = 𝑉 × 𝐼
𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑠𝑖 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 = 𝐶 𝐼 𝑃 = Daya
𝐼 = Arus = 0,39A = 390mAh 𝑉 = Tegangan = 5V 𝐶 = Kapasitas Baterai = 10.000mAh
Dapat dilihat dari perhitungan tersebut daya yang didapat yaitu  sebesar  1,95watt  serta  ekspektasi  ketahanan  baterai pada  perangkat  jika  dinyalakan  terus  menerus  didapatkan yaitu selama lebih dari 25 jam.
Namun  ketika  dilakukan  pengujian  langsung  di  lapangan ketahanan  baterai  pada  perangkat  adalah  21  jam,  dengan melihat data kadar yang dikirim oleh perangkat pada grafik yang  ada di website .  Perbedaan  ini disebabkan oleh  adanya faktor  konversi  tegangan  yang  membuat  daya  dari  baterai terbuang  selama  proses  pengecasan.  Adapun  pengujian dilakukan  pada  tanggal  2  Agustus  2021  mulai  pukul  03.00 dan  berhenti  pada  pukul  23.00.  Sebagai  gambaran,  Hasil pengujian terhadap kadar PM10 selama 21 jam dapat dilihat pada Gambar 16.

## IV. KESIMPULAN
Berebrapa kesimpulan dari hasil penelitian diantaranya: (1) Sudah  diimplementasikan  perangkat  portabale  memantau polusi  menggunakan  sensor  PM,  CO,  dan  O3  berbasi  IoT, serta dapat mengukur kadar masing- masing parameter yang digunakan  secara  realtime.  (2)  Validasi  perangkat  sesuai dengan  hasil  pengujian  didapatkan  error  rata-rata  untuk PM2.5 adalah 8,78μg/m3, error rata-rata untuk PM10 adalah 10,35μg/m3, dan error rata-rata untuk O3 adalah 18,8396ppm jika  dibandingkan  dengan  perangkat  pemerintah  Surabaya. (3) Validasi ketahanan baterai jika perangkat dinyalan terus menerus  sesuai  hasil  pengujian  adalah  selama  21  jam.  (4) Visualisasi  data  pada  website  sudah  dapat  menampilkan kadar  serta  status  kualitas  udara  pada  lingkungan  tempat dimana  perangkat  dipasangkan  sesuai  dengan  parameter warna (hijau, biru, kuning, merah, dan hitam) yang telah di tentukan. Visualisasi  juga  sudah dapat  menampilkan  histori pengambilan  data  kadar  di  setiap  jamnya  dalam  bentuk grafik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  ITS,  “ITS  Smart  Eco  Campus,” Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember ,Surabaya,2011.  https://www.its.ac.id/smartecocampus/eco- campus/.
[2]  Universitas  Indonesia,  “Overall  Rankings  2020,” UI  Green  Metric , Depok,2020.https://greenmetric.ui.ac.id/rankings/overall-rankings- 2020.
[3]  Menteri  Negara  Lingkungan  Hidup,  “Peraturan  Menteri  Negara Lingkungan  Hidup  No.  12  Tahun  2010  Tentang  Pelaksanaan Pengendalian  Pencemaran  Udara  di  Daerah  Menteri  Negara Lingkungan Hidup.” Menteri Lingkungan Hidup, Jakarta, p. 199, 2010.
[4]  A.  Erou  and  F.  Fadhillah, Inventarisasi  dan  Status  Mutu  Udara Ambien ,  Revisi.  Jakarta:  Indonesian  Center  for  Environmental  Law,
2019.