## PURWARUPA SISTEM PEMANTAUAN KUALITAS UDARA DAN CUACA MELALUI WEB BERBASIS WIRELESS SENSOR NETWORK
Ahmad Sabiq 1 , Nurmaya 2 , Topan Alfarisi 3 , Yusran Ade Pratama 4
1,2,3,4 Teknik Informatika,Universitas YARSI Jakarta,Indonesia
e-mail: 1 ahmad.sabiq@yarsi.ac.id, 2 nurmaya@yarsi.ac.id, 3 topan.alfa@gmail.com,
4 yusran.ade@premiumfast.net

## Abstrak
Kebutuhan  informasi  kualitas  udara  menjadi  salah  satu  hal  yang  dibutuhkan  untuk keperluan  aktifitas,  khususnya  di  daerah  perkotaan  yang  memiliki  mobilitas tinggi.Pengukuran  kualitas  udara  yang dilakukan  pada  umumnya  hanya  dilakukan pada satu  titik  untuk  satu  kota.Dengan  menggunakan  teknoogi Wireless  Sensor  Network (WSN), pemantauan kondisi udara dancuacadi beberapa titik dalam suatu wilayah dapat dilakukan.  Pada  penelitian  ini,  dikembangkan  purwarupa  sistem  pemantauan  kualitas udara  dan  cuaca  berbasis WSN pada platform Arduino  pada  dan  Raspberry  Pi  yang dapat  diakses  melalui  web.  Setiap node terhubung  melalui  jaringan mesh berbasis ZigBee  menggunakan  modul  XBee  Series-2.  Dari  hasil  pengujian  didapatkan  sistem WSN  yang  dirancang  dapat  mengaukuisisi  data  udara  seperti  suhu,  kelembapan,  kadar CO  dan  CO 2 ,  dankondisihujan.  Data  yang  berhasil  diakusisi  kemudian  disimpan  ke dalam database pada server ,  sehingga  informasi  kualitas  udara  dan  cuaca  tersebut dapat  ditampilkan  di  laman  web  pada  perangkat  yang  terhubung  ke  server  melalui internet.
Katakunci: WSN, web, Kualitas Udara.

## Abstract
The  air  quality  information  becomes  one  of  the  needed  information  for doing activities especially  in the  urban area  that  has  a  high  mobility.  The quality weather measurement has done mostly at one point for one city. Using Wireless Sensor Network  (WSN),  the  monitoring  of  air  and  weather  condition  in  a  few  points  area could been done. This research aims to develop the web-based monitoring system of air and weather quality based on WSN on Arduino Platform and Raspberry pi.   Each node is connected to mesh based  on  ZigBee  using  the  Xbee  Series-2.  The  result  shows  the system can obtain the air data such as weather, humidity, CO and CO2 degree includes the light intensity and the rain condition. Then, The data is stored on the database server. Hence, the quality of air and weather information can be present on the web connected to the server via the the internet.
Keywords: WSN, web, Air Quality.

## PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia tidak  bisa  lepas  dari  udara,  udara  menjadi salah  satu  kebutuhan  utama  makhuk  hidup untuk mendapatkan oksigen melalui pernafasan.  Udara  merupakan  campuran gas  yang  terdapat  pada  permukaan  bumi, gas nitrogen 78,1 %, oksigen 20,93 %, dan karbondioksida 0,03%, sementara selebihnya berupa gas argon, neon, kripton, xenon dan helium. Udara juga mengandung
uap  air,  debu,  bakteri,  spora  dan  sisa tumbuh-tumbuhan (Candra B. 2006).
Daerah urban atau perkotaan merupakan  daerah  yang  memiliki  tingkat pencemaran  udara  lebih  tinggi  dari  daerah pedesaan,  masyarakat  perkotaan  sendiri memiliki  tingkat  mobilitas  yang  tinggi, sehingga  kebutuhan  akan  informasi  cuaca dan  udara  menjadi  suatu  hal  yang  dapat digunakan  untuk  keperluan  aktifitas  di daerah  perkotaan.Kementrian  Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK)
memilikisistempengukurankualitasudara  di beberapakota(Kementrian Lingkungan Hidup  dan  Kehutanan,  2016),  namun pengukuran  yang  dilakukan  oleh  KLHK hanya  pada  satu  titik  untuk  satu  kota, sehingga  hal  ini  tidak  bisa  menjadi  acuan kualitas  udara  untuk  seluruh  lokasi  yang ada.
Dalamsatu dekadeini,telahmulaidikembangkanteknologi bernama Wireless  Sensor  Network (WSN) atau  jaringan  sensor  nirkabel  seperti  yang ada pada gambar 1, padateknologiiniterdapatbeberapa sensor yang dapatmengirimkan data kesebuahtujuan yang
disebut sink secara multi-hop melaluijaringan ad-hoc(Rawat,  P.,  Singh,  K.  D.,  Chaouchi, H., & Bonnin,
J. M., 2014). Keuntungandaripenggunaan WSN adalahkebutuhan
peralatan yang
relatifmurah  namun  dapat  memberikan informasi  dari  lingkungan,  seperti  suhu, tekananudara  ataupunpencemaran  udara dengan konsumsi daya yang
rendah(Boubrima,  A.,  Bechkit,  W.,  Rivano, H.,  &  Ruas,  A.,  2016)  (Jaladi,  A.  R., Khithani,  K.,  Pawar, P.,  Malvi,  K., & Sahoo, G.,  2017).  Dengan  menggunakan  WSN, kondisi  dan  kualitas  udara  atau  tingkat polusi udara berupa kandungan gas karbon monoksida  (CO)  dan Liquid  Petroleum  Gas (LPG)  dapat  dibaca  menggunakan  sensor dan kemudian dikirimkan kepada sink untuk kemudian  diolah  menjadi  informasi  (Al- Haija, Q. A., Al-Qadeeb, H., & Al-Lwaimi, A., 2013).  Sebuah open-source  electronic platform ,  yaitu  perangkat  Arduino  dapat digunakan  dalam  merancang node sensor pada  WSN.  Data  yang  didapatkan  dari sensor  secara real  time dimasukkan  ke dalam  sebuah database  server yang  ada  di perangkat  Raspberry  Pi  melalui  jaringan. Perangkat  Raspberry  Pi  yang  digunakan berfungsi juga sebagai web server, sehingga  data  tersebut  dapat  diakses secara  real  time  melalui  laman  web (Boubrima,  A.,  Bechkit,  W.,  Rivano,  H.,  & Ruas,  A.,  2016)  (Sabiq,  A.,  Nurmaya, &Alfirisi T., Juli 2017).
Gambar 1.Sistem Wireless Sensor Network
Untuk  mentransmisikan  data  hasil pembacaan sensor dari sensor node ke sink node ,  koneksi  melalui  Bluetooth  dapat digunakan untuk mengimplemetasikan jaringan ad-hoc multi-hop pada sistem WSN (Kasar,  A.  R.,  Khemnar,  D.  S.,  & Tembhurnikar,  N.  P.,  2013).  Perangkat berbasis  ZigBee  seperti  XBee  juga  dapat digunakan untuk mengimplementasikan jaringan  ad-hoc  multi-hop  pada  WSN (Kulkarni,  D.,  Shaikh,  S.,  Shirsath,  A., &Kadam,  T.,  2015).  ZigBee  merupakan jaringan mesh nirkabel  yang bertenaga dan berdaya  rendah.  Protokol  ZigBee  dibangun
di atas standard IEEE 802.15.4 (ZigbeeAlliance,2017)(IEEE, 2017).
Perangkat  dengan  protokol  ZigBee  yang berstandard  802.15.4  saat  ini  tersedia  di pasaran  yang  digunakan  untuk  membuat purwarupa  sistem  nirkabel,  seperti  seri modul  XBee  dari  Digi  yang  menerapkan standard  IEEE  802.15.4  dan  protokol jaringan ZigBee (Digi, 2017).
Pada  penelitian  ini  dikembangkan sebuah  purwarupa  sistem  untuk  memantau kualitas  udara  berbasis  Wireless  Sensor Network  (WSN)  menggunakan  Arduino  dan Raspberry  Pi melalui  jaringan ZigBee,  yang
dapat  diakses  melalui  jaringan  internet. Sehingga  data  kondisi  kualitas  udara, seperti  suhu,  kelembapan,  kadar  CO  dan CO2,  serta  kondisi  hujan  atau  tidaknya  di lingkungan  tersebut  dapat  tersimpan  dan dapat  dipantau  dari  halaman  web  melalui perangkat-perangkat  yang  terhubung  ke server melalui jaringan internet.

## METODE Rancangan Sistem
Pada  penelitian  ini  dirancang  sistem pemantauan  yang  terdiri  dari  beberapa
perangkat sensor node yang dapat mengirimkan  pesan  berupa  data  yang dibaca  dari  sensor  yang  terpasang  melalui jaringan  nirkabel  berbasis  ZigBee  ke node pusat  atau sink .  Setiap  perangkat sensor node harus  dapat  meneruskan  paket  data dari  perangkat  lain  ke sink .  Data  yang diterima  oleh sink kemudian  dikirim  ke dalam database pada server .  Pada server data  diolah  untuk  menjadi  informasi  yang dapat  ditampilkan  dan  dapat  diakses  dari laman  web  melalui  jaringan  internet  yang diilustrasikan pada gambar 2..
Gambar 2.Desain Rancangan Sistem
Perancangan Sensor Node Sensor node pada sistem ini dirancang  untuk  dapat  membaca  data suhu, kelembapan, kualitas udara, gas CO, intensitas  cahaya  dan  kondisi  hujan  atau tidak.  Pada  rancangan sensor  node yang ditunjukan  pada  gambar  3  digunakan perangkat  Mikrokontroller  Arduino,  sensor DHT22 (Suhu & Kelembapan), sensor MQ- 135(Udara), MQ-7(Gas CO), sensor raindrop (hujan/air),  serta  modul  Xbee
sebagai pengirim data secara nirkabel.
Pada perangkat mikrokontroller Arduino  dirancang  sebuah  program  yang berjalan  seperti  pada  diagram  alir  yang ditunjukan  pada  gambar  4.  Besaran  fisis akan  dibaca  oleh  sensor-sensor  yang dipasang  pada sensor  node .  Setelah  data dari  semua  sensor  didapatkan,  data tersebut  dikirimkan  ke sink  node melalui jaringan ZigBee menggunakan modul XBee yang terpasang.
Gambar3.Desain Rancangan Sistem
Gambar 4.Desain Rancangan Sistem
Perancangan Sink Node Pada sink  node digunakan  sebuah perangkat  komputer  berupa single  board Raspberry  Pi  3  Model  B  untuk  menerima data  yang  dikirim  dari sensor  node . Raspberry Pi 3 Model B memiliki spesifikasi CPU  tipe  ARMv8  dengan  kecepatan 1.2GHz  64-bit  quad-core  dan  memori LPDDR2  SDRAM  1GB.  Untuk  dapat menerima  data  yang  dikirim  dari sensor node melalui  jaringan  ZigBee,  ditambahkan modul  Xbee  Series-2  yang dihubungkan ke Raspberry Pi melalui pin GPIO seperti yang ditunjukan pada gambar 5.
Pada  diagram  fungsional  yang  ada pada  gambar  6, sink  node yang  dirancang terdiri  dari  aplikasi  gateway  yang  ada  pada Raspberry  Pi  yang  terhubung  dengan modul XBee dan perangkat Wifi. Data yang diterima  oleh  modul  XBee  dibaca  oleh aplikasi gateway yang dibangun mengunakan  Procesing  di  atas  sistem operasi Ubuntu Mate, serta library BezierSQL  untuk  mengkoneksikan  dan meneruskan data dari ke database server melalui koneksi internet.
Gambar 5.Desain rancangan sink node
Gambar 6.Diagram fungsional sink node
Aplikasi  gateway  yang  dibuat  pada sink  node dirancang  dengan  alur  seperti pada  gambar  7.  Setelah  melakukan inisialisasi  awal,  dilakukan  pengecekan secara  berulang  apakah  ada  data  yang diterima dari modul XBee, jika data diterima dilakan pembacaan node pengirim dari data tersebut.  Setelah  diketahui node pengirim, data
dipisahkan antara data
nomorataunama node ,  lokasi node ,  suhu, kelembapan, CO, MPdankondisihujan. Setelah  data  dari  semua  sensor  di  setiap node dipisahkan, berikutnya data dikirimke database  server untukdisimpan  ke dalam tabel database .
Gambar 7.Diagramalir aplikasi gateway pada sink node .

## Perancangan Server
Pada Server digunakan  mesin server virtual  yang  yang  digunakan database server dan web server dengan spesifikasi :
• Processor  1  CPU  core  (Dual  Intel Xeon hypervisors)
•  RAM 1024MB
•  SSD 25 GB
•  Sistem Operasi Centos 7.
Kernel  yang  digunakan  pada  sistem operasi  Centos  7  adalah  seri  3.10.0- 327.el7.x86_64. Untuk
menyimpan database yang  dikirim  dari sink digunakan database engine
Mariadb-server,
sedangkan  pada web  server digunakan NginX.

## HASILDANPEMBAHASAN
Sensor  node yang  telah  dirancang diimplementasikan  seperti  pada  gambar 8.Modul Arduino UNO dihubungkan dengan sensor DHT22 untuk membaca nilai suhu & kelembapan, sensor MQ-135 untuk membaca nilai kualitas udara, sensor MQ-7 untuk  membaca  kadar  gas  CO  di  udara, sensor  hujan  untuk  mendeteksi  adanya tetesan air hujan, serta modul Xbee Series- 2  untuk  menghubungkan sensor  node ke jaringan.Digunakan  Arduino  IDE  untuk membuat  program  pada sensor  node sesuai dengan  diagram  alir  pada  gambar  4  yang ditanam  pada  Arduino  UNO.  Sumber tegangan  dari sensor  node menggunakan Aki 12V yang telah disesuaikan keluarannya  dengan  rangkaian  regulator tegangan.  Sedangkan sink  node untuk menerima data dari sensornode diimplementasikan dengan perangkat Raspberry  Pi  yang  dihubungkan  dengan modul  XBee  Series-2,  serta  dibuatkan aplikasi gateway yang  dapat  menerima data  dari sensornode yang  dikirim  ke sink node melalui  perangkat  XBee,  data  yang dibaca  tersebut  kemudian  disimpan  dalam
database menggunakan  Processing  sesuai dengan alur pada gambar 7.
Purwarupa sistem diuji dengan memasang sink  node dan sensor  node di sekitar  kampus  Universitas  YARSI  Jakarta Pusat.  Gambar  9  menunjukan  sebaran  3 buah sensor  node di  tempat-tempat  yang banyak  dilewati  para  pejalan  kaki  dan pengendara  serta  dapat  menjangkau sink node baik secara langsung maupun melalui sensor node lainnya secara multi-hop. Jarak sensor  node terdekat  dengan sink  node adalah  30m, node tersebut berguna  juga  untuk  meneruskan  data  dari sensor  node yang  jaraknya  jauh  dan  tidak terjangkau  dari sink  node .  Jarak  antara sensor node 1 dengan sink adalah 44 meter, jarak  antara node 2  dengan node 3  serta antara node 3  dengan sink  node adalah  30 meter. Jarak maksimal yang dapat dijangkau  untuk  berkomunikasi  dengan node terdekatnya  adalah  45  meter.  Setiap sensornode diatur  untuk  mengirimkan  data lokasi,nama jalan, longtitude, suhu, kelembapan,  cahaya,  gas  CO,  gas  CO2, hujan dengan  rentang  waktu  pengiriman 30 detik.
Gambar 8. sensornode dan sink node

## Gambar 9.Sebaran wireless sensor network
Data  hasil  pembacaan  sensor  dari sensornode pada  hasil  pengujian  dapat tersimpan  pada database dan  dapat ditampilkan  melalui  aplikasi  web  seperti yang ditunjukan pada gambar 10. Informasi kualitas  udara  dan  cuaca  tersebut  dapat diakses  melalui  perangkat  yang  terhubung melalui jaringan internet. Pada aplikasi web tersebut dapat ditampilkan data terbaru dari suhu,  kelembapan,  kadar  CO,  CO2  serta kondisi  hujan  yang  didapatkan  dari sensor node dalam bentuk tabel. Data dari masing-
masing node juga  dapat  ditampilkan  dalam bentuk grafik seperti pada gambar 11 yang dapat  memberikan  salah  satu  informasi perubahan  suhu,  kelembapan,  kadar  CO, CO2  atau  kondisi  hujan  selama  beberapa jam  terakhir  dalam  satu  titik  yang  mewakili satu sensornode .
Dengan
memanfaatkan
GIS ( geographic  information  system )  Api  dari Google,lokasi sensornode juga dapat diketahui  melalui  peta  yang  ditampilkan pada laman web seperti pada gambar 12.
Gambar 10.Tampilan antarmuka halaman web.
Gambar 11.Tampilan data suhu pada laman web dalam bentuk grafik
Gambar 12.Tampilan detail lokasi sensornode pada laman web.
Gambar 13. Grafik perbandingan waktu pengiriman data ketiga sensornode .
Dari  hasil  pengukuran  jeda  waktu diterimanya data hasil pengiriman, didapatkan  grafik  perbandingan  jeda  waktu diterimanya  data  di sink  node dari  setiap sensor  node pada  gambar  13  yang dihasilkan selama pengujian yang berlangsung selama 10 menit.
Setiap sensor  node yang  dipasang, diprogram  untuk  mengirimkan  data  sensor setiap  3  detik  ke sink  node .  Pada  node  1 yang  terhubung  langsung  ke sink  node dengan  jarak  44  meter,  didapatkandelay
penerimaan  data  pada sink  node maksimal 2  detik.  Sedangkan  pada node 3  yang terhubung  langsung  ke sink  node dengan jarak 30 meter serta node 2 yang terhubung melalui node 3 mempunyai delay penerimaan  data  pada sink  node maksimal 1 detik.
Semua  data  sensor  yang  dikirimkan ke sink  node secara  keseluruhan  dapat diteruskan dan direkam pada tabel database yang  ada  di server serta  dapat ditampilkan  pada  laman  web  melalui
koneksi  internet  baik  dalam  format  tabel maupun  grafik  secara realtime .  Purwarupa yang  telah  dihasilkan  dari  penelitian  ini diharapkan  dapat  dikembangkan  lebih lanjut menjadi sistem yang dapat digunakan oleh  masyarakat  urban  perkotaan  untuk memantau kualitas udara dan kondisi cuaca di  beberapa  tempat  secara  realtime, khususnya  pada  tempat-tempat  yang  akan dikunjungi melalui perangkat-perangkat yang dapat terhubung dengan internet.

## SIMPULAN
Purwarupa sistem pemantauan kualitas  udara  dan  cuaca  berbasis  WSN telah  dikembangkan  menggunakan  Arduino pada sensor  node dan  Raspberry  Pi  pada sink  node . Sensornode yang  dibangun  di atas  platform  Arduino  berhasil  menangkap data suhu, kelembapan, kadar CO dan CO2 serta  kondisi  hujan.  Data  dari  masing- masing sensor  node dikirimkan  ke sink node melalui  jaringan  berbasis  ZigBee menggunakan  modul  XBee  Series-2.  Data yang  dikumpulkan  oleh sink dari  sensor diteruskan  kedalam database  server yang ada pada server dan diolah menjadi  sebuah informasi  yang  dapat  ditampilkan  di  laman web  pada  perangkat  yang  terhubung  ke server melalui internet.

## DAFTAR PUSTAKA
Al-Haija, Q. A., Al-Qadeeb, H., & Al-Lwaimi, A.  (2013).  Case  Study:  Monitoring  of AIR  quality  in  King  Faisal  University using  a  microcontroller  and  WSN. Procedia  Computer  Science,  21,  517- 521.
Boubrima,  A.,  Bechkit,  W.,  Rivano,  H.,  &
Ruas,  A.  (2016,  May).  Wireless
Sensor  Networks  Deployment  for  Air Pollution Monitoring. In TAP 2016-21st International Transport and Air Pollution Conference. Chandra, B. 2006.PengantarKesehatanLingkungan
.  Jakarta:  PenerbitBukuKedokteran
EGC.
Digi, 2017. Digi XBee/RF Solution, 802.15.4, https://www.digi.com/products/xbee-rf- solutions.
IEEE,  2017.  802.15  WPAN  Task  Group  4 (TG4), http://www.ieee802.org/15/pub/TG4.ht ml Jaladi, A. R., Khithani, K., Pawar, P., Malvi, K., & Sahoo, G. (2017). Environmental Monitoring  Using  Wireless  Sensor Networks  (WSN)  based  on  IOT. International  Research  Journal  of Engineering  Technology  (IRJET) ,  vol. 04, no. 1,  pp. 1371-1378.
Kasar, A.  R., Khemnar,  D. S., & Tembhurnikar,  N.  P.  (2013).  WSN based air  pollution  monitoring  system. International  Journal  of  Science  and Engineering Applications , 2(4), 55-59.
Kementrian
Lingkungan Hidup dan Kehutanan.  2016.  Indeks  Standard Pencemaran  Udara  (ISPU)  Propinsi DKI Jakarta. http://iku.menlhk.go.id/index/index/kab kota/3173/prop/31/id/ID-JK. Diskses tanggal 25 April 2016.
Kulkarni,  D.,  Shaikh,  S.,  Shirsath,  A.,
&Kadam,  T.,  (2015)  "Traffic  and Weather  Monitoring  System  Using Wireless Sensor Networks", International  Journal  of  Advanced Research in Computer and Communication  Engineering ,  vol.  4, no. 3, pp. 631-634.
Rawat,  P.,  Singh,  K.  D.,  Chaouchi,  H.,  &
Bonnin,  J.  M.  (2014). Wireless sensor networks: a survey on recent developments and potential synergies. The Journal of supercomputing , 68(1),
1-48.
Sabiq,  A.,  Nurmaya,  &Alfirisi  T.,  (Juli
2017).Sistem Wireless Sensor Network  Berbasis  Arduino  Uno  dan Raspberry Pi untukPemantauanKualitasUdara di CempakaPutihTimur, Jakarta Pusat.pada The 9 th National Conference on Information Technology and Electrical Engineering. pp. 301-305. ZigBee  Alliance,  2017.  Zigbee:  The  Open, Global Wireless Standard for Connecting Everyday Devices. http://www.zigbee.org/zigbee-for- developers/.