## Sistem Monitoring Polusi Udara Mengggunakan Sensor Nitrogen Carbon Berbasis Internet of Thing
Ferry Fachrizal 1* , Julham 1 , Antoni 2
1 Jurusan Teknik Komputer dan Informatika, Politeknik Negeri Medan, Medan, Indonesia
2 Fakultas Teknik, Teknik Informatika, UISU, Medan Indonesia Email: 1 ferryfachrizal@polmed.ac.id, 2 julham@polmed.ac.id, 3 antmunthe@gmail.com Email Penulis Korespondensi: dennyrian76@gmail.com Submitted: 26/09/2022 ; Accepted: 30/09/2022 ; Published: 30/09/2022
Abstrak –Perkembangan teknologi di bidang Embedded System dan Internet Of Thing, dapat diimplementasikan pada suatu sistem  yang  mampu  memantau  pencemaran  udara,  dimana  sistem  tersebut  mampu  mentransmisikan  data  secara  real  time menggunakan sensor yang terletak pada jarak dekat maupun jauh. Untuk mengirimkan data dari berbagai perangkat sensor yang  berada  dalam  jarak  jauh,  penggunaan teknologi  LoRA  menjadi  solusi  pengiriman  data  antara  client  dengan  gateway, teknologi komunikasi LoRA dapat diimplementasikan ke dalam sistem monitoring polusi udara dimana sensor ditempatkan jauh dari gateway dan server cloud. Prototipe alat pendeteksi polusi udara ini menggunakan mikrokontroler Arduino Uno dan sensor Nitrogen Carbon yang dapat mendeteksi CO, NO2 dan NH3 yang terhubung dengan LoRA Shield dengan platform IoT sebagai sistem monitoring dan notifikasi. Hasil pengukuran ketiga sensor pada penelitian ini ditampilkan pada Smart Phone sebagai notifikasi. Dari penelitian didapat hasil kandungan NH3 1.88ppm, CO 17.76 ppm dan NO2 0,12ppm. Berdasarkan Index Polutan Udara, hasil kualitas udara didaerah ini tidak baik.
Keywords: IoT; Pencemaran Udara; LoRA; Arduino; Nitrogen carbon.
Abstract– Technological  developments in the  field of Embedded  Systems  and  Internet  Of Thing,  can  be implemented in  a system capable of monitoring air pollution, where the system is capable of transmitting data in real time using sensors located at near or far distances. To transmit data from various sensor devices that are located remotely, the use of LoRA technology is a solution for sending data between the client and the gateway, LoRA communication technology can be implemented into an air pollution monitoring system where the sensors are placed far from the gateway and cloud server. The prototype of this air pollution detector uses  an Arduino Uno  microcontroller  and  a  Nitrogen  Carbon sensor that  can detect  CO,  NO2  and  NH3 connected to LoRA Shield with the IoT platform as a monitoring and notification system. The measurement results of the three sensors in this study are displayed on the Smart Phone as a notification. From the research, it was found that the content of NH3 was 1.88ppm, CO was 17.76 ppm and NO2 was 0.12ppm. Based on the Air Pollutant Index, the results of the air quality in this area are not good.
Keywords: IoT; Air Pollution; LoRA; Arduino; Nitrogen Carbon.

## 1. PENDAHULUAN
Pencemaran udara adalah suatu keadaan munculnya zat asing di udara yang mengakibatkan perubahan komposisi udara dari keadaan normalnya. Munculnya zat asing di udara dalam jumlah tertentu dan dalam waktu yang lama, pada akhirnya akan mengganggu kehidupan manusia, hewan dan tumbuhan. Jika kondisi tersebut  terjadi, maka dapat dikatakan udara telah tercemar atau telah terjadi pencemaran udara [1]. Pencemaran udara dapat terjadi di kota-kota besar yang disebabkan oleh banyaknya kegiatan industri. Selain kegiatan industri, faktor lain penyebab pencemaran  udara  adalah  padatnya  lalu  lintas  di perkotaan.  Zat  atau  pencemar  udara  yang  paling berpengaruh terhadap pencemaran udara adalah CO, NOx, dan partikulat [2]. Perkembangan teknologi embedded dan IoT dapat diimplementasikan untuk  sistem monitoring. Sistem monitoring adalah sistem yang dibangun untuk melakukan suatu proses dengan tujuan untuk mengetahui atau mendapatkan informasi tentang situasi atau kondisi tertentu, sehingga  dapat  membantu  tugas-tugas  manusia  dalam  melakukan  monitoring.  Sistem  pemantauan  pencemaran udara merupakan salah satu sistem pemantauan yang dapat diterapkan. Untuk mendeteksi polusi udara di suatu area atau lokasi  tertentu, pengguna  tidak perlu datang dan menunggu untuk mendapatkan informasi  kandungan udara di area yang ingin dipantau..
Dengan  mengintegrasikan  embedded  system  dan  IoT,  sistem  yang  digunakan  untuk  mendeteksi  polusi udara dapat mengirimkan data secara real time. Sensor yang digunakan adalah sensor Nitrogen Karbon. Sensor ini sekaligus  dapat  mendeteksi  kandungan  gas  CO,  NO2  dan  NH3.  Keluaran  sensor  nitrogen  tersebut  merupakan masukan ke Arduino UNO yang digunakan sebagai sistem mikrokontroler. Arduino UNO sebagai mikrokontroler yang  mengolah  data  yang  diperoleh  dari  sensor  akan  mengirimkan  data  melalui  LoRA  Shield  secara  nirkabel, sehingga  dapat  dilakukan  pemantauan  jarak  jauh.  Data  dari  perisai  LoRA  akan  diterima  oleh  gateway  LoRA. Sebuah antarmuka pengguna grafis (GUI) berbasis JAVA dibuat dan digunakan sebagai media untuk menerima data dan memonitor perangkat PC atau laptop. Jarak antara LoRA Shield dan Gateway bisa sangat jauh sehingga sensor  dapat  ditempatkan  di  tempat  yang  sesuai  untuk  memantau  kondisi  udara.  Penelitian  sebelumnya, pemantauan pencemaran udara berbasis IoT hanya dilakukan di dalam ruangan dan hasil pemantauannya hanya untuk satu sampel data [3]. Penelitian lain untuk sistem pemantauan adalah dalam referensi [4], yang melakukan penelitian berbasis sensor secara real time menggunakan komunikasi telemetri. Sebuah sistem pemantauan yang menggunakan komunikasi LoRA telah dipelajari dalam referensi [5], menggunakan banyak sensor dan sistem yang
dapat memberikan informasi di web. Pada model sistem pemantauan ini dirancang sistem pemantauan pencemaran udara  berbasis  web  dan  aplikasi  mobile  yang  akan  menampilkan  nilai  ISPU  dan  tingkat  pencemaran  udara berdasarkan skala Indeks Standar Pencemaran Udara (APSI). Sistem ini juga dirancang menggunakan komunikasi LoRa dengan pertimbangan untuk pemantauan area yang luas [6] dan dirancang untuk Internet of Things(IoT)[7]

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  mengacu  pada  model  prototipe  .  Penelitian  ini  dimulai  dengan  proses    penentuan  tujuan  dan perencanaan cepat (quick plan) untuk mengidentifikasi kebutuhan dan pemodelan (modeling quick design) dari sistem  yang  dirancang.  Tahap  berikutnya  adalah  konstruksi  prototipe  (construction  of  prototype)  yang  terkait dengan perakitan perangkat keras dan pemrograman. Setelah perangkat keras dan program selesai dibuat, maka tahap berikutnya adalah evaluasi system. Variabel yang diamati adalah level kualitas udara dengan parameter zat- zat seperti Ammonia (NH3), Nitrogen Oxcide (NO2), dan Carbon Dioxcide (CO2) yang terkandung dalam udara di dalam ruangan. Sedangkan teknik pengumpulan data dilakukan dengan melakukan studi literatur, eksperimen, pengujian  fungsionalitas  alat,  pengujian  pengukuran  nilai  kualitas  udara  dan  menyimpulkan  hasil  secara keseluruhan.

## 2.1 Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari dua tahapan perancangan:
A. Perancangan Hardware
Model  sistem  monitoring  ini  tidak  lepas  dari  arsitektur  perancangan  perangkat  keras,  perangkat  keras dirancang sebagai berikut:

## Gambar 1. Blok Diagram Sistem
1. Modul Nitrogen Carbon
Data yang bersumber dari udara akan diambil oleh modul sensor nitrogen carbon, dan setelah itu data akan dikirimkan  ke  Arduino  Modul.  Modul  sensor  yang  digunakan  adalah  MiCS  6814  yang  merupakan  sebuah modul MOS sensor yang terintegrasi dengan tiga sensing sistem independent yang dikemas didalam satu paket [8]
2. Arduino Node
Modul Arduino akan menjadi pusat kendali dari sistem. Arduino yang digunakan ATMega 328.
3. LoRA Shield
Modul  LoRA  digunakan  untuk  komunikasi  dikarenakan  jarak  antara  sensor  dan  pengolahan  data  yang berjauhan. LoRA shield akan mengirimkan data dari sensor ke LoRA gateway.
4. LoRA Gateway
LoRA gateway memiliki fungsi untuk mengirimkan data notifikasi melalui jaringan internet untuk kemudian dikirim ke Aplikasi Blink.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Metode  pengujian  alat  merupakan  salah  satu  faktor  keberhasilan  penelitian  ini.  Maka  akan  dilakukan  metode pengujian alat yaitu, dengan melakukan pengujian jarak, dan  pengiriman data dengan interval tertentu.  Metode pengolahan/analisa  hasil  pengujian  alat  adalah  melakukan  perhitungan  rata-rata  dengan  pengambilan  data sebanyak sepuluh kali di waktu pagi hari, siang hari dan sore hari untuk menampilkan perbandingan dari ketiga waktu tersebut.

## 3.1 Pengujian Sistem
Pengujian sistem meliputi uji fungsi dari setiap komponen yang ada pada sistem. Hasil pengujian fungsi dari sistem dapat dilihat pada Tabel 1. Pengujian dilakukan dengan memberikan asap di sekitar area modul sensor.  Dalam pengujian  ini,  contoh  gas  yang  digunakan  yaitu  cairan  Alkohol  yang  dituangkan  pada  permukaan  kain  yang menghasilkan gas alkohol, dan didekatkan pada area sensor. Sensor mendeteksi konsentrasi gas dan program pada Arduino Uno, mencocokkan dengan level kualitas udara yang telah diatur pada program sesuai dengan nilai yang terbaca oleh sensor.
Nitrogen Carbon Modul Arduino Node LoRA Shield LoRA Gateway Blinks Apps
Tabel 1. Hasil Pengujian Sistem
Komponen Kondisi Proses Uji Fungsi Hasil Sensor Kualitas Udara MICS 6814 Detektor aktif dan sensor dalam kondisi stand by Cairan alcohol diberikan , mendekatkan asap di sekitar sensor MICS6814 Peningkatan alcohol dan CO2 terdeteksi oleh modul sensor MICS 6814 Arduino Uno Mikrokontroler Arduino Uno terhubung dengan Modul MICS 6814, detector aktif Input analog dari Modul Sensor diproses oleh Arduino Uno dan menghasilkan input analog yang dikirmkn ke Arduino Uno Modul Arduino Uno menerima input siyal dari sensor dan memproses sinyal tersebut Blynk Terinstaal pada Smartphone Melakukan pengujian jika nilai yang dikirim dari Modul sensor dapat diteuskan ke Blynk Blynk dapat menerima pesan notifikasi mengenai kualitas udara

## 3.2 Implementasi
Implementasi  Sistem  dimulai  dari  modul  pengirim  data  hasil  dari  modul  sensor.  Rangkaian  pengirim  data merupakan  rangkaian  yang  dirancang  dan  dibuat  dengan  tujuan  dapat  menerima  data  dari  modul  sensor  yang berfungsi mendeteksi kandungan gas dan hasil deteksi dikirim ke rangkaian penerima. Rangkaian pengirim data terdiri dari beberpa bagian, yaitu:

## a. Rangkaian Power Supplay Ke Modul step down LM2596
Sistem ini menggunakan power supplay 12 V namun karena arus yang diambil terlalu besar maka digunakan modul step down LM2596 yang berfungsi sebagai pemecah arus (regulator arus dari 12 V-5 V) 1. pin vcc power supplay terhubungan dengan  in positif step down
2. pin gnd pada power supplay terhubung dengan in negative step down LM2596
b. Rangkaian Step Down ke arduino
1. Pin  out positif pada step down terhubung dengan pin 5 Volt pada arduino
2. Pin out negative pada step down terhubung dengan pin ground arduino
c. Rangkaian Sensor MICS6814 Ke Arduino
1. Pin NO2 pada sensor MICS6814 terhubung dengan pin C2 pada ardduino
2. Pin NH3 pada sensor MICS6814 terhubung dengan pin C0 pada ardduino
3. Pin CO pada sensor MICS6814 terhubung dengan pin C1 pada ardduino
d. Rangkaian Lora Shield Ke Arduino
1. Pin CS pada Lora Shield terhubung dengan pin B2 pada Arduino
2. Pin CLK pada Lora Shield terhubung dengan pin B5 pada Arduino
3. Pin DO pada Lora Shield terhubung dengan pin B4 pada Arduino
4. Pin DI pada Lora Shield terhubung dengan pin B3 pada Arduino
5. Pin RST pada Lora Shield terhubung dengan pin B1 pada Arduino
6. Pin RST pada Lora Shield terhubung dengan pin B1 pada Arduino
7. Pin DIO0  pada Lora Shield terhubung dengan pin D2 pada Arduino
8. Pin DIO1  pada Lora Shield terhubung dengan pin D6 pada Arduino
9. Pin DIO2  pada Lora Shield terhubung dengan pin D7 pada Arduino
10. Pin DIO5  pada Lora Shield terhubung dengan pin B0 pada Arduino
e. Rangkaian Arduino ke LCD
1. Pin C4 pada Arduino terhubung pada pin SDA pada LCD
2. Pin C5 pada Arduino terhubung pada pin SCL pada LC
Rangkaian pengirim data dapat dilihat pada gambar 2 berikut:
Rangkaian penerima data atau receiver bertujuan untuk melakukan uji penerimaan data yang dikirim oleh rangkaian sensor dan LoRA Shield. Perancangan receiver yang terdiri dari  komponen power supply yang berperan sebagai sumber daya, generator sebagai stabilizer tegangan dan arduino uno untuk mendeteksi lingkungan input dan  juga  Lora  Shield  sebagai  penerima  data  hasi  keluaran  monitoring  kualitas  udara  ke  rangkaian  receiver. Rangkaian receiver dapat dilihat pada gambar 3.

## Gambar 3. Rangkaian Penerima Data
Perancangan  sistem  pamantau  Polusi  Udara,  dirancang  untuk  dapat  mengirimkan  data  dari  rangkaian pengirim data untuk dapat diterima rangkaian receiver. Rangkaian pengirim data  memiliki komponen yang hampir sama seperti receiver tetapi pengirim berfungsi untuk menerima persentase gas CO,NO2,NH3 yang dideteksi oleh sensor MICS6814 yang akan diterima oleh ESP32 dan hasil tersebut di kirim ke LCD untuk mengetahui hasilnya. Kemudian  juga  di  kirim  ke  android  melalui  aplikasi  blink  dengan  memakai  modul  wifi  ESP32.    Sistem  dapat menampilkan hasil pengukuran kandungan gas di udara melalui sebuah aplikasi yang dapat dijalankan di Sistem Operasi  Android.  Aplikasi  yang  digunakan  adalah  Blink  yang  berfungsi  untuk  dapat  menerima  data  sebagai notifikasi  pada  sebuah  Smart  Phone  yang  berbasis  Sistem  Operasi  Android.  Pada  gambar  4  hasil  pengukuran kandungan gas di udara, NH3, CO dan NO2 ditampilkan pada sistem operasi Android di sebuah Smart Phone.

## Gambar 4. Notifikasi Hasil Pengukuran Kandungan Udara
Pada  4  dapat  dilihat    hasil  persentase  berapa  kandungan  gas  menggunakan  satuan  ppm.  Kandungan  gas yang di deteksi meliputi gas CO,NO2, dan NH3. Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat  bahwa NH3 1.88 ppm, CO  17,7ppm,  dan  NO2  0.12ppm.  Berdasakan  panduin  Index  Polutan  Udara  bahwa  hasil  Monitoring  Kualitas Udara di daerah ini  Tidak Baik. Kategori kondisi udara dapat dilihat menggunakan Index Polutan Udara.

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang dapat ditarik kesimpulan Penggunaan Modul sensor MICS 6814 yang terdiri dari sensor NH3, CO, dan NO2 dapat digunakan untuk mendeteksi  terjadinya polusi  pada udara dengan memperhitungkan kandungan  NH3,  CO  dan  NO2  dan  membandingkan  nilai  hasil  sensor  dengan  index  polutan  udara.  Untuk mengirim data dari modul sensor dengan jarak lebih kurang 200 meter dapat digunakan sistem komunikasi LoRA yang terdiri dari LoRA Shield dan LoRA gateway, untuk jarak tersebut  data masih  dapat  diterima dengan baik pada modul penerima.

## REFERENCES
[1] Kementrian Lingkungan Hidup, “indeks pencemar udara,” 2020.
[2] P. Nurhasmawaty, “PENCEMARAN UDARA DAN HUJAN ASAM,” USU Digital Lybrari, 2002.
[3] J.  M.  S.  Waworundeng  and  W.  H.  Limbong,  “AirQMon:  Indoor  Air  Quality  Monitoring  System  Based  on Microcontroller, Android and IoT,” Cogito Smart Journal |, vol. 6, no. 2, 2020.
[4] M. Yusvin Muktar and Wiyagi Okta Rama, “Implementasi Sistem Monitoring Deteksi Hujan dan Suhu Berbasis Sensor Secara Real Time (Implementation of Rain Detection and Temperature Monitoring System Based on Real Time Sensor),” 2017. [Online]. Available: https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoard
[5] M. I. Munabbih, E. D. Widianto, Y. E. Windarto, and E. Y. Indrasto, “RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAU KUALITAS UDARA MENGGUNAKAN ARDUINO DAN LORA BERBASIS JARINGAN SENSOR NIRKABEL,” Transmisi, vol. 22, no. 1, pp. 6–14, Mar. 2020, doi: 10.14710/transmisi.22.1.6-14.
[6] S.  Chakrabarti  et  al.,  2017  8th  IEEE  Annual  Information  Technology,  Electronics  and  Mobile  Communication Conference (IEMCON) : 3rd-5th October, 2017, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada. 2017.
[7] M. C. G. E. O. R. E. L. Jr. 3, L. S. P. and M. C. de A. Luis F. Ugarte1, LoRa Communication as a Solution for Real-Time Monitoring of IoT Devices at UNICAMP. 2019.
[8] SGR Sensortech, “The MiCS-6814 is a compact MOS sensor with three fully independent sensing elements on one package.”
[9] Suhu Ideal Tanaman Stroberi Berbasis Internet of Things (IoT),” J. Ilm. Sains dan Teknol., vol. 5, no. 1, pp. 48–60, 2020, doi: 10.47080/saintek.v5i1.1198.
[10] A.  Janeananto  Sanjaya,  Y.  Agus  Pranoto,  and  F.  Santi  Wahyuni,  “Penerapan  Iot  (Internet  of  Thing)  Untuk  Sistem Monitoring Jemaah Masjid Sesuai Protokol Kesehatan Terhadap Virus Covid-19 Berbasis Arduino,” JATI (Jurnal Mhs. Tek. Inform., vol. 5, no. 1, pp. 53–60, 2021, doi: 10.36040/jati.v5i1.3287.
[11] N.  Thereza,  I.  P.  A.  Saputra,  and  Z.  Husin,  “Rancang  Bangun  Geographic  Information  System  (GIS)  Sebagai Pengembangan Sistem Monitoring Area Perkebunan Berbasis IoT,” J. Tekno Kompak, vol. 15, no. 1, p. 40, 2021, doi: 10.33365/jtk.v15i1.908.
[12] & I. G. A. P. R. A. Lindu P., Pratolo R., “Rancang Bangun Sistem Monitoring pada Hidroponik NFT (Nutrient Film Tehcnique) Berbasis Iot,” Spektrum, vol. 8, no. 2, pp. 9–17, 2021.
[13] V. A. Kusuma, M. I. A. Putra, and S. S. Suprapto, “Sistem Monitoring Stok dan Penjualan Minuman pada Vending Machine berbasis Internet of Things (IoT) Menggunakan Google Sheets dan Kodular,” J. Sistim Inf. dan Teknol., vol. 4, no. 3, pp. 94–98, 2022, doi: 10.37034/jsisfotek.v4i3.136.