INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 4 Nomor 3 Tahun 2024 Page 14529-14540 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis Internet of Things Menggunakan Metode Prototype di Desa Pinapalangkow
Hanna Elisabeth Wowor 1 ✉ , Vivi Peggie Rantung 2 , Kristofel Santa 3
Universitas Negeri Manado
Email: hannaelizabethwowor@gmail.com 1 ✉

## Abstrak
Kualitas  air  yang  memadai  sangat  penting  untuk  kesehatan  dan  kesejahteraan  masyarakat.  Namun, masih ada tantangan dalam memastikan ketersediaan air bersih yang memadai, terutama di Indonesia. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengatasi  masalah  tersebut  dengan  merancang  dan mengimplementasikan  sistem  kontrol  kualitas  air  berbasis Internet  of  Things  (IoT)  di  Desa Pinapalangkow.  Dengan  menggunakan  pendekatan  IoT,  sistem  ini  memungkinkan  pengawasan  dan kontrol  kualitas  air  secara real-time  dan  otomatis.  Komponen  utama  sistem  mencakup  sensor  pH, Arduino UNO R3, Modul WiFi ESP8266-01, LCD, Buzzer, Relay 1 Channel 5 Volt, dan Pompa Air Mini 12 Volt.  Hasil  pengukuran  dapat  diakses  melalui  platform ThingSpeak  pada  Laptop/PC  dan  aplikasi ThingView  pada  smartphone  Android.  Penelitian  ini  menghasilkan  sebuah  prototipe  yang  berhasil dalam memberikan informasi mengenai kualitas air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari dan membantu  menormalisasi  kadar  pH  air.  Implementasi  prototipe  pada  bak  penampungan  air memerlukan  penyesuaian  jumlah  sensor  berdasarkan  luas  permukaan  dan  jangkauan  sensor  untuk menghasilkan  data  yang  akurat.  Sistem  ini  diharapkan  dapat  memudahkan  masyarakat  dalam memantau  dan  mengontrol  kualitas  air  yang  digunakan,  serta  dapat  memberikan  kontribusi  dalam meningkatkan kesadaran lingkungan dan kesehatan masyarakat.
Kata Kunci: Desa Pinapalangkow, Internet of Things (IoT), Kontrol, Kualitas Air, ThingSpeak

## Abstract
Adequate water quality is crucial for the health and well-being of communities. However, ensuring the availability of clean water remains a challenge, particularly in Indonesia. This research aims to address this issue by designing and implementing an Internet of Things (IoT)-based water quality control system in Pinapalangkow Village. Using IoT approach, this system enables real-time and automatic monitoring and control of water quality. The main components of the system include pH sensors, Arduino UNO R3, WiFi  Module  ESP8266-01,  LCD,  Buzzer,  Relay  1  Channel  5  Volt,  and  Mini  12  Volt  Water  Pump. Measurement results can be accessed through the ThingSpeak platform on a Laptop/PC and ThingView application  on  Android  smartphones.  This  research  produces  a  prototype that  successfully  provides information on the quality of water used for daily purposes and assists in normalizing water pH levels. Implementation of the prototype in water storage tanks requires adjusting the number of sensors based on  surface  area  and  sensor  range  to  generate  accurate  data.  This  system  is  expected  to  facilitate communities in monitoring and controlling water quality and contribute to increasing environmental awareness and public health.
Keywords: Pinapalangkow Village, Internet of Things (IoT), Control, Water Quality, ThingSpeak

## PENDAHULUAN
Masyarakat  Indonesia masih menghadapi beragam masalah yang cukup kompleks, dan  hingga  saat  ini,  masalah  tersebut  belum  sepenuhnya  teratasi.  Salah  satunya  adalah rendahnya tingkat pelayanan air bersih bagi masyarakat.
Air adalah unsur yang paling penting dalam kehidupan manusia setelah udara, dengan rasio sebesar 60% hingga 70% dibandingkan dengan unsur-unsur lainnya (Yunita Arsyad et al., 2022). Dengan pentingnya air dalam kehidupan manusia, kualitas air harus dijaga dan dilestarikan  secara  konsisten.  Air  dapat  tercemar  karena  berbagai  faktor  seperti  polusi lingkungan  dari  limbah  industri,  zat  kimia  seperti  klorin  yang  digunakan  dalam  proses penyaringan air, atau kontaminasi oleh bakteri atau mikroorganisme yang dapat mengubah warna, rasa, dan bau air secara tidak normal.
Monitoring dan kontrol kualitas air sangat penting untuk menentukan apakah kualitas air tersebut baik atau buruk. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan (PERMENKES) mengenai persyaratan dan pengawasan kualitas air, standar untuk kualitas air bersih yang baik adalah memiliki tingkat keasaman dalam rentang pH 6,5 - 9,0 (Akbar et al., 2019).
Di desa Pinapalangkow, air yang mengalir ke masyarakat berasal dari sungai. Seperti yang diketahui, air sungai sangat rentan mengalami pencemaran, yang dapat berdampak buruk  bagi  kesehatan  manusia,  menyebabkan  berbagai  penyakit  seperti  kolera,  diare, disentri, hepatitis A, dan berbagai penyakit lainnya. Oleh karena itu, proses monitoring dan kontrol secara real-time diperlukan untuk memastikan kondisi air yang baik bagi masyarakat
Sebelum didistribusikan kepada masyarakat,  pengukuran kualitas air pertama-tama dilakukan  di  sebuah  bak  penampungan  air  besar  berukuran  8x7  meter  dengan  tinggi  4 meter.  Namun,  masih  terdapat  beberapa  kekurangan,  yaitu  proses  pengukuran  masih mengandalkan metode manual seperti menggunakan pH meter untuk mengukur tingkat pH (Power  of  Hydrogen).  Pengukuran  hanya  dilakukan  sekali  sehari  yaitu  di  pagi  hari sebelum air didistribusikan kepada masyarakat, dan hasil pengukuran pH tidak dicatat atau di  rekapitulasi.  Akibatnya,  sistem  manual  ini  dapat  menyebabkan human  error  dan ketidakefisienan dalam segi waktu dan tenaga dalam proses pengukuran.
Sehubungan  dengan  hal  itu,  penulis  bermaksud  untuk  membuat  sistem  kontrol kualitas air berbasis Internet of Things. Internet of Things (IoT) adalah kemampuan berbagai device  untuk  terhubung  dan  bertukar  data  melalui  jaringan  internet,  memungkinkan pengendalian jarak jauh atau pemantauan secara real-time secara otomatis (Sukatin et al., 2022). Hal ini dapat membantu pihak pengelola, yaitu pemerintah Desa Pinapalangkow dan masyarakat,  dalam  mengetahui  kualitas  air  yang  digunakan  tanpa  harus  memantau  dan mengontrol  langsung  di  lokasi.  Sistem  ini  akan  dibuat  dengan  menggunakan platform ThingSpeak untuk monitoring dan kontrol jarak jauh, Pompa Air Mini 12 Volt sebagai alat untuk memompa larutan penetrasi pH jika kadar pH dalam air tidak normal (pH 6,5 - 9,0), dan menggunakan Arduino Uno R3 sebagai mikrokontroler yang akan digunakan. Sistem ini  bertujuan  untuk  membantu  pemerintah  Desa  Pinapalangkow  dan  masyarakat  dalam mengetahui  kualitas  air  yang  digunakan  melalui smartphone  dan  PC  tanpa  perlu mengunjungi lokasi penampungan air untuk pengukuran manual.
Beberapa  penelitian  terkait  sistem  kontrol  kualitas  air  sudah  pernah  dilakukan. Diantaranya penelitian Uinsa Pradana & Hari Agus Sujono (Pradana & Sujono, 2022), dan Raihannissa Hatrinidinar Rasya, Joko Hardianto & Ridwan Siskandar (Hatrinidinar Rasya et al., 2020). Berdasarkan permasalahan tersebut, penulis bermaksud untuk membuat suatu sistem menggunakan pendekatan Internet of Things yang berjudul ”Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis Internet of Things Menggunakan Metode Prototype di Desa Pinapalangkow” .

## METODE PENELITIAN
Dalam  menerapkan  pengembangan  sistem  ini,  penulis  menggunakan  metode pengembangan  sistem prototype.  Desain  awal  sistem,  yang  dikenal  sebagai  prototype, digunakan untuk menjelaskan konsep, menguji desain, mengidentifikasi masalah tambahan, dan  menawarkan  solusi.  Metode  ini  melibatkan  beberapa  tahapan  implementasi, pengembangan,  dan  pengujian  untuk  memastikan  bahwa  sistem  yang  dikembangkan berfungsi dengan baik (Akbar et al., 2019).
Tujuan  penggunaan  metode prototype  ini  adalah  untuk  merancang  sistem  kontrol kualitas  air  berbasis Internet  of  Things  yang  akan  membantu  pemerintah  Desa Pinapalangkow  dan  masyarakat  dalam  mendapatkan  informasi  terkait  kualitas  air,  serta memungkinkan  penulis  untuk  memperoleh  gambaran  umum  desain  sistem  yang  akan dibangun.
Pembuatan sistem kontrol kualitas air ini melibatkan beberapa tahapan dalam metode prototype,  yaitu  Listen  to  Customer,  Bulid/Revise  Mock-Up,  dan  Customer  Test  Drives Mock-Up.
Gambar 1. Metode Prototype
Dalam metode Prototype, berikut adalah tahapan yang dilakukan:

## 1. Listen to Customer
Langkah pertama dalam proses ini adalah melakukan analisis dan definisi kebutuhan. Kebutuhan tersebut melibatkan mendengarkan dan menerima umpan balik mengenai kebutuhan yang dibutuhkan oleh pengguna yang merupakan pihak pemerintah Desa Pinapalangkow untuk merancang sistem kontrol kualitas air.
2. Build/Revise Mock-Up
Langkah  kedua  dalam  proses  ini  adalah prototype  sistem  yang  akan  dibangun dilakukan, diikuti dengan penyusunan arsitektur dan komponen-komponen yang telah di  analisis  pada  tahap  sebelumnya  yang  terkait  dengan  kebutuhan  yang  akan dibangun.
3. Customer Test Drives Mock-Up
Langkah ketiga dalam proses ini adalah akan dilakukan pengujian pada sistem untuk memastikan  bahwa  sistem  yang  sudah  dirancang  telah  sesuai  dengan  analisis kebutuhan yang telah di tetapkan..

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis Kebutuhan Fungsional
Berikut  adalah  analisis  kebutuhan  sistem  yang  ada  pada  sistem  kontrol  kualitas  air berbasis internet of things:
a. Sistem ini akan terkoneksi dengan internet menggunakan Modul WiFi ESP8266.
b. Sistem ini akan mengirimkan data kualitas air di platform ThingSpeak dan dapat di lihat juga melalui LCD.
c. Sistem ini akan memberikan data kualitas air secara real-time setiap 30 menit.
d. Buzzer akan berbunyi jika kualitas air tidak sesuai standar yaitu memiliki kadar pH 6.5
– 9.0.
e. Pompa  Air  akan  diaktifkan  untuk  memompa  larutan  penetralisir  pH  ke  dalam  air selama periode waktu 5 detik jika nilai pH di luar rentang 6.5 – 9.0.

## Rangkaian Sistem
Berikut ini adalah rangkaian dari sistem kontrol kualitas air berbasis internet of things:
Gambar 2. Rangkaian Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Dari  gambar  diatas  terlihat  bahwa  setiap  komponen  yang  terdiri  dari  Sensor  PH- 4502C, Buzzer, LCD 16x2 I2C, Modul WiFi ESP8266, Relay 1 Channel 5 Volt dan Pompa Air Mini 12 Volt terhubung ke Arduino UNO R3 melalui kabel jumper.

## Use Case Diagram
Berikut adalah use case diagram dari sistem kontrol kualitas air berbasis internet of things:
Gambar 3. Use Case Diagram Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Pada Gambar 3. use case diagram terdapat 1 aktor yaitu user dan terdapat 1 use case utama yaitu mengontrol dan memonitor kualitas air.

## Communication Diagram
Communication  Diagram  menggambarkan  urutan  interaksi  antara  objek  melalui pengiriman pesan. Berikut ini adalah communication diagram yang digunakan dalam sistem kontrol kualitas air berbasis internet of things:
Gambar 4. Communication Diagram Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Pada  Gambar  4. Communication  Diagram,  Arduino  menggunakan  Modul  WiFi ESP8266 untuk mencari jaringan WiFi. Setelah Arduino terhubung ke internet, data kualitas air yang diukur oleh sensor PH-4502C akan ditampilkan pada LCD dan platform ThingSpeak, memungkinkan pengguna untuk memantau kualitas air. Jika kualitas air tidak normal, Buzzer akan  memberikan  peringatan,  dan  Pompa  Air  akan  diaktifkan  untuk  memompa  larutan penetralisir pH ke dalam air.

## Sequence Diagram
Sequence Diagram digunakan untuk menggambarkan urutan interaksi antara objek dalam  suatu  sistem.  Berikut  ini  adalah sequence  diagram  yang  digunakan  dalam  sistem kontrol kualitas air berbasis internet of things:
Gambar 5. Sequence Diagram Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Sequence Diagram tersebut menggambarkan proses dimulainya pengukuran kualitas air. Arduino memerintahkan Sensor pH untuk mengukur kualitas air dan mentransmisikan data  hasil  pengukuran  ke  LCD,  yang  memungkinkan  pengguna  untuk  melihat  informasi
kualitas air. Arduino juga memberi instruksi kepada Buzzer untuk berbunyi jika kualitas air tidak  memenuhi  standar  yang  telah  ditetapkan,  dan  Pompa  Air  akan  diaktifkan  untuk memompa  larutan  penetralisir  pH  ke  dalam  air  jika  kualitas  air  tidak  normal.  Selain  itu, Arduino  melakukan  pencarian  WiFi  menggunakan  Modul  WiFi  ESP8266  untuk mentransmisikan  data  ke ThingSpeak,  sehingga  pengguna  dapat  memantau  informasi kualitas air secara real-time dari jarak jauh.

## Activity Diagram
Activity Diagram biasanya digunakan untuk menggambarkan proses bisnis atau alur kerja dalam sebuah sistem. Berikut ini adalah activity diagram yang digunakan dalam sistem kontrol kualitas air berbasis internet of things:
Gambar 6. Activity Diagram Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Gambar activity diagram diatas menggambarkan Activity Diagram dari Sistem Kontrol Kualitas  Air.  Saat  sistem  dinyalakan,  langkah  pertama  adalah  melakukan  pendeteksian kualitas air. Hasil deteksi akan ditampilkan di layar LCD. Jika terdeteksi bahwa kualitas air tidak  normal,  Arduino  akan  menginstruksikan Buzzer  untuk  berbunyi  dan  Relay  untuk mengaktifkan  Pompa  Air  guna  memompa  larutan  penetralisir  pH.  Sistem  juga  akan
terhubung ke jaringan internet dan mengirimkan data ke ThingSpeak. Selain ditampilkan di LCD, pengguna juga dapat memantau data kontrol kualitas air melalui ThingSpeak. Sistem akan terus beroperasi melakukan pengukuran kualitas air secara berkelanjutan.
Implementasi Sistem Kontrol Kualitas Air Berbasis IoT
Gambar 7. Visualisasi Data di ThingSpeak
Gambar 8. Visualisasi Data di ThingView

## Gambar 9. Visualisasi Data di LCD
Pada Gambar 7 memperlihatkan tingkat kualitas air melalui ThingSpeak yang dapat di akses melalui PC, Gambar 8 memperlihatkan tingkat kualitas air melalui ThingView yang dapat di akses melalui smartphone dan hal ini memudahkan pengguna untuk mengakses tingkat kualitas air dari mana saja. Gambar 9 memperlihatkan tingkat kualitas air yang di tampilkan  lewat  LCD,  hal  ini  menghindari  terjadinya  keterlambatan  pengiriman  data dikarenakan adanya gangguan sinyal internet dan delay pada platform ThingSpeak..

## SIMPULAN
Melalui  pengembangan  dan  uji  coba  yang  telah  dilakukan,  dapat  disimpulkan bahwa:
1) Sistem  ini  bertujuan  untuk  memberikan  manfaat  kepada  masyarakat  dengan memberikan  informasi  mengenai  kualitas  air  yang  digunakan  untuk  keperluan sehari-hari, serta membantu menormalisasi kadar pH air.
2) Komponen utama dalam sistem ini termasuk Sensor pH PH-4502C untuk mengukur pH air, Arduino UNO R3 sebagai penghubung komponen, Modul WiFi ESP8266-01 untuk koneksi internet, LCD untuk menampilkan hasil pengukuran, Buzzer sebagai indikator suara jika kualitas air tidak normal, Relay 1 Channel 5 Volt sebagai sakelar untuk mengaktifkan Pompa Air, dan Pompa Air Mini 12 Volt untuk menetralisir pH air jika kualitas air tidak sesuai standar yang sudah di tetapkan yaitu pH 6.5 – 9.0.
3) Platform ThingSpeak dan ThingView digunakan sebagai visualisasi hasil pengukuran secara real-time dari jarak jauh.
4) Sistem kontrol kualitas air ini berupa skala prototype.
5) Jika diimplementasi pada pada bak penampungan air dengan ukuran bak 8x6 meter
dengan  tinggi  4  meter,  maka  akan  membutuhkan  10  buah  sensor  pH  agar menghasilkan  data  hasil  pengukuran  yang  lebih  akurat  berdasarkan  perhitungan luas permukaan dan jangkauan sensor.
Dengan  demikian,  sistem  ini  diharapkan  dapat  memudahkan  masyarakat  dalam memperoleh informasi dan mengontrol kualitas air yang digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
Akbar, S. A., Kalbuadi, D. B., & Yudhana, A. (2019). Online Monitoring Kualitas Air Waduk Berbasis Thingspeak. Transmisi, 21(4), 109 – 115. https://doi.org/10.14710/transmisi.21.4.109-115
Hatrinidinar Rasya, R., Hardianto, J., Siskandar, R., Air, P., Daerah, M., Pakuan, T., & Java, W. (2020). Rancang Bangun Sistem Monitoring Kualitas Air Bersih Pada Konsumen PERUMDA  Tirta  Pakuan  Bogor  Berbasis  web  Monitoring  System  Design  Water Quality for Customers PERUMDA Bogor City Based On the Web. Indonesian Journal of Science, 1(3), 113 – 121. http://journal.pusatsains.com/index.php/jsi
Pradana, U., & Sujono, H. A. (2022). Sistem Monitoring Kualitas Air Sungai Berdasarkan Kadar PH dan Kekeruhan Air Berbasis Internet of Things. Seminar Nasional Teknik Elektro,  Sistem  Informasi,  Dan  Teknik  Informatika  (SNESTIK),  592,  1 – 10. https://snestik.itats.ac.id
Sukatin, Nurkhalipah, Kurnia, A., Ramadani, D., & Fatimah. (2022). Humantech Jurnal Ilmiah
Multi Disiplin Indonesia. Jurnal Ilmiah Multi Disiplin Indonesia, 1(9), 1278 – 1285.
Yunita Arsyad, Benediktus Yoseph Bhae, & Kristianus Jago Tute. (2022). Sistem Monitoring Kekeruhan  Air  Berbasis  IoT  (Studi  Kasus :  Perumda  Ende). SATESI:  Jurnal  Sains Teknologi Dan Sistem Informasi, 2(2), 133 – 139.
https://doi.org/10.54259/satesi.v2i2.1137.