Hidayat dan Herdiana — Perancangan Model Simulasi Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas dan Kebakaran sebagai Media Pembelajaran Media Pembelajaran berbasis IoT

## PERANCANGAN MODEL SIMULASI SISTEM PENDETEKSI KEBOCORAN GAS DAN KEBAKARAN SEBAGAI MEDIA PEMBELAJARAN BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT)
Rahmad Hidayat 1) , Yudi Herdiana 2)
1) Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Mandala
2) Teknologi Informasi Universitas Bale Bandung e-mail: rhidayat4000@gmail.com 1) , fti@unibba.ac.id 2)

## ABSTRAK
Era revolusi industri 4.0 telah menghadirkan banyak percepatan terhadap perkembangan teknologi sehingga menjadi lebih mudah, cepat, dan praktis. Salah satu penerapan teknologi tersebut salah satunya dibidang pendidikan, berupa perancangan model simulasi alat pendeteksi kebocoran gas dan kebakaran sebagai media pendukung pembelajaran menggunakan modul mikrokontroler serta mengintegrasikannya ke dalam saluran komunikasi data internet agar siswa dapat melakukan pengujian dan pemantauan secara real time melalui perangkat mobile. Perancangan model simulasi ini menggunakan modul ESP8266, sensor  DHT-11,  dan  sensor  MQ-135.  Untuk  layanan  cloud  computing  menggunakan  database  serta  aplikasi  Thingspeak. Metode  yang  digunakan  pada  perancangan  ini  berupa  metode  eksperimental.  Metode  ini  banyak  digunakan  dalam perancangan sebuah sistem karena dapat menguji secara benar hipotesis yang menyangkut hubungan kasual. Berdasarkan hasil pengujian, sistem yang dibangun dapat berfungsi secara baik serta memberikan informasi mengenai nilai kondisi yang sedang diujikan. Siswa dapat memantau kondisi pengujian secara real time melalui aplikasi  Thingspeak yang dipasangkan pada perangkat mobile.

## Kata Kunci: Cloud Computing, Mikrokontroler, Mobile, Teknologi

## ABSTRACT
The era of the industrial revolution 4.0 has provided a lot of acceleration of technological developments so that it becomes easier, faster, and practical. One of the applications of this technology is in the field of education, in the form of designing simulation models for detection of gas leaks and fires as a learning support media using microcontroller modules and inte- grating them into internet data communication channels so students can conduct testing and monitoring in real-time through mobile devices. The design of this simulation model uses the ESP8266 module, the DHT-11 sensor, and the MQ-135 sensor. For cloud computing services using databases and Thingspeak applications. The method used in this design is an experimental method. This method is widely used in designing a system because it can correctly test hypotheses concerning casual relation- ships. Based on the test results, the system built can function properly and provides information about the value of the condition being tested. Students can monitor the testing conditions in real-time through the Thingspeak application that is installed on a mobile device.
Keywords: Cloud Computing, Microcontroller, Mobile, Technology

## I. P ENDAHULUAN
ra revolusi industri 4.0 telah menghadirkan banyak percepatan terhadap perkembangan teknologi sehingga menjadi  lebih mudah,  cepat,  dan  praktis. Salah  satu  penerapan  teknologi  tersebut  salah  satunya  dibidang pendidikan, berupa perancangan model simulasi alat pendeteksi kebocoran gas dan kebakaran sebagai me- dia pendukung pembelajaran.  Kebakaran merupakan sebuah peristiwa terjadinya nyala api baik kecil maupun besar pada  suatu  tempat,  situasi  dan  waktu yang  tidak  dikehendaki yang  bersifat  merugikan  dan  pada umumnya  sulit untuk dikendalikan. Salah satu penyebab kebakaran adalah adanya kebocoran gas. Percikan api dapat timbul dia- kibatkan gas oksigen atau O2. Kepadatan tingkat kandungan oksigen dapat mempengaruhi munculnya potensi ke- bakaran.  Semakin  tinggi kandungan oksigen pada  suatu  titik  atau  ruang  maka nyala  api  yang  ditimbulkan  akan semakin besar, namun potensi kebakaran akan semakin rendah bila tingkat kandungan oksigen pada suatu titik atau ruang berada dibawah kisaran 12%.
Sebuah alat pendeteksi kebakaran (fire detector) merupakan sebuah perangkat yang berfungsi untuk mendeteksi sumber yang berpotensi mengakibatkan terjadinya  kebakaran melalui adanya asap, suhu udara yang panas, serta nyala  api.  Fire  detector  [1]–[4]  biasa  ditempatkan  dilokasi-lokasi  tertentu  dengan  tujuan agar  dapat  mendeteksi secara dini kemungkinan terjadinya potensi kebakaran. Sistem pendeteksi kebakaran yang digunakan dilokasi ter- tentu  seperti  hotel,  mall,  bandara,  biasanya  sudah  diintegrasikan  dengan  sistem  pemadaman  secara  otomatis  se- hingga ketika ada sebuah parameter sinyal yang dapat memunculkan potensi kebakaran seperti asap, suhu udara
E
yang panas, serta nyala api yang terdeteksi maka sistem pemadam berupa kran air akan otomatis terbuka dan alarm tanda bahaya akan dibunyikan sehingga setiap orang yang berada dilokasi tersebut dapat mengevakuasi diri. Berdasarkan kondisi tersebut diatas, maka pengetahuan mengenai antisipasi potensi bahaya kebakaran harus dimil- iki  oleh  setiap  orang.  Sebagai  media  bantu  pembelajaran,  pengetahuan,  praktikum  dan  sosialisasi  dilingkungan sekolah, sebuah model simulasi yang terdiri dari sebuah modul system control, sensor, serta aplikasi monitoring yang  terhubung ke  internet  sehingga  siswa  dapat  melakukan percobaan  dan pengujian  dan dapat  mengaksesnya secara real time di mana saja melalui perangkat mobile yang terpasang aplikasi Thingspeak.
Pada [5], [6], informasi hasil pemrosesan nilai data oleh sistem pendeteksi kebocoran gas dan kebakaran dikirim melalui modem GSM dengan menggunakan metode sms gateway, yang mana sistem akan mengirimkan informasi berupa  SMS  ataupun  telegram  kepada  pemilik  rumah  mengenai  kondisi  terkini  yang  dideteksi  oleh  sistem. Kemudian pada penelitian [7], informasi nilai data dimonitoring secara langsung menggunakan aplikasi desktop berbasis visual basic. Pengguna dapat melihat informasi kondisi status melalui aplikasi antarmuka pada layar mon- itor sehingga dapat dengan sigap mengantisipasi potensi bahaya kebakaran sesegera mungkin. Implementasi Inter- net of Things seperti pada [7]–[11], bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dan efektifitas dalam hal monitoring serta  pengawasan, karena akses dapat dilakukan secara mobile tanpa terkendala jarak dan tempat.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Arduino
Arduino  adalah  mikrokontroller  single-board  yang  bersifat  open-source,  menggunakan  IC  ATMega  sebagai  IC program dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman yang sangat mirip dengan bahasa C, namun penulisannya mendekati bahasa manusia. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai Microcontrollernya, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog.

## B. ESP8266
ESP8266 merupakan modul wifi yang berfungsi sebagai perangkat tambahan mikrokontroler seperti Arduino agar dapat terhubung langsung dengan wifi dan membuat koneksi TCP/IP. Modul ini membutuhkan daya sekitar 3.3v dengan  memiliki  tiga  mode  wifi  yaitu  Station,  Access  Point  dan  Both  (Keduanya).  Modul  ini  juga  dilengkapi dengan  prosesor,  memori  dan  GPIO  dimana  jumlah  pin  bergantung  dengan  jenis  ESP8266  yang  kita  gunakan. Sehingga  modul  ini  bisa  berdiri  sendiri  tanpa  menggunakan  mikrokontroler  apapun karena  sudah  memiliki  per- lengkapan layaknya mikrokontroler.
C. Internet of Things
Internet of Thing (IoT) adalah sebuah konsep dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk mentransfer data  melalui  jaringan  tanpa  memerlukan  interaksi  manusia  ke  manusia  atau  manusia  ke  komputer.  IoT  telah berkembang dari konvergensi teknologi nirkabel, micro-electromechanical systems (MEMS), dan Internet.

## III. METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  pada  perancangan  ini  berupa  metode  eksperimental.  Metode  ini  banyak  digunakan dalam perancangan sebuah sistem karena dapat menguji secara benar hipotesis yang menyangkut hubungan kasual. Pada  perancangan  model  simulasi  sistem  pendeteksi  kebocoran  gas  dan  kebakaran  ini  dibangun  menggunakan beberapa  komponen perangkat  diantaranya  mikrokontroler  Arduino,  modul  wifi  ESP8266,  sensor  gas  MQ-135, sensor  suhu  dan  kelembaban  DHT-11,  serta  buzzer  alarm.  Pemrograman  dilakukan menggunakan Arduino  IDE ( Integrated Development Environment ) yang sekaligus sebagai aplikasi antar muka dalam proses pengintegrasikan program  perangkat  lunak  ke  dalam  perangkat  arduino.  Adapun  rancangan  skema  desain  model  simulasi  alat pendeteksi kebocoran gas dan kebakaran dapat dilihat seperti yang ditunjukan pada gambar 1.
Hidayat dan Herdiana — Perancangan Model Simulasi Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas dan Kebakaran sebagai Media Pembelajaran Media Pembelajaran berbasis IoT

## Gambar 1.  Desain skema kerja sistem
Pada  gambar  diatas  terlihat  skema  desain  sistem  model  simulasi  pendeteksi  kebocoran  gas  dan  kebakaran berbasis IoT. Pertama, sensor DHT-11 dan sensor MQ-135 akan menangkap sinyal analog dari suatu kondisi objek dan kemudian mentransmisikannya dalam bentuk digital untuk diproses oleh mikrokontroler. Hasil pemrosesan ini kemudian  akan  dikirimkan  kedalam  database  cloud  computing  Thingspeak  melalui  saluran  komunikasi  data internet. Data ini kemudian disimpan dan selalu diupdate secara berkala demi terjaganya kualitas informasi data yang didapatkan, sehingga pengguna selalu menerima informasi secara real time selama terhubung.

## A. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras pada penelitian ini meliputi perencanaan desain perangkat keras, konfigurasi, serta pengujian terhadap fungsi serta performa kerja alat.
Gambar 3.  Desain perangkat keras
Berdasarkan gambar 3, desain perangkat keras tersusun atas modul mikrokontroler Arduino sebagai pemroses data,  sensor  DHT-11  dan  sensor  MQ-135  sebagai  pendeteksi  kondisi  objek  yang  diamati  (  suhu,  gas,  dan kelembaban  udara  ).  Buzzer  sebagai  tanda  alarm  peringatan  bahaya,  serta  3  buah LED  ( merah,  kuning, hijau  ) sebagai indikator tingkat status kewaspadaan. Hasil pemrosesan data dari nilai yang diterima sensor kemudian akan dikirimkan ke database cloud computing Thingspeak dan juga akan ditampilkan melalui panel LCD screen.
Gambar 4.  Flowchart alur kerja perangkat keras
B. Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak menggunakan program Arduino IDE. Aplikasi ini digunakan untuk membuat list program berekstensi .ide serta bootloader Arduino yang digunakan untuk mengupload program kedalam perangkat mikrokontroler sehingga dapat berfungsi sessuai yang diprogramkan.
Hidayat dan Herdiana — Perancangan Model Simulasi Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas dan Kebakaran sebagai Media Pembelajaran Media Pembelajaran berbasis IoT

## Gambar 5.  Flowchart alur program perangkat lunak
Pada tahap awal program dibuat agar sistem mampu mendeteksi kondisi objek yang diteliti melalui sensor yang terpasang. Parameter yang ditetapkan untuk diintegrasikan pada sistem dapat dilihat pada table 1.
Tabel 1. Tabel Parameter Kondisi KONDISI STATUS INDIKATOR_LED BUZZER STATUS MERAH KUNING
HIJAU
SUHU < 35 O ; GAS < 300 ppm
OFF OFF ON OFF
SUHU < 35 O ; GAS > 300 ppm OFF ON OFF OFF SUHU > 35 O ; GAS > 300 ppm ON OFF OFF ON

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah proses perancangan model simulasi alat pendeteksi kebocoran gas dan kebakaran selesai dibangun, maka langkah berikutnya berupa pengujian terhadap kinerja dan performa perangkat. Adapun tahap pengujian yang dil- akukan  berupa  test  terhadap  fungsi  pendeteksian  dari  masing-masing  sensor  yang  telah  terpasang.  Variasi  pen- gujian berupa uji performa sensor pada rentang jarak dan waktu tertentu, kemudian dilakukan juga uji koneksi pada saat pengiriman data ke database cloud server Thingspeak. Pada pengujian tersebut akan nampak kualitas performa jaringan melalui waktu delay yang dibutuhkan pada saat pengiriman. data. Pada tahap selanjutnya, dilakukan proses pemantauan  melalui  aplikasi  Thingspeak  pada  perangkat  mobile  siswa  untuk  melihat  sejauh  mana  respon  serta informasi yang dapat diterima.
Gambar 6. Model simulasi alat pendeteksi gas dan kebakaran

## A. Pengujian sensor gas MQ-135
Sensor MQ-135 diuji dengan cara diberikan rangsangan gas pada jarak tertentu:
Tabel 2. Tabel Pengujian Sensor Gas MQ-135
Gambar 7.  Grafik hasil pengujian sensor gas MQ-135
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan pada sensor MQ-135 dengan parameter jarak yang telah ditetapkan, terlihat  bahwa  rentang  jarak  yang  berbeda  sangat  mempengaruhi  proses  pembacaan  oleh  sensor.  Semakin  jauh jarak,  proses  pembacaan  oleh  sensor  menjadi  semakin  kurang  presisi  dan akurat  dikarenakan  delay  waktu pembacaan yang terlalu lama.
JARAK ( CM ) KUALITAS UDARA
INDIKATOR
SENSOR
DELAY
( S ) 1 440 BAHAYA 1 3 390 BAHAYA 7 5 338 BAHAYA 9 8 328 BAHAYA 12 10 321 BAHAYA 15 15 292 AMAN 18 20 285 AMAN 24 25 242 AMAN 26 30 217 AMAN 29 35 197 AMAN 31
Hidayat dan Herdiana — Perancangan Model Simulasi Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas dan Kebakaran sebagai Media Pembelajaran Media Pembelajaran berbasis IoT
Gambar 8.  Grafik hasil pengujian sensor gas   MQ-135 pada kondisi ruang yang berbeda
Dari hasil pengujian sensor MQ-135 pada beberapa kondisi ruangan, dapat terlihat bahwa proses pembacaan data oleh sensor dipengaruhi oleh kondisi perputaran udara, kondisi tersebut mengakibatkan kondisi kebocoran gas sulit untuk dapat dibaca dengan cepat oleh sensor.

## B. Pengujian sensor suhu DHT-11
Sensor DHT-11 diuji dengan cara diberikan rangsangan panas pada jarak tertentu
Tabel 3. Tabel Pengujian Sensor Gas MQ-135
JARAK ( CM ) STATUS TEMPERATUR INDIKATOR SENSOR DELAY ( S ) 1 85 KEBAKARAN 2 3 82 KEBAKARAN 3 5 79 KEBAKARAN 5 8 77 KEBAKARAN 8 10 53 WASPADA 12 15 51 WASPADA 13 20 48 WASPADA 16 25 32 AMAN 19 30 27 AMAN 23 35 26 AMAN
27
Gambar 9. Grafik hasil pengujian sensor suhu DHT-11
Berdasarkan hasil pengujian pada sensor DHT-11 dengan berbagai Jarak, terlihat bahwa jarak yang berbeda sangat mempengaruhi proses pembacaan oleh sensor sehingga lokasi peletakan sensor dengan sumber gas. Semakin jauh jarak, sensor tidak dapat membaca suhu secara akurat dan presisi.
Gambar 10.  Grafik hasil pengujian sensor suhu DHT-11 pada kondisi ruang yang berbeda
Dari hasil pengujian sensor DHT-11 pada berbagai kondisi ruangan, terlihat bahwa suhu yang terbaca pada sensor dipengaruhi oleh kepadatan udara pada ruangan tersebut yang mempengaruhi suhu awal pembacaan pada sensor. Pada ruangan kedap udara sensor akan lebih cepat membaca perubahan dibandingkan pada ruangn terbuka karena api pada ruangan terbuka mudah tertiup angin sehingga sensor sulit untuk membaca suhu.

## V. KESIMPULAN
Perancangan  model  simulasi  sistem  pendeteksi  kebocoran gas  dan  kebakaran  yang dibangun  dapat  menunjukan performa serta kinerja yang baik. Hal ini dapat berdampak positif terhadap siswa yang memanfaatkan alat tersebut sebagai alat bantu penunjang proses pembelajaran. Namun, dikarenakan cloud server Thingspeak yang digunakan merupakan versi non-komersil, sehingga terdapat bebrapa pembatasan fasilitas yang salah satunya berupa delay pengiriman data per 15 detik, sehingga siswa tidak dapat melihat proses real time setiap detiknya. Namun secara keseluruhan hal tersebut sudah dapat memenuhi kebutuhan dasar sebagai media pembelajaran.

## D AFTAR P USTAKA
[1] J. Christian, “Prototipe Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas LPG Menggunakan Sensor Gas MQ2, Board Arduino Duemilanove, Buzzer, dan Arduino GSM Shield pada PT. Alfa Retailindo (Carrefour Pasar Minggu),” J. TICom , vol. 2, no. 1, 2013.
[2] M. F. Putra, A. H. Kridalaksana, and Z. Arifin, “Rancang bangun alat pendeteksi kebocoran gas LPG dengan sensor MQ-6 berbasis mikrokontroler melalui smartphone android sebagai media informasi,” 2017.
[3] W. Widyanto and D. Erlansyah, “Rancang Bangun Alat Deteksi Kebocoran Tabung Gas Elpiji Berbasis Arduino,” Semantik , vol. 4, no. 1, 2014.
[4] D. D. Hutagalung, “Rancang bangun alat pendeteksi kebocoran gas dan api dengan menggunakan sensor MQ2 dan flame detector,” J. Rekayasa Inf. , vol. 7, no. 2, 2018.
[5] D. Nurnaningsih, “Pendeteksi kebocoran tabung LPG melalui SMS gateway menggunakan sensor MQ-2 berbasis Arduino Uno,” J. Tek. Inform. , vol. 11, no. 2, pp. 122–126, 2018.
[6] S.  S.  Dewi,  D.  Satria,  E.  Yusibani,  and  D.  Sugiyanto,  “Sistem  Deteksi  Kebakaran  Pada  Kasus  Kebocoran  Gas  Berbasis  Sms Gateway,” in Prosiding Seminar Nasional USM , 2017, vol. 1, no. 1.
[7] Hidayat, Rahmad, et al. "Pendeteksi Kebocoran Gas Dan Kebakaran Berbasis Arduino Dengan Antarmuka Visual Basic." Smart Comp: Jurnalnya Orang Pintar Komputer 9.2 (2020): 76-79.
[8] Ramady,  Givy  Devira.  "Perancangan  Model  Simulasi  Sistem  Pengendali  Suhu  Ruang  Kelas  Berbasis  Internet  Of  Things." SENASTER" Seminar Nasional Riset Teknologi Terapan". Vol. 1. No. 1. 2020..
[9] Hidayat,  Rahmad,  et  al.  "Development  of  BTS  Site  Smart  Key  Based  on  Internet  of  Things."  2019  International  Seminar  on Application for Technology of Information and Communication (iSemantic). IEEE, 2019.
[10] S. C. Abadi, “Sistem Pemantauan Kualitas Udara Menggunakan Cloud Application Bluemix,” J. Elektra , vol. 4, no. 2, pp. 38–43, 2019.
[11] Ramady, Givy Devira, et al. "Sistem Monitoring Data pada Smart Agriculture System Menggunakan Wireless Multisensor Berbasis IoT." Prosiding Seminar Nasional Teknoka . Vol. 4. 2019.