## Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas Berbasis IoT Sebagai Alat Bantu Pada UMKM
1 Gaguk Suprianto, 2 Alya Rizky Natasya, 3 Arfi Indra Riskiawan
1 Informatika, Universitas Hayam Wuruk Perbanas, Surabaya
2 Informatika, Universitas Hayam Wuruk Perbanas, Surabaya
3 Informatika, Universitas Hayam Wuruk Perbanas, Surabaya
1 gaguk.suprianto@perbanas.ac.id , 2 202102011013@mhs.hayamwuruk.ac.id , 3 202102011001@mhs.hayamwuruk.ac.id
Abstract - One of the problems that still occurs a lot today is fire. This  is  caused  by  several  things  such  as  short  circuits,  cigarette nipples  that  are  still  burning  and  LPG  leaks.  Fires  can  occur  in areas  of  office  buildings,  schools  or  homes.  One  of  the  causes  of fires  is  LPG  leakage  caused  by  human  negligence.  So  we  need  a system  that  can  detect  and  monitor  gas  leaks  in  real  time  to minimize the occurrence of fires due to LPG gas leaks. Therefore, the system is designed in the form of hardware and software with the MQTT protocol. The protocol is lightweight, open and simple so that it can be used to transmit data quickly. This study uses the Waterfall method in which each stage can be passed if the previous stage is completed. The test result obtained are that the system can work  properly  when  measuring  sensitivity  and  delay  sensor measurments. The author hopes that the research conducted will be able to provide insight and reference for other researchers and MSME or business actors in creating similar systems. In addition, subsequent research can use many sensors for the implementation of others with the MQTT protocol.

## Keywords —LPG, MQTT, Waterfall
Abstrak—Salah  satu  permasalahan  yang  masih  banyak  terjadi hinga  kini  adalah  kebakaran.  Hal  tersebut  disebabkan  oleh beberapa hal seperti hubungan arus pendek, putung rokok yang masih  menyala  dan  kebocoran  LPG.  Kebakaran  dapat  terjadi pada  area  gedung  kantor,  sekolah  maupun  rumah.  Salah  satu penyebab  kebakaran  yakni  kebocoran  LPG  yang  disebabkan karena  kelalaian  manusia.  Sehingga    diperlukan  sebuah  sistem yang  dapat  melakukan  deteksi  dan  monitoring  kebocoran  gas secara  real  time  untuk  meminamilisir  terjadinya  kejadian kebakaran akibat dari bocornya gas LPG. Oleh sebab itu peneliti merancang  yang  berupa  perangkat  keras  dan  perangkat  lunak dengan  protokol  MQTT.  Protokol  tersebut  ringan,  terbuka  dan sederhana sehingga dapat digunakan untuk mentrasmisikan data dengan cepat. Penelitian ini menggunakan metode Waterfall yang dimana setiap tahapan dapat dilalui apabila tahapan sebelumnya selesai.  Hasil  pengujian  diperoleh  bahwa  sistem  bekerja  dengan kinerja  yang  baik  ketika  dilakukan  pengujian  pengukuran sensitivitas  sensor  dan  delay.  Penulis  berharap  dari  penelitian yang  dilakukan  mampu  memberikan  wawasan  dan  referensi untuk peneliti lain dan pelaku UMKM atau bisnis dalam membuat sistem  yang  serupa.  Selain  itu  penelitian  selanjutnya  dapat menggunakan  banyak  sensor  untuk  implementasi  yang  lain dengan protokol MQTT.
Kata Kunci—LPG, MQTT, Waterfall

## I. Pendahuluan
Saat  ini  banyak  sekali  jenis  teknologi  yang  dikembangkan untuk  memudahkan  aktivitas  manusia  sehari-hari  dan menyelesaikan  masalah.  Salah  satu  permasalahan  yang  masih sering  terjadi  hingga  kini  adalah  kebakaran  yang  disebabkan oleh beberapa hal seperti hubungan arus pendek, putung rokok yang  masih  menyala  dan  kebocoran  LPG.  Kebakaran  dapat terjadi pada area gedung kantor, sekolah, bangunan rumah dan tak  terkecuali  UMKM  yang  dalam  kegiatan  usahanya  dapat berkontak  secara  langsung  dengan  gas.  Menurut  data  yang dikeluarkan Dinas Pemadam  Kebakaran  Kota Surabaya bulan Desember  tahun  2022,  bahwasannya  terdapat  kejadian setidaknya 100 kebakaran bangunan di berbagai wilayah Kota Surabaya yang disebabkan oleh beberapa hal seperti gangguan listrik  dan  ledakan  atau  kebocoran  gas  [1].  Dari  data  yang dihimpun  diatas  membuktikan  bahwasannya  masih  banyak kasus  kebakaran  yang  diakibatkan  karena  berbagai  hal  yang berbeda  salah  satunya  yaitu  kebocoran  gas.  Gas  merupakan salah satu energi yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan manusia  dalam  kegiatan  rumah  tangga  atau  kegiatan  bisnis dalam  skala  besar  dan  kecil.  Salah  satu  jenisnya  yakni  LPG yang merupakan bahan bakar gas  yang berwujud gas propana atau butana atau campuran antara keduanya [2]. Kebocoran gas menjadi    salah  satu  faktor  terjadinya  kebakaran  yang diakibatkan  karena  kelalaian  manusia.  Sehingga    diperlukan sebuah  sistem  yang  dapat  melakukan  deteksi  dan  monitoring kebocoran gas secara real time untuk meminamilisir terjadinya kejadian kebakaran akibat dari bocornya gas LPG. Karena mencegah terjadinya  kebakaran  lebih  penting  daripada  menanggulangi bencana tersebut [3].
Beberapa penelitian terkait alat pendeteksi kebocoran gas telah dilakukan. Pada penilitan [4] peneliti membuat alat pendeteksi gas  dengan  beberapa  sensor  gas  yakni  MQ2,  MQ3  dan  MQ5 berbasis  Arduino  UNO.  Pengujian  dilakukan  dengan membandingkan  kinerja  beberapa  sensor  pada  gas  korek  api. Sedangkan  penelitian  [5]  peneliti  membuat  pendetesi kebocoran gas berbasis IoT. Kadar gas ditransmisikan dengan memanfaatkan  jaringan  internet  dan  ditampilkan  via  aplikasi blynk.    Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  tersebut yaknik dengan mengkaji beberapa dokumen, perancangan alat dan  pengujian  alat.  Penelitian  [6]  membuat  pendeteksi kebocoran  gas  berbasis  IoT  namun  untuk  aplikasi  notifikasi menggunakan telegram.
Sehingga  berdasarkan  penelitian-penelitian  yang  terdahulu, maka  peneliti  membuat  alat  pendeteksi  dan  monitoring  gas LPG  dengan  protokol  MQTT.  Keuntungan  menggunakan protokol  MQTT  yakni  karena  protokol  tersebut  merupakan suatu  protokol  sederhana  dan  ringan  dalam  proses komunikasinya. Selain itu protokol ini dalam konteks teknologi lebih  baru  daripada  protokol  HTTP  [7].  Sehingga  protokol tersebut  cocok  diimplementasikan  dalam  IoT.  Penelitian  ini menggunakan  sebuah  sensor  bertipe  MQ  2  yang  dapat mendeteksi  asap  atau  gas  yang  dapat  digunakan  sebagai  alat pengamanan atau pencegahan pada kebakaran. Pada dasarnya sensor  gas  LPG  mengeluarkan output tegangan  analog    serta mampu  mengukur  konsentrasi  gas  dari  besaran  300  sampai 10.000 ppm [8]. Sensor ini dapat diatur tingkat sensitivitasnya melalui potensiometer dan keluaran analognya dapat dikonversi ke  digital  (ADC).  Hasil  deteksi  sensor  tersebut  diproses  oleh mikrokontroller NodeMCU ESP8266. Mikrokontroller tersebut mempunyai alokasi memori 4 MB dan beberapa fungsi seperti ADC dan WiFi [9] yang dapat dimanfaatkan untuk pengolahan sinyal analog dan transmisi data melalui jaringan nirkabel. Alat yang  dirancang  dipantau  melalui  layanan Adafruit.IO yang merupakan software yang  dapat  digunakan  untuk  mengontrol dan menyimpan data masukan dan keluaran [10]. Layanan ini merupakan  penyedia  layanan  MQTT  server,  sehingga  dapat diperuntukkan  untuk  melakukan  remote  dengan  mekanisme publish dan subscribe .

## II. Metode Penelitian

## A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penulis  melakukan  penelitian  yang  dimulai  pada  bulan Oktober-Desember  2022.  Adapun  untuk  objek  penelitian merupakan UMKM kuliner yang dalam kegiatan sehari-harinya menggunakan gas LPG.

## B. Metode
Penelitian  dilaksanakan  dengan menggunakan metode Waterfall . Penggunaan metode tersebut mempunyai keuntungan  yakni  tahapan  demi  tahapan  harus  dilalui  setelah tahapan  sebelumnya  selesai  [11].  Produk  dapat  berbentuk perangkat keras dan perangkat lunak.
Gambar 1. Metode Waterfall
1. Tahapan Analisis Kebutuhan
Pada tahapan pertama dilakukan analisa kebutuhan sistem mulai dari perangkat keras dan perangkat lunak. Kemudian dilakukan  perencanaan  perancangan  sistem  mulai  dari pemilihan  perangkat  keras,  komunikasi  datanya  dan penetuan perangkat lunak. Selain itu dalam tahapan  yang pertama  juga  dikumpulkan  data-data  yang  terkait  dengan penelitian.
2. Tahapan Desain Sistem
Yang kedua merupakan tahapan desain  sietem mulai dari desain  rangkaian,  desain  sistem  secara  menyeluruh  dan desain  perangkat  lunak.  Hal  ini  dilakukan  agar  supaya sistem  yang  dihasilkan  dapat  bekerja  dengan  baik  dan optimal.
3. Tahapan Implementasi sistem
Pada  tahap  ke  tiga  merupakan  implementasi  dari  tahap desain  yakni  berupa  perancangan  perangkat  keras, pemrograman  perangkat  keras  atau  pengkodingan  dan perancangan pemantauan hasil deteksi sensor.
4. Tahapan Uji Coba Sistem
Setelah seluruh sistem selesai dirancang, maka dilakukan pengujian alat dan pemantauan hasil deteksi sensor  yang bertujuan  agar  sistem  yang  telah  dirancang  diketahui kinerjanya, apabila masih terdapat hasil yang tidak sesuai, maka dilakukan perbaikan dan memastikan bahwa sistem berjalan dengan benar.
5. Tahapan Pemeliharaan Sistem
Tahapan yang terakhir yakni melakukan peninjauan ulang terhadap sistem yang telah dibuat baik dari perangkat keras dan  perangkat  lunaknya,  apakah  sudah  sesuai  dengan kebutuhan fungsional. Selain itu untuk mendukung sistem tersebut  dilakukan  pemeliharaan  agar  sistem  dapat  terus bekerja  dengan  benar,  namun  apabila  terjadi  error  maka akan dapat langsung ditangani.

## C. Protokol MQTT
Jenis  protokol  MQTT (Message  Queuing  Telemetry Transport) menerapkan mekanisme Publish dan Subscribe . Terdapat tiga bagian penting dalam protokol MQTT yakni blok publisher ,  blok broker dan  blok  s ubscriber .  Blok publisher mempunyai tanggung jawab untuk mengirimkan informasi  data  sensor  yang  tersimpan  dalam topic sedangkan subscriber memperoleh  informasi  berupa  data sensor  yang  dikirim  dari publisher dengan  terlebih  dahuu menjadi pelanggan pada topic yang tersimpan di publisher [12].  Dengan  kata  lain  agar  informasi  diterima  protokol MQTT subscriber harus  mempunyai topic yang  sama dengan publisher . Protokol ini bekerja diatas stack TCP/IP. Protokol MQTT merupakan protokol yang ringan, terbuka, sederhana dan low bandwidth sehingga membuat protokol tersebut dapat digunakan dalam banyak keadaan, termasuk ketika menggunakan sebagai kebutuhan Internet of Things (IoT)  maupun  komunikasi machine-to-machine (M2M) [13].

## Gambar 2. Gambaran Sistem Perangkat

## III. Hasil dan Pembahasan
Pada  bagian  dibawah  ini  merupakan  penjelasan  hasil  dan pembahasan yang diuraikan berdasarkan tahapan-tahapan pada metode yang digunakan.
1. Hasil Analisis Kebutuhan
Hasil  dari  tahapan    analisis  kebutuhan  yakni  sistem  yang dirancang dibagi menjadi 3 blok berupa publisher,  broker dan subscriber.
Gambar 3. Blok diagram perancangan sistem
Blok pertama yakni publisher terdiri dari perangkat input berupa  sensor  gas  MQ2  dan  mikrokontroller  NodeMCU ESP8266 sebagai pengolah data sensor. Untuk pemrograman  perangkat  keras  menggunakan software eopen  source  Arduino  IDE dengan  basis  bahasa  C  yang disediakan di situs arduino.cc [14]. Blok berikutnya broker Adafruit. IO yang akan memfilter topic yang sesuai dengan publisher dan subscriber .  Hasil  deteksi  sensor  gas dipantau melalui layanan Adafruit.IO .
2. Hasil Desain Sistem Berdasarkan  tahapan  sebelumnya,  sistem  yang  dirancang terdiri  dari publisher,  broker dan subscriber .  Blok Mikrokontroller  NodeMCU  ESP8266  bertugas  sebagai publisher yang akan memberikan pesan dalam topic berupa data  sensor  gas.  Data  sensor  tersebut  ditrasnmisikan melalui broker yang bertugas sebagai perantara publisher dan subscriber . Broker menjadi layanan server yang sangat penting  pada  jaringan  protokol  MQTT  agar  perangkat dapat  saling  berkomunikasi  satu  sama  lain  [15].  Broker menerima  seluruh  pesan  yang  masuk,  mengolah  dan menyaring  pesan  agar  pesan  sampai  pada subscriber dengan  topik  yang  sesuai.  Agar  data  sensor  dapat  dibaca oleh  pengguna  maka subscriber harus  mempunyai topic berupa data sensor gas.
Gambar 4. Perancangan Sistem
3. Hasil Implementasi Sistem
Dibawah ini merupakan hasil perancangan perangkat keras berupa  sensor  gas  MQ2,  NodeMCU  ESP8266  dan beberapa  komponen ouput seperti  lampu  led  dan  buzzer sebagai indikator apabila sensor mendeteksi dengan batas maksimum.

## Gambar 5. Perangkat Keras
Terdapat  beberapa  bagian  penting  dalam  permrograman diantaranya  menyiapkan  kelas  MQTT  klien  dengan mengirimkan perangkat yang menjadi wifi client dalam hal ini  NodeMCU  ESP8266,  server  MQTT Adafruit.IO dan detail login .
Gambar 6. Setup klien MQTT
Dibawah  ini  merupakan  program  pembacaan  sensor  gas MQ2  ketika  mendeteksi  objek.  Dengan  menggunakan compiler Arduino IDE ,  untuk pembacaan dapat menambahkan library MQ2.

## Gambar 7. Program Pembacaan Sensor Gas
4. Hasil Uji Coba Sistem
Pengujian  sistem  dilakukan  dengan  dua  cara  untuk mengetahui  kinerja  sistem.  Jenis  pengujian  yakni sensitivitas sensor dan  delay pengiriman data ke Adafruit dengan protokol MQTT.
Pengujian  sensor  dilakukan  terhadap  jarak  dan  dua  jenis kondisi  ruangan  (terbuka  dan  tertutup)  dan  dilakukan dalam  durasi  waktu  masing-masing  15  menit.  Alat diletakkan  disekitar  kompor  gas  untuk  mengukur  tingkat sensitivitasnya seperti pada gambar 8.
Gambar 8. Pengukuran Gas Terhadap Jarak Hasil  pengujian  digambarkan  dalam  grafik  perbandingan seperti gambar 9.
Gambar 9. Grafik Perbandingan Pengukuran Gas
Dapat dilihat dari gambar 9 bahwa kepekatan gas diudara dipengaruhi  jarak  dan  kondisi  ruangan.  Pengujian  pada ruang  tertutup  diperoleh  nilai  data  sensor  lebih  tinggi daripada ruang terbuka. Hal ini disebabkan karena gas oleh benda padat seperti pintu dan tembok ruangan sedangkan pada  ruang  terbuka  gas  akan  terurai  keluar  ruangan. Kondisi jarak juga dapat menentukan bahwa ketika situasi jarak  sensor  semakin  jauh  dengan  objek  maka  nilai  data sensor  semakin  kecil,  yang  artinya  bahwa  tingkat sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh jarak.
Berikutnya  adalah  hasil  pengujian  delay  dengan  protokol komunikasi  MQTT.  Tujuannya  adalah  untuk  mengetahui waktu  yang  dibutuhkan  slam  pengiriman  data  dari pengirim ke penerima [16]. Pengiriman data diawali ketika perangkat  keras  tersambung  dengan  jaringan  internet melalui access  point .  Setelah  perangkat  keras  terhubung, maka  lalu  lintas  data  ditangkap  menggunakan tool wireshark . Hasil pengamatan ditujukkan dalam gambar 10.
360 380 400 3 cm 6 cm 9 cm 12 cm 15 cm

## Pengukuran Gas Terhadap Jarak
Ruang Tertutup Ruang Terbuka
WiFiClient client; Adafruit_MQTT_Client mqtt ( & client , AIO_SERVER, AIO_SERVERPORT, AIO_USERNAME, AIO_KEY ) ; Adafruit_MQTT_Publish Kadar_Gas = Adafruit_MQTT_Publish ( &mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/Kadar_Gas" ) ;
float *values= mq2 . read ( true ) ; //jika lpg_gas = mq2 . readLPG () ;
Gambar 10. Grafik Delay MQTT
Berdasarkan pengamatan yang telah  dilakukan diperoleh hasil  rata-rata  pengamatan  delay  bahwa  ketika  situasi jarak  perangkat  keras  semakin  jauh  dengan  perangkat klien  maka  waktu delay semakin  tinggi.  Hal  ini  berlaku sama dengan tiga kondisi waktu yang berbeda.

## IV. Kesimpulan
Berdarkan  pengujian  diperoleh  kesimpulan  bahwa  sistem pendeteksi  gas  dengan  protokol  MQTT  dapat  digunakan dengan baik. Hal ini dibuktikan dengan pengujian sensitivitas sensor dan delay .
1. Untuk pengujian sensitivitas sensor menunjukkan bahwa tingkat  sensitivitas  sensor  dapat  dipengaruhi  oleh  jarak. Semakin  jauh  jarak  dari  objek  yang  dideteksi  maka semakin rendah nilai data sensornya.
2. Pengujian delay menunjukkan bahwa semakin jauh jarak perangkat  keras  dengan  perangkat  klien,  maka  waktu pengiriman data sensor juga semakin lama.
Peneliti  menyarankan  untuk  penelitian  selanjutnya  dengan penggunaan  perangkat  yang  sama  dapat  melakukan pengukuran  lebih  banyak  terkait  parameter  QoS (Quality  of Services).

## V. Daftar Pustaka
[1] www.opendata.surabaya.go.id, “Jumlah kejadian kebakaran bangunan - Jumlah kejadian kebakaran bangunan - Satu Data Surabaya,” 2022. https://opendata.surabaya.go.id/fa_IR/dataset/2500- 5454-318/resource/969915c7-90d2-4711-bd44- 9588ea0675f1 (accessed Mar. 23, 2023).
[2] S. Sembiring, R. Panjaitan Leonardo, and A. Altway, “Pemanfaatan Gas Alam sebagai LPG (Liquified Petroleum Gas),” JURNAL TEKNIK ITS , vol. 8, 2019.
[3] J. Tiara, P. Herman, ; Neneng, W. Isnawaty, and ; Candradewini, “IMPLEMENTASI KEBIJAKAN PENANGGULANGAN DAN PENCEGAHAN BAHAYA KEBAKARAN DI KOTA ADMINISTRASI JAKARTA SELATAN IMPLEMENTATION OF FIRE PREVENTION AND
CONTROL POLICIES IN THE ADMINISTRATIVE CITY OF SOUTH JAKARTA,” 2022.
[4] N. Hidayat, S. Hidayat, N. A. Pramono, and U. Nadirah, “Sistem Deteksi Kebocoran Gas Sederhana Berbasis Arduino Uno,” Rekayasa , vol. 13, no. 2, pp.
181–186, Aug. 2020, doi:
10.21107/rekayasa.v13i2.6737.
[5] M. Gilang Ganesha, M. Ikhsan Sani, and M. Lisda Meisaroh, “‘(IoT GAS LEAKAGE DETECTOR BASED ON BLYNK),’” 2020.
[6] I. Istiyanto, R. Solehudin, Y. Nofarenzi, T. Setiyorini, and U. N. Mandiri, “Alat Pendeteksi Dini Kebocoran Gas LPG Dengan Sensor MQ2 Dan Sensor Api Berbasis IoT Menggununakan NodeMCU,” 2022.
[Online]. Available:
http://ejournal.bsi.ac.id/ejurnal/index.php/infortech
[7] N. P. Windryani, N. Bogi, and R. Mayasari, “ANALISA PERBANDINGAN PROTOKOL MQTT DENGAN HTTP PADA IOT PLATFORM PATRIOT
COMPARISON ANALYSIS BETWEEN MQTT
AND HTTP PROTOCOL IN PATRIOT IOT PLATFORM,” 2019.
[8] Sarmidi and R. Akhmad Fauzi, “JURNAL MANAJEMEN DAN TEKNIK INFORMATIKA PENDETEKSI KEBOCORAN GAS MENGGUNAKAN SENSOR MQ-2 BERBASIS ARDUINO UNO,” JUMANTAKA , vol. 03, p. 1, 2019.
[9] G. Suprianto and Wirawan, 2018 EECCIS : Electrical Power, Electronics, Communications, Controls and Informatics Seminar : Batu, East Java, Indonesia, October 9-11, 2018 . EECCIS, 2018.
[10] U. Banten Jaya, S. Dwiyatno, R. Iskandar, E. Nuryani, and U. Serang Raya Jl Raya Serang Cilegon Drangong Taktakan Kota Serang Banten, “PENGENDALI LAMPU KANTOR MENGGUNAKAN GOOGLE ASSISTANT DAN ADAFRUIT. IO BERBASIS NODEMCU ESP8266,” vol. 5, no. 1, 2021, [Online].
Available:
https://cf.shopee.co.id/file/c8a5271c5205c81eeb34dca
2af1bdfcd
[11] N. Hidayati, “Penggunaan Metode Waterfall Dalam Rancang Bangun Sistem Informasi Penjualan,” 2019.
[12] M. Diono, A. Dwika Putri, H. Azwar, and dan Wahyuni Khabzli, “Sistem Monitoring Jaringan Sensor Node Berbasis Protokol MQTT,” 2021. [Online]. Available:
https://jurnal.pcr.ac.id/index.php/elementer
[13] B. M. Susanto et al. , “IMPLEMENTASI MQTT PROTOCOL PADA SMART HOME SECURITY BERBASIS WEB,” 2018.
[14] P. Widya Kumara, “ROBOT LINE FOLLOWER BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO UNO ATMEGA328,” Jurnal Informanika , vol. 5, no.
1, 2019.
0,866 0,875
0,888 0,896 0 1 2 3 3 Meter 6 Meter 9 Meter 12 Meter Delay MQTT 15 Menit 30 Menit 45 Menit
[15] A. Kurnianto, J. Dedy Irawan, and F. X. Ariwibisono, “PENERAPAN IOT (INTERNET OF THINGS)
UNTUK CONTROLLING LAMPU
MENGGUNAKAN PROTOKOL MQTT BERBASIS WEB,” 2022.
[16] L. Nurfiqin, Z. Sari, F. Dwi, and S. Sumadi, “Analisis Quality of Service (QoS) Protokol MQTT dan HTTP Pada Sistem Smart Metering Arus Listrik,”
REPOSITOR , vol. 3, no. 1, pp. 121–130, 2021.