## DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENGUKUR KUALITAS UDARA PM10 BERBASIS MIKROKONTROLLER
Nur Arminarahmah 1 , Muhammad Rasyidan 2 , Zaenuddin 3
1,2,3) Fakultas Teknologi Informasi, UNISKA MAB Banjarmasin
Email : nur.armina@fti.uniska-bjm.ac.id 1 , mr.syidan@gmail.com 2 , Zaenuddin.uniska@gmail.com 3

## ABSTRAK
Kondisi  udara  pada  lingkungan  tempat  tinggal  sudah  mulai  tercemar  oleh  polutan-polutan  berupa  asap pembakaran lahan, asap rokok, asap kendaraan bermotor serta banyak lagi sumber polutan yang lain.Untuk proses pendeteksian  kualitas  udara  pada  lingkungan  kampus  UNISKA  Banjarbaru  maka  dirancanglah  sebuah  alat  yang berfungsi  untuk  mendeteksi  kualitas  udara  berbasis  mikrokontroller.Sensor  yang  digunakan  adalah  DSM501a sebagai sensor pengukur kadar polutan PM10 dan MQ-135  sebagai  sensor  tambahan  untuk  jenis  polutan  seperti amonia, CO 2, Asap dan gas.Mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Uno. Kata kunci : Arduino Uno ,DSM501a ,PM10,

## ABSTRACT
Air conditions in the environment where the living has begun polluted by pollutants such as land-burning smoke, cigarette smoke, motor vehicle fumes and many other sources of pollutant.We designed a Microcontroller based tool that serves to detect Air quality campus environment of UNISKA Banjarbaru.Sensor used is DSM501a as a sensor measuring levels of pollutants PM10 ,CO2, Smoke. The used is Arduino Uno.
Keyword :Arduino UNO,DSM501a, PM10

## I. PENDAHULUAN
Udara merupakan komponen penting dalam kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya sehingga perlu dipelihara kualitasnya agar dapat berfungsi maksimal untuk mendukung kehidupan yang sehat bagi makhluk hidup.
Polutan  memiliki  dampak  terhadap  kesehatan  dan  lingkungan  ([1]  ).  Dampak  kesehatannya  berupa infeksi  saluran  pernapasan  [1],  [2],  ([10],  [11],  [15]  selain  berdampak  pada  pernapasan  juga  berbahaya bagi  kesehatan  jantung  [1],  [2],  dan  mengganggu  pertumbuhan  tulang  pada  anak-anak  [3].Terhadap lingkungan  mengganggu  jarak  pandang  dalam  [9],  [13],  [14],  [15],  dan  kenyamanan  berada  diluar ruangan.
Kondisi  lingkungan  yang  padat  penduduk  tidak  terlepas  dari  asap  baik  dari  hasil  pembakaran  hutan, asap  rokok  dan  pembakaran  dari  kendaraan  bermotor.Peringatan  secara  tertulis  tidak  berdampak maksimal  untuk  mengurangi  tingkat  polusi  khususnya  larangan  merokok  dan  peringatan  terhadap  alat transportasi yang mengeluarkan asap-asap kendaraan bermotor serta tingkat pembakaran lahan, sehingga perlu suatu rancang bangun yang diharapkan mampu digunakan sebagai pendeteksi tingkat kualitas udara serta  sebagai  peringatan  berupa  alarm  ketika  terdeteksi  asap  baik  PM10,  asap  rokok    atau  jenis  polusi udara lainnya di wilayah kampus UNISKA Banjarbaru.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Polutan  adalah  benda  yang  menyebabkan  pencemaran  sesuatu  terutama  air  atau  atmosfer  [4].Untuk polutan  udara  berupa  partikel  (partikulate  mater),  oksidan  fotokimia  dan  ozon  tingkat  bumi,  karbon monoksida, sulfur oksida ,nitrogen oksida dan timbal.
Klasifikasi polutan dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu : 1. Polutan Primer, yaitu polutan yang dikeluarkan langsung dari sumber tertentu dan dapat berupa gas (CO, CO2,  S, N, Cl, F, NO2, SO2)
2. Polutan  Kimiawi  yaitu  polutan  yang  berbentuk  senyawa  kimia  baik  senyawa  sintetis  maupun alami ( S04,   Logam, Timbal dan merkuri )
3. Polutan  Biologis  yaitu  polutan  yang  berbentuk  makhluk  hidup  yang  dapat  menimbulkan pencemaran ( Bakteri E.Coli, Gulma )
Emisi  adalah  jumlah  polutan  yang  di  keluarkan  ke  udara  dalam  suatu  satuan  waktu  tertentu.  Emisi dapat disebabkan oleh proses alam misalnya asap kendaraan bermotor, asap pabrik dan sisa pembakaran. [5] II.1 P ARTICULATE M ATER
10 (PM10)
Particulate  mater  atau  polusi  partikel  merupakan  campuran  partikel  padat  dan  tetesan  cairan  yang ditemukan  di  udara.Beberapa  partikel  seperti  debu,  kotoran,  jelaga  atau  asap  yang  sangat  pekat  dapat terlihat jelas oleh mata sedangkan partikel yang begitu kecil hanya dapat dideteksi dengan menggunakan mikroskop elektron. [4]
Asap  merupakan  campuran  bahan  partikulat,uap,  gas  dan  abu  secara  garis  besar  Particulate  Mater dibagi menjadi 3 kelompok yaitu: PM10, PM2,5, dan PM1 1 µ m [6].PM10 merupakan jenis partikel yang bisa dihirup oleh hidung dengan diameter berukuran 10 mikrometer.PM 2,5 partikel dengan diameter 2,5 mikrometer dan PM1 diameter parikelnya 1 mikrometer. [6].
Sumber dari polutan PM10 adalah bisa dari lokasi konstruksi, jalan beraspal, pembakaran lahan serta asap kendaraan bermotor [4].

## II.2 D AMPAK K ESEHATAN
Dampak   polutan  PM10    terhadap  kesehatan  yaitu  saat  partikel  masuk  ke  sistem  pernafasan menyebabkan  gangguan  pada    infeksi  saluran  pernapasan  ([10];  [1];  [2];  [15];  [11]  dan  PM10  juga berdampak  bagi  kesehatan  jantung  [1],  [2],  serta  mengganggu  pertumbuhan  tulang  pada  anak-anak [3].Disamping dampak terhadap kesehatan dampak yang ditimbulkan oleh PM10 juga pada lingkungan, cuaca dan iklim ([12]; [16]; yang serta kerusakan properti.
Ukuran median diameter PM10 yaitu kurang dari 10 µ m dan bisa lolos dari saringan [14]buat hidung [7]  sehingga    menyebabkan  jenis  polutan  ini  masuk  ke  sistem  pernafasan  sehingga  menyebabkan gangguan infeksi saluran pernapasan serta polutan ini juga berbahaya bagi kesehatan jantung ([10]; [1]; [2]; [15]; [11].Dampak yang paling besar adalah pengaruh pada jarak pandang karena mengganggu jalur cahaya melalui efek penyerapan dan pemencaran [9].

## II.3 M IKROKONTROLLER
Mikrokontroller  (pengendali  mikro)  merupakan  rangkaian  elektronik  yang  memiliki  fungsi mengendalikan serta mengatur cara kerja pada rangkaian elektronika .
Perbedaan utama dari mikrokontroller dan mikroprosesor adalah mikrokontroller tidak hanya memiliki CPU  juga  dilengkapi  dengan  memori,  input  dan  output  sebagai  perlengkapan  minimum  dari  sebuah mikrokomputer  yang  dapat  berdiri  sendiri  sedangkan  mikroprosessor  merupakan sebuah  central processing unit (CPU) elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini serta memiliki sirkuit lainnya di  atas  sebuah  sirkuit  terintegrasi  yang  bersifat  semikonduktor  tapi  tanpa  ada  interface  untuk  input  dan output.
Mikrokotnroller  Arduino  Uno  adalah  papan  elektronik  yang  komponen  utamanya  adalah  chip mikrokontroller  dengan  jenis  AVR  dan    bersifat  open  source  [8].Mikrokontroller  memiliki  banyak  tipe dan saah satu mikrokontroller yang akan digunakan pada penelitian ini adalah Arduino Uno.
Sensor yang digunakan adalah DSM501a yaitu sensor yang berfungsi sebagai pengukur kadar PM10.

## III.HASIL PEMBAHASAN

## III.1 P ERANCANGAN D ESAIN DAN I MPLEMENTAS I
Prinsip  kerja  dari  desain  dan  implementasi  ini  adalah  saat  alat  mikrokontroller  terdeteksi  asap  yang jumlah kepekatan diluar dari normal maka akan ada pemberitahuan pada layar lcd berupa skala kepekatan asap sebagai peringatan kadar polutan diruangan kampus uniska banjarbaru.
Deteksi polutan berdasarkan hasil deteksi sensor asap dan PM10 yaitu menggunakan sensor DSM501a .Sensor asap ini bekerja berdasarkan perubahan tegangan sesuai dengan jumlah gumpalan yang diterima permukaan sensor, sehingga jika nilai gumpalan asap yang terbaca mencapai nilai yang telah ditentukan untuk  kondisi  abnormal  maka  sistem  sensor  memberikan  informasi  pada  layar  lcd  berupa  angka kepekatan adanya polusi udara pada ruangan.

## III.2 P ERSIAPAN H ARDWARE
Persiapan hardware untuk mendeteksi adanya polusi udara pada ruangan, maka diperlukan sensor asap. Sensor  asap  yang  digunakan  pada  rancang  bangun  ini  menggunakan  DSM501a  serta  datasheet,  flame sensor  DSM501a  mampu  menangkap  asap  dengan  rata-rata  940nm  dengan  lebar  bandwidth  spectrum panjang gelombang 760nm – 1100nm sehingga sangat cocok digunakan untuk mendeteksi adanya sumber asap didekat permukaan sensor, sementara itu output dari modul sensor asap DSM501a berupa tegangan yang  mempresentasikan  besar  kecilnya  kondisi  asap  yang  diterima  permukaan  sensor  sehingga  pada perancangan ini output dari sensor dihubungkan dengan pin analog (ADC) pada ARDUINO.
Gambar 1.Rangkaian Arduino Uno

## III.3 Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat  Lunak  pada  perancangan  alat  ini  dibangun  menggunakan  bahasa C dengan compiler Codevision AVR . Keseluruhan maupun perangkat lunak untuk mengakses bagian-bagian dari sistem diatur didalam Arduino UNO Atmega328.

## III.3.1 A LGORITMA PEMBACAAN ADC I NTERNAL ARDUINO
Algoritma pengkonversian data analog ke digital melalui ADC Internal Arduino Uno meliputi beberapa pa[14]eter dan register yang disetting dan ditunjukkan pada perancangan flowchart

## Gambar 2.Flowchart Proses ADC Internal Arduino UNO
Pengertian Delay disini  adalah  waktu  tunda  dari  internal  control  ADC  pada  mikrokontroller  yang dimanfaatkan untuk proses konversi. Proses tersebut diatur berdasarkan konfigurasi ADC dari clock yang dirancang,  sementara  itu  untuk  mengetahui  proses  selesainya  konversi  ADC  berada  pada  register ADCSRA  pada  bit  ke  4,  yaitu  bit  akan  0  saat  konversi  ADC  selesai  dan  berlogika  1  (high)  jika  proses konversi  sedang  berlangsung.Hasil  konversi  ADC  selanjutnya  disimpan  pada  register  ADCH  untuk  bit MSB ( bit 8 dan bit 9) sementara bit rendah (LSB) tersimpan pada register ADCL yaitu bit 0 hingga 7 sehingga data dapat diambil dari register tersebut,selanjutnya bit ADCSRA bit ke 4 di buat high secara manual sebagai tanda pada internal controller ADC bahwa data ADC telah dibaca.
Pada  pemrog[14]an  arduino,  sistem  pembacaan  ADC  melalui  perangkat  lunak  arduino  telah  dikemas menjadi satu perintah sederhana yaitu analog.read(analog input) sehingga seting pa[14]eter pada register ADC sebagaimana gambar telah dilakukan secara otomatis pada Arduino UNO.

## III.3.2 A LGORITMA PEMBACAAN S ENSOR PM10 DSM501a
Sensor  DSM501a  adalah  jenis  sensor  gas  yang  berfungsi  untuk  mengetahui  konsentrasi  gas  karbon monoksida dan sensor ini salah satunya dipakai dalam memantau gas karbonmonoksida.
Karakter  dari  sensor  DSM501a  ini  memiliki  tingkat  sensitivitas  tinggi  dan  waktu  respon  yang cepat.Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog.Sensor ini juga membutuhkan tegangan sebesar 5V serta sensor ini memiliki nilai resistansi sensor yang dapat berubah jika terkena gas dan  sebagai  pembersihan ruangan  sensor  dari  kontaminasi  udara  luar.  Keluaran sensor  ini  dihubungkan dengan  analog  digital  converter,sehingga  keluaran  dapat  ditampilkan  dalam  bentuk  sinyal  digital. Rangkaian  sensor  diberi  tenaga  tegangan  sebesar  5V  dan  diberi  komponen  resistor  sebagai  beban  agar tidak terkena arus yang terlalu besar.
Gambar 3.Sensor DSM501a

## IV. P ENGUJIAN
Saat  alat  pertama  kali  dinyalakan  maka  LCD  akan  menampilkan  inisialisasi  penangkapan  sinyal,  dan yang terakhir LCD akan menampilkan kadar asap dan status kondisi kepekatan asap dari api. Tampilan awal  LCD  digambarkan  pada  Gambar  dibawah  ini,sedangkan  untuk  proses  inisialisasi  penangkapan sinyal serta status tetap LCD.

## Gambar 4.Rakitan Mikrokontroller dan Sensor
Source code dibawah ini merupakan sorce code yang digunakan untuk menampilkan data ke lcd void loop() { duration = pulseIn(pin, LOW); lowpulseoccupancy = lowpulseoccupancy+duration; lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(ratio); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print(concentration);
Proses pengujian adanya asap yaitu dengan cara memberikan asap rokok serta pembakaran kertas pada sensor DSM501a. Pada kondisi awal saat inisialisasi pada arduino saat catu daya telah aktif dan software keseluruhan sudah didownload pada rangkaian.
Gambar 5.Tampilan di LCD saat kondisi awal

## Gambar 6.Hasil Data Sensor dari kondisi tanpa asap
Rangkaian  penghisap  gas  pada  bagian  atas  sensor  DSM501a  yang  berguna  untuk  mengambil  sampel gas yang akan diuji dan saklar elektronik yang berfungsi untuk memicu deteksi asap.Rangkaian penghisap gas  ini  akan  bekerja  dalam  rentang  waktu.Penghitungan  kadar  partikulat  matter  pada  kandungan  gas haruslah  diketahui  volume  gas  yang  akan  diuji.  Untuk  mengetahui  volume  gas  yang terhisap  diperlukan  rumus: V = A . ω . r . t ,  dengan V =  volume  gas, A =  luas  penampang, ω =  kecepatan putar penghisap, r = jari-jari penampang, dan t = waktu.Pengujian rangkaian Penimbang dilakukan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian penimbang pada sensor PM10.
Source code untuk proses perhitungan kadar asap didalam alat sensor asap yang kemudian diupload ke mikrokontroller untuk diproses ratio = lowpulseoccupancy/(sampletime_ms*10.0);  // Integer percentage 0=>100 concentration = 1.1*pow(ratio,3)-3.8*pow(ratio,2)+520*ratio+0.62; // using spec sheet curve if (concentration < 1.0) {Serial.println("Udara Segar dan Tanpa asap "); } if  (concentration  >  1.0  &&  concentration  <  10000)  {Serial.println("Angin  sepoi-sepoi,  membawa sedikit debu");
if (concentration > 10000 && concentration < 15000) {Serial.println("Terdeteksi asap tipis dari korek api !");
if (concentration > 15000) {Serial.println("Asap rokok atau kebakaran besar !!! WASPADAAAAA ");
Gambar 7. Hasil peringatan  ketika kondisi polutannya diatas rata-rata
Gambar 8. Hasil Data Sensor dari kondisi dengan asap

## IV.KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  perancangan  dan  analisa  sistem  yang  dirancang,  maka  kesimpulan  dari  desain  dan implementasi mikrokontroller yaitu dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Hasil  pengujian  perangkat  sensor  pada  lingkungan  didalam  ruangan  secara  langsung  dapat terdeteksi  dengan  menggunakan  perangkat  sensor  yang  digunakan  dan  siap  digunakan  dalam  sistem pengendalian dapat dikembangkan untuk kondisi yang luas cakupannya.
2. Pengembangan visualisasi informasi melalui website atau media yang lebih informatif sehingga dapat  berfungsi  maksimal  sebagai  sistem  pengawasan  kualitas  udara  dan  sebagai  saran  untuk pengembangan  lebih  luas  yang  dipadukan  dengan  visualisasi  data  yang  baik  dapat  meningkatkan penyampaian  informasi  kepada  masyarakat  khususnya  pada  masyarakat  sekitar  lingkungan  kampus UNISKA Banjarbaru.
3. Sensor  asap  rokok  yang  dirancang  menggunakan  DSM501A  bertugas  mendeteksi  asap  dengan perubahan terhadap kepekatan asap kemudian dikonversi menjadi tegangan agar dapat dibaca ADC.
4. Pengembangan yang diharapkan adalah dapat dikombinasikan kedalam beberapa sensor lain sehingga rancang bangun dapat berfungsi lebih baik dan informasi yang dihasilkan juga lebih variatif dan bermanfaat tidak hanya untuk mengukur kwalitas udara.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   World Health Organization, "Public health, environmental and social determinants of health (PHE)," [Online]. Available: http://www.who.int/phe/air_quality_q&a. [Accessed 10 4 2016].
[2]   Huboyo [2] dan Sutrisno, "Analisis Konsentrasi Particulate Matter 10 (PM10) pada Udara Diluar Ruang (Studi Kasus : Stasiun Ta[13] - Semarang)," TEKNIK, vol. 30, no. 1, pp. 44-48, 2009.
[3]   C.Liu [3], E. Fuertes, C. Flexeder, L. C. Hofbauer, D. Berdel, B. Hoffmann, J. Kratzsch, A. v. berg and J. Heinrich, "Associations betweens Ambient Air Pollution and Bone Turnover Markers in 10-year old children: Result from the GINIplus and LISAplus Studies," International Journal of Hygiene and Environmental Health, vol. 218, pp. 58-65, 2015.
[4]   Oxford Dictioneries, "pollutant - definition of pollutant in English from the Oxford dictionary," 8 September 2013. [Online]. Available: http://www.oxforddictionaries.com/us/definition/american_english/pollutant.
[5]   Kistinnah I ; Lestari ES, Biologi Makhluk Hidup dan Lingkungannya, Jakarta: Pusat Perbukuan departemen Pendidikan Nasional, 2006.
[6]   P. G. Satsangi, A. Kulshrestha, A. Taneja and P. S. Rao, "Measurements of PM10 and PM2. 5 in aerosols in Agra, a semi-arid region of India," Indian Journal of Radio & Space Physics, vol. 40, pp. 203-210, 8 2011.
[7]   A. Gindo and B. Hari, "Pengukuran Partikel Udara Ambien (Tsp, PM10, PM2, 5) Di Sekitar Calon Lokasi Pltn Semanjung Lemahabang," in Prosiding seminar nasional teknologi pengolahan limbah VI , 2012.
[8]   Efendi Ilham, "Pengertian dan Kelebihan Arduino," 2014. [Online]. Available: http://www.it-jurnal.com.
[9]   Sabetghadam, Samaneh, and Farhang Ahmadi Givi. 2014. “Relationship of Extinction Coefficient, Air Pollution, and Meteorological Parameters in an Urban Area during 2007 to 2009.” Environmental Science and Pollution Research 21 (1): 538–47. doi:10.1007/s11356-013-1901-9.
[10]   Bunawas Tjasyono, Klimatologi Umum, Bandung: ITB, 1999.
[11]
[12]
[13]
Yusnabeti , Ririn Arminsih Wulandari, and Ruth Luciana. 2010. “PM10 Dan Infeksi Saluran Pernapasan Akut Pada Pekerja Industri Mebel.” Makara Kesehatan 14 (1): 25–29.
Bhaskar dan  M Mehta. 2010. “Atmospheric Particulate Pollutants and Their Relationship with Meteorology in Ahmedabad.” Aerosol and Air Quality Research 10 (4): 301–15. doi:10.4209/aaqr.2009.10.0069.
Wang, Jun, Zimei Hu, Yuanyuan Chen, Zhenlou Chen, and Shiyuan Xu. 2013. “Contamination Characteristics and  Possible  Sources  of  PM10  and  PM2.5  in  Different  Functional  Areas  of  Shanghai,  China.”  Atmospheric Environment 68 (3663). Elsevier: 221–29. doi:10.1016/j.atmosenv.2012.10.070.
Ram,  Kirpa,  M.  M.  Sarin,  and  S.  N.  Tripathi.  2012.  “Temporal  Trends  in  Atmospheric  PM2  .  5  ,  PM10  ,
[14]
[15]
[16]
Elemental Carbon, Organic Carbon, WaterSoluble Organic Carbon, and Optical Properties: Impact of Biomass Burning Emissions in The Indo- Gangetic Plain.” Environmental Science & Technology 46 (2): 686–95.
Abdullah, Nur Aleesha, Siti Hawa Shuhaimi, Toh Ying Ying, and Afizal Haqeem Shapee. 2011. “The Study of Seasonal  Variation  of  PM10  Concentration  in  Peninsular,  Sabah  and  Sarawak.”  Malaysian  Meteorological Department 9: 1–28.
Choi,  Yong  Sang,  Chang  Hoi  Ho,  Jinwon  Kim,  Dao  Yi  Gong,  and  Rokjin  J.  Park.  2008.  “The  Impact  of Aerosols on the Summer Rainfall Frequency in China.” Journal of Applied Meteorology and Climatology 47 (6): 1802–13. doi:10.1175/2007JAMC1745.1
[17] Zhang,  Kuang-ling.  2002.  “Spatial  and  Seasonal  Variation  of  PM10  Mass  Concentrations  in  Taiwan.” Atmospheric Environment 36 (21): 3403–11.