## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498

## Perancangan dan Implementasi Sistem Pemantauan Kualitas Udara berbasis IoT menggunakan Wemos D1 Mini dan Android
Alvian Dafa Prakoso 1 , Theophilus Wellem 2,*
Fakultas Teknologi Informasi, Program Studi Teknik Informatika, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga, Indonesia Email: 1 672018258@student.uksw.edu, 2,* theophilus.wellem@uksw.edu Email Penulis Korespondensi: theophilus.wellem@uksw.edu Submitted: 07/11/2022 ; Accepted: 12/12/2022 ; Published : 30/12/2022
Abstrak− Sistem pemantauan dan kontrol berbasis Internet-of-Things (IoT) telah banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada aplikasi smart city, smart home (atau home automation), dan smart transportation. Salah satu contoh penerapan IoT pada smart city dan juga smart home adalah sistem pemantauan kualitas udara. Pemantauan kualitas udara, baik di dalam ruangan maupun  di  luar  ruangan,  merupakan  hal  yang  penting  bagi  kesehatan  karena  pencemaran  udara  yang  berasal  dari  gas  seperti karbonmonoksida (CO) atau karbondioksida (CO 2 ) dapat menyebabkan penyakit atau infeksi pada saluran pernapasan. Oleh karena itu  diperlukan  sistem  untuk  memantau  kualitas  udara  dan  memberikan  informasi  mengenai  kualitas  udara  kepada  pengguna. Penelitian ini bertujuan untuk  merancang dan mengimplementasikan sistem pemantauan kualitas udara berbasis IoT. Perangkat keras pada sistem ini menggunakan board Wemos D1 Mini, sensor gas MQ-9 untuk mengukur kadar gas CO dan sensor gas MQ- 135 untuk mengukur kadar gas CO 2 . Suatu aplikasi berbasis Android juga diimplementasikan untuk mengakses dan menampilkan hasil  pengukuran  kualitas  udara  oleh  sistem  yang  disimpan  pada  cloud  database  (Firebase).  Pengujian  sistem  dilakukan menggunakan  asap  yang  berasal  dari  pembakaran  kertas  dengan  jarak  dari  sensor  yang  bervariasi.  Hasil  pengujian  sistem menunjukkan bahwa sistem yang diimplementasikan dapat mengukur kadar gas CO dalam ruangan dengan jangkauan antara 7 ppm hingga 38 ppm. Untuk kadar gas CO 2 dalam ruangan diperoleh hasil pengukuran antara 200 ppm hingga 1000 ppm.
Kata Kunci: Sistem Pemantauan; Kualitas Udara; Wemos D1 Mini; IoT; Android
Abstract −Internet-of-Things (IoT)-based monitoring and control systems have been widely used in daily life, for example, in smart cities, smart homes (or home automation), and intelligent transportation applications. One example of the application of IoT  in smart cities and smart homes is the air quality monitoring system. Monitoring air quality, both indoors and outdoors, is essential for health because air pollution from gases such as carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO2) can cause disease or infection in the respiratory tract. Therefore, a system is needed to monitor air quality and provide information about air quality to users. This study aims to design and implement an IoT-based air quality monitoring system. The hardware in this system uses the Wemos D1 Mini board, the MQ-9 gas sensor to measure carbon monoxide (CO) gas levels, and the MQ-135 gas sensor to measure carbon dioxide  (CO2)  gas  levels.  An  Android-based  application  is  also  implemented  to  access  and  display  the  results  of  air  quality measurements by the system stored in the cloud database (Firebase). System testing is carried out using smoke from burning paper at varying distances from the sensors. The system test results show that the implemented system can measure CO gas levels in the room from 7 ppm to 38 ppm. The measurement results for CO 2 gas levels in the room are between 200 ppm to 1000 ppm.
Keywords : Monitoring System; Air Quality; Wemos D1 Mini; IoT; Android

## 1. PENDAHULUAN
Udara  merupakan  komponen  penting  yang  menjadi  kebutuhan  utama  bagi  makluk  hidup  untuk  mempertahankan kehidupannya.  Oleh  karena  itu,  udara  harus  dijaga  kualitasnya  agar  tidak  tercemar  dengan  material  atau  gas  yang berbahaya  bagi  kesehatan  [1].  Sumber  pencemaran  udara  dapat  berasal  dari  berbagai  kegiatan  industri  (pabrik), transportasi, perkantoran, dan perumahan. Aktivitas-aktivitas tersebut memberikan kontribusi besar pada pencemaran udara  terutama  di  kota  besar.  Selain  itu,  kebakaran  hutan  dan  gunung  meletus  dapat  menjadi  sumber  pencemaran udara.  Meskipun  manusia  memiliki  indera  dan  pengetahuan  untuk  dapat  memperkirakan  pencemaran  udara  di sekitarnya, namun  pengukuran level pencemaran udara tanpa alat bantu akan sulit untuk dilakukan. Pendeteksian gas atau polutan lainnya di udara tidak mudah untuk dideteksi tanpa menggunakan alat untuk mendeteksi gas atau polutan tersebut  [2].  Dengan  perkembangan  teknologi  informasi  dan  komunikasi  saat  ini,  terutama  teknologi Internet - of - Things (IoT), masalah pemantauan kualitas udara secara berkelanjutan dan real-time dapat dilakukan menggunakan perangkat keras (mikrokontroler dan berbagai macam sensor) dan perangkat lunak pendukungnya. Sistem pemantauan kualitas  udara  berbasis  IoT  telah  dikembangkan  pada  berbagai  penelitian  akademik  [3]–[6].  Sistem  pemantauan kualitas udara di jalan raya berbasis IoT diimplementasikan pada penelitian [3]. Sistem ini hanya menggunakan satu sensor  yaitu  MQ-135  untuk mengukur  kadar  gas  karbondioksida  (CO 2 ). Board Wemos D1  R1  dan  aplikasi  Blynk digunakan  sebagai  platform  IoT  untuk  pengembangan  sistem  tersebut.  Penelitian  [4]  merancang  sistem  untuk memantau polusi  udara.  Sensor  yang digunakan  pada  penelitian  tersebut  hanya  satu  sensor  yaitu  TGS-2242  untuk mendeteksi gas karbonmonoksida (CO). Sistem tersebut kemudian akan menampilkan informasi mengenai kadar gas CO  kepada  pengguna  melalui  LCD.  Pada  penelitian  [5]  dikembangkan  alat  monitoring  gas  CO 2 berbasis  IoT menggunakan  NodeMCU  ESP8266  dan  sensor  MQ-135.  Hasil  pengukuran  kadar  gas  CO 2 dapat  diakses  melalui aplikasi pada smartphone Android. Selanjutnya, sistem kontrol dan monitoring kualitas udara berbasis fuzzy logic dan board Wemos dikembangkan pada penelitian [6]. Sensor yang digunakan pada penelitian tersebut adalah sensor MQ- 7  dan  sensor  MQ-135.  Hasil  pengukuran  kualitas  udara  oleh  sensor yang  diproses  pada board Wemos  dikirimkan melalui koneksi WiFi dan ditampilkan pada suatu aplikasi berbasis web.

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
Pemantauan kualitas udara secara berkala merupakan hal yang penting untuk kesehatan masyarakat. Informasi mengenai  tingkat  pencemaran  udara  menjadi  dasar  untuk  melakukan  tindakan  pencegahan  polusi  udara  secara berlebihan. Gas seperti CO dan CO 2 , metana (CH 4 ), propana (C 3 H 8 ), maupun partikel-partikel debu ( respirable and inhalable dust ) dapat membahayakan kesehatan makhluk hidup dan tidak dapat dideteksi dengan mudah. Oleh karena pentingnya pemantauan terhadap  kualitas udara baik di dalam atau di luar ruangan, maka dibutuhkan suatu sistem yang dapat melakukan pemantauan terhadap kualitas udara. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan mengimplementasikan  sistem  pemantauan  kualitas  udara  berbasis  IoT.  Sistem  berbasis  IoT  ini  diharapkan  dapat menyelesaikan  masalah  dan  menjawab  kebutuhan  akan  perlunya  suatu  sistem  pemantauan  udara  yang  dapat memberikan informasi secara berkala mengenai level kualitas udara kepada penggunanya. Sistem pada penelitian ini diimplementasikan menggunakan board Wemos D1 Mini [7] dan dua sensor yang digunakan untuk mengukur kadar konsentrasi  gas  di  udara dalam  suatu  ruangan,  yaitu  sensor  MQ-9  dan  sensor  MQ-135. Hasil  pengukuran  kualitas udara  oleh  sistem  kemudian  dikirimkan  melalui  Intenet  untuk  disimpan  pada database yang  dibuat  menggunakan Firebase [8]. Selain itu, pada penelitian ini diimplementasikan juga suatu aplikasi berbasis Android untuk mengakses dan menampilkan data hasil pengukuran kualitas udara pada smartphone .
Selain penelitian-penelitian yang telah disebutkan sebelumnya, sistem pemantauan kualitas udara berbasis IoT juga  telah  diimplementasikan  pada  beberapa  penelitian  sebagai  berikut.  Penelitian  [9]  mengembangkan  sistem pemantauan kualitas udara menggunakan board Arduino Uno, modul Bluetooth HC05, sensor gas MQ-135 (untuk mengukur kadar gas CO 2 ), dan sensor suhu LM35. Hasil pengukuran dikirimkan melalui  komunikasi Bluetooth ke aplikasi Android pada smartphone untuk ditampilkan kepada pengguna. Pengujian sistem tersebut diutamakan pada pengujian pengiriman data melalui koneksi Bluetooth jika terdapat penghalang atau tidak terdapat penghalang, bukan pada pengukuran kualitas udara. Sistem pemantau kualitas udara menggunakan Arduino dan sistem komunikasi LoRa ( Long  Range )  dikembangkan  pada  penelitian  [10].  Penelitian  tersebut  menggunakan  sensor  TGS2600  dan  sensor TGS2201  masing-masing  untuk  mengukur  kadar  gas  CO  dan  kadar  gas  NO 2 .  Selanjutnya,  terdapat  juga  sensor GP2Y1010AU0F  yang  digunakan  untuk  mengukur  kepadatan  partikel  debu  serta  sensor  SHT11  untuk  mengukur kelembaban dan suhu. Sistem komunikasi LoRa digunakan untuk mengirimkan data dari perangkat keras ke aplikasi web. Hasil pengukuran kualitas udara kemudian ditampilkan pada aplikasi web yang diakses menggunakan browser . Hasil pengujian pada penelitian tersebut menunjukkan bahwa sistem mampu mengirimkan data kualitas udara hingga jarak 300 meter tanpa kehilangan data. Pada penelitian [11] dikembangkan sistem pemantauan kualitas udara dalam ruangan menggunakan board ESP32 dan empat sensor, yaitu  MQ-135, MQ-2, MQ-8, dan MQ-9. Data yang dibaca dari sensor oleh board ESP32 dikirimkan melalui komunikasi Bluetooth ke sebuah smartphone Android. Penelitian [12] mengembangkan sistem pemantauan kualitas udara berbasis web dan wireless sensor network (WSN). Raspberry Pi digunakan sebagai server dan board Wemos D1 sebagai mikrokontroler dan modul WiFi. Sensor yang digunakan adalah sensor MQ-135 (untuk mengukur gas CO 2 ), sensor MQ-7 (untuk mengukur gas CO), dan sensor DHT11 untuk mengukur suhu dan kelembaban. Sistem pemantauan kualitas udara menggunakan NodeMCU dan aplikasi Android juga  dikembangkan  pada  penelitian  [13].  Sistem  pada  penelitian  tersebut  menggunakan  sensor  MQ-135  untuk mengukur kadar gas CO 2 dan sensor DHT11 untuk mengukur suhu dan kelembaban. Hasil pengukuran kadar gas CO 2 , suhu, dan kelembaban disimpan pada database dan dapat diakses melalui aplikasi berbasis Android. Berdasarkan  kajian  terhadap  penelitian-penelitian  sebelumnya,  penelitian  ini  merancang  dan mengimplementasikan  sistem  untuk  memantau  kualitas  udara  berbasis  IoT  menggunakan board Wemos  D1  Mini. Sistem ini diharapkan dapat membantu penggunanya untuk mendapatkan informasi mengenai kadar gas CO dan CO 2 di udara. Secara umum, sistem ini mempunyai tujuan utama yang serupa dengan penelitian-penelitian sebelumnya yaitu memantau kualitas udara. Perbedaan pada berbagai penelitian sejenis terletak pada jumlah dan jenis sensor yang digunakan, serta aplikasi yang digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran (aplikasi berbasis web atau aplikasi berbasis Android). Sistem pada penelitian ini menggunakan dua buah sensor yaitu MQ-9 dan MQ-135, serta aplikasi berbasis Android.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  mengikuti  atau  mengadopsi  metode  pengembangan  dan perancangan  sistem  secara  umum,  yaitu  metode prototype [14].  Dalam  metode prototype ,  langkah-langkah  yang dilakukan  secara  umum  adalah  menganalisis  kebutuhan  sistem  ( requirements  gathering  and  analysis ),  membuat desain sederhana ( quick design ), membuat prototype ( build prototype ), melakukan evaluasi dan perbaikan prototype ( prototype  evaluation  and  refining ),  serta  melakukan  implementasi  dan  pemeliharaan  ( implementation  and maintenance ).  Berdasarkan  pada  langkah-langkah  dalam  metode prototype ,  tahapan  penelitian  yang  dilaksanakan untuk merancang dan mengimplementasikan  sistem pemantauan kualitas udara  berbasis IoT menggunakan Wemos D1 Mini dan Android ditunjukkan pada Gambar 1.

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
Gambar 1. Tahapan Pelaksanaan Penelitian
Tahapan penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 1 dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Identifikasi masalah: Pada tahap ini dilakukan studi literatur terhadap penelitian-penelitian sebelumnya mengenai sistem  pemantauan  kualitas  udara  berbasis  IoT  yang  diimplementasikan  menggunakan  Arduino.  Penelitian- penelitian tersebut digunakan sebagai referensi untuk melakukan penelitian ini.
b. Analisis  kebutuhan:  Pada  tahap  ini  dilakukan  analisis  kebutuhan  untuk  merancang  dan  mengimplementasikan sistem.  Kebutuhan  ini  terdiri  dari  kebutuhan  perangkat  keras  ( hardware )  maupun  kebutuhan  perangkat  lunak ( software ).  Berdasarkan  hasil  analisis  kebutuhan  yang  dilakukan,  perangkat  keras  yang  dibutuhkan  terdiri  dari board Wemos D1 Mini, sensor gas MQ-9, sensor gas MQ-135, modul ADC ADS1115, dan smartphone Android. Deskripsi singkat mengenai perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Wemos D1 Mini merupakan board mikrokontroler (dilengkapi dengan modul WiFi) yang menggunakan chip ESP-8266EX. Board ini beroperasi dengan tegangan 3.3V, memiliki flash memory berukuran 4MB, 11 pin I/O digital, satu pin input analog, port USB, dan mendukung komunikasi serial dengan I2C. Tabel 1 menunjukkan daftar pin pada board Wemos D1 Mini beserta deskripsi singkat fungsi pin tersebut. Software untuk board ini dapat dikembangkan menggunakan Arduino IDE seperti halnya board Arduino Uno dan NodeMCU ESP8266. Adanya modul WiFi yang terintegrasi pada chip ESP-8266EX membuat board ini banyak digunakan dalam pengembangan sistem dan aplikasi IoT. Pada sistem yang dirancang dalam penelitian ini, board Wemos D1 Mini berfungsi sebagai controller yang terhubung dengan modul ADS1115 untuk membaca data dari sensor gas MQ-9 dan sensor gas MQ-135. Selain itu, Wemos D1 Mini juga terkoneksi ke Internet untuk mengirimkan data  hasil  pengukuran  kualitas  udara  ke database pada cloud (pada  penelitian  ini  menggunakan  Firebase Realtime database ).
Tabel 1. Pin pada board Wemos D1 Mini Nama pin Deskripsi/Fungsi RST Reset A0 Analog input (ADC0) D0 Digital input/output (GPIO16) D1 Digital input/output, I2C (GPIO5, SCL) D2 Digital input/output, I2C (GPIO4, SDA) D3 Digital input/output (GPIO0) D4 Digital input/output (GPIO2) D5 Digital input/output, SPI (GPIO14, SCK) D6 Digital input/output, SPI (GPIO12, MISO) D7 Digital input/output, SPI (GPIO13, MOSI) D8 Digital input/output, SPI (GPIO15, SS) 3V3 Supply 3.3V RX Receive (GPIO3) TX Transmit (GPIO1) G Ground (GND) 5V 5V, USB
2. Sensor  gas  MQ-9  merupakan  sensor  untuk  mendeteksi  kadar  (konsentrasi)  gas  CO  dan  gas  lainnya  seperti metana  (CH 4 )  dan  LPG  atau  propana  (C 3 H 8 ).  Pendeteksian  dilakukan  melalui  siklus  suhu  rendah  dan  suhu tinggi. Pada suhu rendah (dipanaskan menggunakan tegangan 1.5V), sensor ini mendeteksi gas CO dan pada suhu tinggi (dipanaskan menggunakan tegangan 5V), sensor ini mendeteksi gas metana, propana dan gas lain yang mudah terbakar ( combustible gas ). Bahan sensor ini adalah tin oxide (SnO 2 ) yang memiliki konduktivitas rendah pada udara bersih. Konduktivitas sensor ini akan naik seiring dengan meningkatnya konsentrasi gas. Perubahan  konduktivitas  pada  sensor  ini  mengindikasikan  perubahan  konsentrasi  gas.  Modul  sensor  MQ-9 yang  digunakan  pada  penelitian  ini  memiliki  empat  pin  yaitu  VCC,  GND,  A0,  dan  D0.  Pin  A0  akan menghasilkan suatu nilai analog berdasarkan konsentrasi gas yang diukur dan pin D0 akan bernilai ‘1’ (HIGH) jika  konsentrasi  gas  lebih  besar  dari  suatu  nilai  tertentu  ( threshold ).  Konsentrasi  kadar  gas  CO  yang  dapat dideteksi oleh sensor ini adalah ~10 ppm hingga ~1000 ppm ( parts per million ).
3. Sensor gas MQ-135 merupakan sensor untuk kualitas udara. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi berbagai macam  gas  seperti  CO 2 ,  ammonia  (NH3),  mononitrogen  oksida  (NO x ),  benzene,  alkohol,  dan  asap.  Pada

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
penelitian  ini,  sensor  MQ-135  digunakan  untuk  mengukur  kadar  gas  CO 2 .  Modul  sensor  MQ-135  yang digunakan pada penelitian ini bekerja menggunakan supply tegangan 5V dan mempunyai empat pin pada board tersebut yaitu VCC, GND, D0 (Digital output ), dan A0 (Analog output ). Pin A0 mempunyai keluaran dalam jangkauan 0V-5V tergantung pada konsentrasi gas dan digunakan untuk mengukur konsentrasi gas dalam ppm. Konsentrasi kadar gas CO 2 yang dapat dideteksi oleh sensor ini adalah ~10 ppm hingga ~1000 ppm.
4. ADS1115 merupakan suatu modul analog-to-digital converter (ADC) yang mempunyai resolusi 16 bit, 4 input channel (A0-A3), dan mempunyai conversion rate maksimum 860 sampel per detik. Arsitektur dari ADC ini menggunakan arsitektur Delta-Sigma. ADS1115 juga mempunyai programmable gain amplifier (PGA), digital comparator , dan I2C interface untuk berkomunikasi dengan suatu peralatan atau board mikrokontroler lainnya. Modul ADS1115 yang digunakan pada penelitian ini mempunyai 10 pin yaitu VDD, GND, SCL ( clock line ), SDA ( data line ), ADDR, ALRT/READY, A0, A1, A2, dan A3. Pin A0-A3 merupakan input analog, pin SCL, SDA,  dan  ADDR  digunakan untuk  komunikasi  I2C,  dan  pin  ALRT/READY  merupakan output dari digital comparator . Pada penelitian ini ADS1115 digunakan sebagai modul ADC yang akan mengambil data analog dari sensor dan mentransmisikannya ke Wemos D1 Mini menggunakan komunikasi I2C. Input tegangan untuk ADS1115 mempunyai range dari 2V hingga 5.5V.
5. Smartphone Android  digunakan  untuk  menjalankan  aplikasi  yang  dikembangkan  untuk  menampilkan  hasil pengukuran  kualitas  udara.  Data  hasil  pengukuran  ini  disimpan  pada database yang  diimplementasikan menggunakan Firebase.
Perangkat  lunak  yang  dibutuhkan  pada  penelitian  ini  adalah  Android  Studio  untuk  mengembangkan aplikasi yang berjalan pada smartphone Android yang akan menampilkan data hasil pengukuran kualitas udara. Perangkat  lunak  lainnya  adalah  Firebase  yang  merupakan database untuk  menyimpan  data  hasil  pengukuran kualitas  udara.  Selain  itu,  Arduino  IDE  digunakan  untuk  mengembangkan  program  yang  akan  diupload  atau diprogram pada mikrokontroler yang ada pada board Wemos D1 Mini.
c. Perancangan dan implementasi sistem: Pada tahap ini dilakukan perancangan perangkat keras dan perangkat lunak untuk sistem pemantauan kualitas udara berbasis IoT. Perancangan alat dilakukan dengan merangkai komponen- komponen untuk merealisasikan alat. Gambar atau skema rangkaian perangkat keras yang menunjukkan hubungan antar komponen-komponen perangkat keras juga dibuat. Untuk perangkat lunak, kode sumber ( source code ) dari perangkat  lunak  ditulis  pada  Arduino  IDE,  dikompilasi,  dan  diprogram  ke board Wemos  D1  Mini.  Selain  itu database dan aplikasi berbasis Android juga diimplementasikan.
d. Pengujian  sistem:  Pada  tahap  ini  dilakukan  pengujian  sistem  untuk  memeriksa  apakah  sistem  yang diimplementasikan dapat berjalan sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan. Jika terdapat hal-hal yang belum memenuhi spesifikasi, maka akan dilakukan perbaikan secara berulang hingga sistem dapat berjalan sesuai fungsi yang diharapkan.
e. Penyimpulan hasil penelitian dan penulisan laporan: Pada tahap ini dilakukan analisis berdasarkan hasil pengujian dan diambil kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. Laporan penelitian ditulis berdasarkan hasil yang diperoleh dari pelaksanaan penelitian.
Diagram blok dari sistem pemantauan kualitas udara berbasis IoT yang diimplementasikan pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 2. Sistem ini menggunakan board Wemos D1 Mini beserta sensor gas untuk memantau kadar konsentrasi gas di udara. Hasil pengukuran disimpan pada database dan aplikasi berbasis Android digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran kualitas udara. Pada penelitian ini nilai kadar gas CO dan gas CO 2 (dalam ppm) dibagi dalam tiga kategori seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2. Pembagian kategori atau level ini dirangkum dari standard-standard yang ada tentang ukuran kualitas udara seperti dari ASHRAE [15], OSHA [16], dan World Health Organization (WHO) [17][18].
Tabel 2. Level kualitas udara berdasarkan nilai ppm Gas Nilai ppm Level CO < 10 Normal 10-30 Sedang > 30 Buruk (Berbahaya) CO2 < 400 Normal 400-1000 Sedang > 1000 Buruk (Berbahaya)
Gambar 2. Diagram blok sistem pemantauan kualitas udara berbasis IoT

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Perancangan dan Implementasi Sistem
Sistem pemantauan kualitas udara  yang dirancang dan diimplementasikan pada penelitian ini menggunakan sensor MQ-9 dan MQ-135 masing-masing untuk mengukur kadar konsentrasi gas CO dan gas CO 2 . Hasil pengukuran yang diperoleh dari sensor akan dikirimkan oleh sistem melalui Internet dan disimpan pada database (Firebase). Pengguna sistem kemudian dapat mengakses hasil pengukuran kualitas udara menggunakan aplikasi berbasis Android. Output dari sensor akan dibaca oleh modul ADS1115 dan kemudian board Wemos D1 Mini mengambil data sensor tersebut dari ADS1115 menggunakan komunikasi I2C (melalui pin SDA dan SCL). Modul ADS1115 digunakan karena board Wemos  D1  Mini  hanya  menyediakan  satu input analog  (A0)  sehingga  dapat  terkoneksi  dengan  satu  sensor  saja, sedangkan pada penelitian ini digunakan dua buah sensor. ADS1115 mempunyai lebih dari satu input analog (A0-A3) sehingga output dari kedua sensor MQ-9 dan MQ-135 dapat diterima oleh board Wemos D1 Mini melalui ADS1115. Koneksi antara modul sensor MQ-9 dan modul sensor MQ-135 dengan modul ADS1115, serta koneksi antara modul ADS1115 dengan board Wemos D1 Mini masing-masing ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4. Pin VCC dan GND pada sensor MQ-9 maupun MQ-135 dihubungkan ke supply tegangan dan ground (0V).
Tabel 3. Pin yang digunakan untuk koneksi sensor dengan ADS1115
Komponen Pin  Pin pada ADS1115 Modul sensor MQ-9 A0 A0 Modul sensor MQ-135  A0 A1
Tabel 4. Pin yang digunakan untuk koneksi ADS1115 dengan board Wemos D1 Mini
Pin pada ADS1115  Pin pada Wemos D1 Mini
SCL SCL/D1 SDA SDA/D2
Diagram alir ( flowchart ) yang menjelaskan cara kerja dari program pada board Wemos D1 Mini ditunjukkan pada Gambar 3.  Saat awal diaktifkan, board Wemos D1 Mini melakukan inisialisasi komponen-komponen perangkat keras yang digunakan dan membentuk koneksi ke Internet melalui modul WiFi. Selanjutnya,  data pengukuran dari sensor MQ-9 dan sensor MQ-135 akan dibaca oleh Wemos D1 Mini melalui ADS1115. Perubahan kadar konsentrasi gas  di  udara  berbanding  lurus  dengan  nilai output tegangan  (analog)  dari  sensor  tersebut.  Semakin  tinggi  kadar konsentrasi gas, maka nilai output tegangan keluaran dari sensor akan semakin besar. Hasil pengukuran ini kemudian akan diproses untuk dikonversi menjadi hasil dalam bentuk ppm dan dikirimkan ke Firebase dengan interval waktu setiap 1 detik. Gambar 4 menunjukkan diagram alir dari aplikasi Android yang digunakan untuk mengakses data hasil pengukuran (kadar gas CO dan kadar gas CO 2 ) yang disimpan pada Firebase dan menampilkan hasil tersebut kepada pengguna. Proses sinkronisasi antara data yang ditampilkan pada aplikasi Android dengan data yang tersimpan pada database dilakukan secara otomatis, sehingga jika terjadi perubahan pada data ( update data dari sensor), maka data yang ditampilkan pada aplikasi adalah data yang terbaru.
Database yang digunakan pada penelitian ini adalah Firebase yang merupakan NoSQL database dan dihosting pada cloud ( cloud-hosted database ). Karena database ini merupakan NoSQL database , data hasil pengukuran kualitas udara disimpan menggunakan child ( nodes ) yang diberi nama CO, CO2, dan TIME. Node CO menyimpan data hasil pengukuran kadar gas CO, node CO2 menyimpan data hasil pengukuran kadar gas CO 2 , dan node TIME menyimpan waktu  saat  data  di- update .  Data  disimpan  dalam  format  JSON  dan  disinkronkan  secara realtime dengan  setiap perangkat atau aplikasi yang terhubung dengan database tersebut.

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
Gambar 4. Diagram alir aplikasi monitoring kualitas udara pada perangkat Android

## 3.2 Pengujian Sistem
Pengujian  sistem  dilakukan  secara  bertahap  diawali  dari  pengujian  komponen-komponen  perangkat  keras  yang digunakan dan koneksi WiFi untuk mengakses Internet. Pengujian koneksi WiFi untuk memastikan board Wemos D1 Mini  dapat  terkoneksi  ke  Internet  dan  mengirimkan  data  hasil  pengukuran  kualitas  udara  ke  Firebase.  Pengujian terhadap sensor MQ-9 dan sensor MQ-135 bertujuan untuk memeriksa apakah kedua sensor tersebut bekerja sesuai fungsinya, serta apakah output dari kedua sensor ini dapat diterima oleh ADS1115 dan board Wemos D1. Pengujian sensor dilakukan dengan cara memberikan asap selama waktu tertentu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Pada pengujian ini juga dilakukan proses kalibrasi sehingga sensor dapat digunakan secara tepat dan hasil pengukuran yang diperoleh dapat diandalkan ( reliable ).
Gambar 5. Pengujian sensor MQ-9 dan MQ-135
Setelah  komponen-komponen  perangkat  keras  dipastikan  dapat  bekerja  dengan  baik,  selanjutnya  dilakukan pengujian sistem secara keseluruhan. Pengujian sistem ini dilakukan dalam ruangan dengan menempatkan sumber gas CO dan CO 2 (menggunakan asap dari pembakaran kertas) pada jarak tertentu terhadap sensor, yaitu 30 cm, 20 cm, dan 10 cm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Waktu pengujian untuk setiap jarak yang digunakan adalah 5 menit. Hal ini bertujuan agar kadar konsentrasi gas CO dan CO 2 dalam ruangan sudah mencukupi sehingga dapat terdeteksi oleh sensor. Hasil pengukuran awal kadar CO dan CO 2 dalam ruangan (kondisi awal saat belum diberikan asap)  masing-masing  adalah  7  ppm  dan  292  ppm  (atau  kualitas  udara  “Normal”)  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 7.

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
Gambar 6. Pengujian sistem pada jarak 30 cm, 20 cm, dan 10 cm
Gambar 7. Hasil pengukuran kondisi awal.
Hasil pengukuran untuk jarak 30 cm, 20 cm, dan 10 cm ditunjukkan pada Gambar 8. Hasil pengukuran untuk pengujian pada jarak 30 cm menunjukkan bahwa kadar gas CO dan CO 2 masing-masing adalah 16 ppm dan 798 ppm dengan kesimpulan kualitas udara dalam level “Sedang”. Selanjutnya, hasil pengukuran untuk pengujian pada jarak 20 cm menunjukkan bahwa kadar gas CO dan CO 2 masing-masing adalah 23 ppm dan 891 ppm dengan kesimpulan kualitas udara juga masih dalam level “Sedang”. Untuk pengujian dengan jarak 10 cm, hasil pengukuran kadar gas CO dan CO 2 masing-masing adalah 31 ppm dan 1026 ppm dengan kesimpulan kualitas udara dalam level “Buruk”. Tabel 5 menunjukkan rangkuman dari hasil pengujian dengan tiga jarak (jarak sumber asap dari sensor) yang berbeda. Masing-masing jarak dicoba dalam waktu 5 menit. Saat satu pengujian selesai dilakukan, diberikan jeda waktu hingga kualitas udara kembali ke level “Normal” dan setelah itu pengujian berikutnya dilakukan.

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
Gambar 8. Hasil pengujian dengan jarak 30 cm, 20 cm, dan 10 cm
Tabel 5. Hasil Pengujian Sistem Jarak Waktu pengukuran Kadar gas CO (ppm) Kadar gas CO 2 (ppm) Level kualitas udara - 5 menit 7 292 Normal (kondisi awal) 30 cm 5 menit 16 798 Sedang 20 cm 5 menit 23 891 Sedang 10 cm 5 menit 31 1026 Buruk

## 4. KESIMPULAN
Penelitian  ini  mempresentasikan  preancangan  dan  implementasi  sistem  pemantauan  kualitas  udara  berbasis  IoT menggunakan board Wemos D1 Mini, sensor MQ-9, sensor MQ-135, dan aplikasi berbasis Android.  Aplikasi yang berjalan pada smartphone Android digunakan oleh pengguna sistem untuk mengambil data hasil pengukuran kualitas udara  (kadar  konsentrasi  gas  CO  dan  CO2)  dari database pada cloud (Firebase)  dan  menampilkannya  pada smartphone . Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa sistem pemantauan kualitas udara yang diimplementasikan  bekerja dengan baik, di mana sistem ini dapat menampilkan informasi kualitas udara kepada pengguna. Hasil pengujian menunjukkan bahwa jika kadar konsentrasi gas CO di bawah nilai 10 ppm dan gas CO 2 di bawah  nilai  400  ppm,  sistem  akan  menunjukkan  bahwa  kualitas  udara  berada  pada  level  “Normal”.  Selanjutnya, sistem ini juga dapat mendeteksi kadar konsentrasi gas dan memberikan informasi kepada pengguna sesuai dengan level kualitas udara yang telah ditetapkan dengan pengujian dengan asap dari pembakaran kertas selama 5 menit. Pada pengujian dengan jarak antara sensor dan sumber asap sebesar 10 cm diperoleh hasil kadar gas CO dan CO 2 masing- masing adalah 31 ppm dan 1026 ppm. Untuk pengembangan lebih lanjut dari sistem ini, dapat ditambahkan sensor- sensor  lain  seperti  sensor  MQ-6  untuk mendeteksi  gas  LPG,  sensor  MQ-137  untuk  mendeteksi  gas  ammonia, dan sensor partikel debu.

## REFERENCES
[1] W. T. Davis, J. S. Fu, and T. Godish, Air Quality , 6th ed. CRC Press, 2022.
[2] W. E. Kuriger, Indoor Air Quality (IAQ) and Air Pollutants in the Home and Office . Independently published, 2022.
[3] M. Sadali, Y. K. Putra, L. Kertawijaya, and I. Gunawan, “Sistem Monitoring dan Notifikasi Kualitas Udara di Jalan Raya dengan Platform IoT,” Infotek J. Inform. dan Teknol. , vol. 5, no. 1, pp. 11–21, Jan. 2022, doi: 10.29408/JIT.V5I1.4384.
[4] M.  G.  Salasa,  A.  Rosadi,  and  N.  Fahriani,  “Perancangan  Alat  Monitoring  Polusi  Udara  Berbasis  Mikrokontroler Menggunakan  Sensor  Gas  TGS-2442,” Comput.  Insight    J.  Comput.  Sci. ,  vol.  3,  no.  1,  2021,  [Online].  Available: http://journal.um-surabaya.ac.id/index.php/CI/article/view/9146.
[5] A. Rochmania, I. Sucahyo, and M. Yantidewi, “Monitoring Kandungan CO2 berbasis IoT dengan NodeMCU ESP8266 dan Sensor MQ135,” J. Sains dan Pendidik. Fis. , vol. 17, no. 3, pp. 249–259, Dec. 2021, doi: 10.35580/JSPF.V17I3.30634.
[6] M. Seno Sahisnu Virdaus and E. Ihsanto, “Rancang Bangun Monitoring Dan Kontrol Kualitas Udara Dengan Metode Fuzzy Logic Berbasis Wemos,” J. Teknol. Elektro , vol. 12, no. 1, pp. 22–28, Jan. 2021, doi: 10.22441/JTE.2021.V12I1.005.
[7] “LOLIN D1 mini — WEMOS documentation.” https://www.wemos.cc/en/latest/d1/d1_mini.html (accessed Oct. 26, 2022).
[8] Google, “Firebase Realtime Database.” https://firebase.google.com/products/realtime-database (accessed Oct. 26, 2022).
[9] M. S. Novelan, “Sistem Monitoring Kualitas Udara Dalam Ruangan Menggunakan Mikrokontroler dan Aplikasi Android,” InfoTekJar    J.  Nas.  Inform.  dan  Teknol.  Jar. ,  vol.  4,  no.  2,  pp.  50–54,  2020,  [Online].  Available:

## Building of Informatics, Technology and Science (BITS)
Volume 4, No 3, Desember 2022 Page: 1246 − 1254 ISSN 2684-8910 (media cetak) ISSN 2685-3310 (media online) DOI 10.47065/bits.v4i3.2498
https://doi.org/10.30743/infotekjar.v5i1.2758.
[10]  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,” Transm. J. Ilm. Tek. Elektro , vol. 22, no. 1, pp. 6–14, Mar. 2020, doi: 10.14710/TRANSMISI.22.1.6-14.
[11]  G.  C.  Ulaan,  V.  C.  Poekoel,  and  A.  H.  J.  Ontowirjo,  “Pembuatan  Aplikasi  Sistem  Monitoring  Kualitas  Udara  Dalam Ruangan,” J. Tek. Inform. , vol. 17, no. 1, pp. 93–104, Jan. 2022, doi: 10.35793/JTI.17.1.2022.34695.
[12]  F.  Tahir,  W.  Ridwan,  and  I.  Z.  Nasibu,  “Monitor  Kualitas  Udara  Berbasis  Web  Menggunakan  Raspberry  Pi  dan  Modul Wemos D1,” J. Tek. , vol. 18, no. 1, pp. 35–44, Jun. 2020, doi: 10.37031/JT.V18I1.57.
[13]  K. Pratama and E. B. Setiawan, “Implementasi Monitoring Kualitas Udara Menggunakan Peramalan Exponential Smoothing dan  NodeMCU  Berbasis  Mobile  Android,” Ultim.  Comput.    J.  Sist.  Komput. ,  vol.  9,  no.  2,  pp.  58–66,  Apr.  2017,  doi: 10.31937/SK.V9I2.656.
[14]  R. Pressman and B. Maxim, Software Engineering: A Practitioner’s Approach , 9th ed. McGraw-Hill, 2019.
[15]  “ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2022, Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality,” 2022.
https://www.ashrae.org/technical-resources/bookstore/standards-62-1-62-2.
[16]  Occupational  Safety  and  Health  Administration,  “1917.24  -  Carbon  monoxide.”  https://www.osha.gov/laws- regs/regulations/standardnumber/1917/1917.24 (accessed Oct. 28, 2022).
[17]  World  Health  Organization,  “Environmental  Health  Criteria  213:  Carbon  Monoxide  (Second  Edition),”  1999. http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/42180/WHO_EHC_213.pdf (accessed Oct. 28, 2022).
[18]  World Health  Organization,  “WHO  Guidelines  for  Indoor  air  Quality:  Selected  Pollutants,”  2010. http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/42180/WHO_EHC_213.pdf.