J OURNAL OF T ELECOMMUNICATION , E LECTRONICS , AND C ONTROL E NGINEERING (JTECE) ISSN: 2654-8275 (O NLINE ) JTECE. V OL . 4, N O . 2, PP. 93-98, J ULY 2022 DOI: 10.20895/ JTECE . V 4 I 2.535

## Pemanfaatan ESP32 sebagai Sistem
Pemantauan Kualitas Air Keran Siap Minum secara Real-Time Menggunakan Aplikasi
Utilization of ESP32 as A Real-Time Ready-to- Drink Tap Water Quality Monitoring System Using an Application
Cindy Tio Helena Manurung 1 , Jaenal Arifin 2, *, Fikra Titan Syifa 3 , Raditya Artha Rochmanto 4
1,3,4 Prodi S1 Teknik Telekomunikasi, 2 Prodi Teknik Elektro, Institut Teknologi Telkom Purwokerto Jl.D.I. Panjaitan, Purwokerto, Banyumas, Jawa Tengah, Indonesia
2, *Penulis korespondensi: jaetoga@ittelkom-pwt.ac.id
1 17101009@ittelkom-pwt.ac.id , 3 fikra@ittelkom-pwt.ac.id, 4 raditya@ittelkom-pwt.ac.id
Received on 15-02-2022, accepted on 16-06-2022, published on 05-07-2022

## Abstrak
Pemantauan kualitas air keran siap minum sangat penting bagi kesehatan manusia. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem yang dapat mendeteksi kualitas air dengan memanfaatkan teknologi Internet of Things . Pada penelitian ini, sensor Analog pH meter v2, Suhu DS18B20, dan Turbidity SEN0189 digunakan untuk mendeteksi nilai pH, Suhu, dan kekeruhan pada air. Disamping itu g oogle firebase , MIT App Inventor dan WireShark digunakan sebagai pendukung teknologi  IoT  serta  pemantau  QoS.  Ketiga  sensor  diuji  untuk  mencari  nilai error menggunakan  3  sampel  yang berbeda  untuk  masing-masing  sensor.  Cairan  uji  pH buffer 4,9;7,5;dan8,8  digunakan  untuk  menguji  sensor  pH. Sampel  air  suhu  29,1 ℃ ;8,7 ℃ ;  dan  65,0 ℃ digunakan  untuk  menguji  sensor  suhu.  Sampel  air  keruh  439NTU,
1404NTU, dan 2589NTU digunakan untuk menguji sensor turbidity. Pengujian Quality of Service menggunakan tiga parameter yaitu packetloss,delay, dan throughput. Hasil pengujian sensor pH, suhu, dan turbidity mendapatkan nilai error sebesar 0,85%;1,31%; dan 0,49% untuk pH; 1,90%; 3,09%; dan 1,39% untuk suhu; 2,58%;2,63%; dan 2,91% untuk  kekeruhan.  Hasil  pengujian QoS mendapatkan  nilai  rata-rata packet  loss 0,01%; delay 20,36  ms,  dan throughput 581,14  bit/sec.  Berdasarkan  hasil  nilai error ,  sensor  pH,suhu  dan turbidity cukup  akurat.  Pengujian packetloss dan delay sudah menampilkan hasil yang baik. Namun, hasil throughput masih harus ditingkatkan.
Kata kunci: Google firebase , Monitoring kualitas air,Sensor analog pH meter v2, Quality of Service

## Abstract
Monitoring  the  quality  of  ready-to-drink  tap  water  is  very  important  for  human  health.  Therefore,  we  need  a system that can detect water quality using Internet of Things technology. In this study, the Analog pH meter v2 sensor,  Temperature  DS18B20,  and  Turbidity  SEN0189  were  used  to  detect  the  pH,  temperature,  and  turbidity value in water. In addition, Google Firebase, MIT App Inventor, and WireShark are used to support IoT technology and monitor QoS. The three sensors were tested to find the error value using three different samples for  each sensor. The pH buffer test fluids 4.9, 7.5, and 8.8 were used to test the pH sensor. Water sample temperatures of 29.1 ℃ , 8.7 ℃ , and 65.0 ℃ were used to test the temperature sensor. Turbid water samples 439NTU, 1404NTU, and 2589NTU  were  used to  test the turbidity  sensor.  Quality  of  Service  testing  used  three  parameters:  packet  loss, delay,  and  throughput.  The  error  test  results  are:  0.85,  1.31,  and  0.49%  for  pH;  1.90,  3.09,  and  1.39%  for temperature; 2.58, 2.63, and 2.91% for turbidity. The QoS test results get an average packet loss value of 0.01%, 20.36 ms delay, and 581.14 bit/sec throughput. Based on the results of the error value, the pH, temperature, and turbidity sensors are quite accurate. Packet loss and delay testing have shown good results. However, throughput results still need to be improved.
Keywords: Analog pH meter v2, Google firebase, Quality of Service, Water quality monitoring

## I. P ENDAHULUAN
Salah satu elemen penting bagi manusia adalah air. Sekitar 70% dari permukaan bumi ditutupi dengan air, namun tidak semua sumber air dapat dikonsumsi. Kelangkaan air terjadi, seiring dengan pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat [1]. Disamping itu, Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) merupakan salah satu perusahaan yang bergerak pada bidang pengolahan air baku menjadi air yang dapat dikonsumsi. [2]. Berdasarkan PERMENKES No. 492/Menkes/Per/IV/2010, syarat air layak dikonsumsi manusia secara langsung yaitu tidak berasa, tidak berbau, tidak berwarna, tidak mengandung mikroorganisme, serta tidak mengandung logam berat atau ringan. Parameter fisik air meliputi tingkat kekeruhan, suhu, dan pH[3].
Berdasarkan  penelitian  terdahulu  yang  dilakukan  Manish  Kumar  Jha et  all, menggunakan  parameter pH, turbidity, suhu, dan conductivity pada sistem pemantauan air serta menampilkan hasil kualitas air pada Web. Namun, tidak disertai dengan pengujian parameter Quality of Service . Selanjutnya, penelitian yang dilakukan  Yaareb  Al-khashab et  all yang  berfokus  pada  pengujian  dan  pemantauan  air  secara realtime menggunakan  ESP8266  disertai  platform IoT  Thingspeak namun  masih  menggunakan  mikrokontroler ESP8266 yang memiliki pin analog lebih sedikit dibanding ESP32.
Maka sistem pemantau kualitas air dalam penelitian ini, dirancang dengan menggunakan ESP 32 sebagai mikrokontroler,  mikrokontroler  ini  lebih  unggul  karena  tersedia  modul  wifi  dalam  chip.  Disamping  itu, menggunakan  sensor  pH,  suhu,  dan turbidity dengan  memanfaatkan  teknologi Internet  of  Things dan aplikasi MIT App Inventor untuk menampilkan kualitas air melalui jaringan internet [4]. Lalu dilengkapi dengan analisis jaringan Quality of Service untuk menunjukan parameter Packet loss, delay, dan throughput dalam pengiriman data[5].

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Perancangan Sistem
Tahap perancangan sistem diawali dengan merancang sensor kekeruhan, suhu dan pH kemudian melakukan proses desain database lalu melakukan proses desain aplikasi.
Gambar 1. Skema Perancangan Sistem Keseluruhan
Gambar  1.  menampilkan  alur  dari  perancangan  sistem  yang  akan  dilakukan  pada  penelitian  ini.  Pada kotak pertama, mencakup tiga buah sensor diantaranya ph sensor,turbidity sensor dan temperature sensor yang berfungsi sebagai input data ketiga jenis sensor akan mengirimkan data digital dan analog, kemudian pada kotak kedua terdapat mikrokontroler ESP 32 sebagai pengendali utama dari sensor yang digunakan dan modul Wi-Fi dan bertidak sebagai  pemroses data[6]. Data yang telah diproses kemudian dikirimkan menggunakan  modul  Wi-Fi  menuju platform Google  firebase sebagai  media cloud [7],  kemudian  data tersebut akan ditampilkan pada aplikasi sebagai media user interface ( output ), pada penelitian ini peneliti menggunakan  MIT application yang  merupakan  lingkungan  pemrograman  visual  yang  intuitif  yang memungkinkan semua orang bahkan anak-anak untuk  membangun aplikasi  yang berfungsi  penuh untuk smartphone dan tablet [8].

## B. Perancangan Hardware
Gambar 2.  Rancangan Hardware
Pada  perancangan hardware yang  ditunjukan  gambar  2.  menggunakan  tiga  buah  sensor,  satu  buah mikrokontroler ESP32, satu buah resistor dan satu buah breadboard . Pada bagian rangkaian sensor suhu, kabel  bewarna  hitam  terhubung  dengan ground melalui  kabel jumper ,  kabel  bewarna  merah  (VDD) terhubung dengan pin 3v3 ESP32 melalui kabel jumper dan kabel bewarna kuning ( DATA ) terhubung pin D1  ESP32  melalui  kabel jumper .  Diantara  kabel  bewarna  kuning  dan  merah  terdapat  resistor,  guna mendapatkan arus yang sesuai dengan kebutuhan sensor tersebut. Pada bagian sensor Ph, kabel bewarna kuning (DATA) terhubung dengan pin D35 pada ESP32, kabel bewarna orange terhubung dengan pin GND melalui kabel jumper pada ESP32 dan kabel bewarna merah terhubung dengan pin 3v3 pada ESP32 melalui kabel jumper . Pada bagian rangkaian sensor kekeruhan ( turbidity) kabel bewarna hitam terhubung pin GND pada  ESP32,  kabel  bewarna  merah  terhubung  pin  Vin  pada ESP32,  kabel  kuning  terhubung  dengan  pin D34 pada ESP32.

## C. Pengujian Alat
1. Sensor
a. pH meter v2
Pada  pengujian  sensor  analog  pH  meter  v2  menggunakan  pH  meter  sebagai  alat  pembanding  yang bertujuan untuk mendapatkan nilai error dari sensor pH yang digunakan[9]. Pengujian ini menggunakan 3 sampel cairan kalibrasi pH, dengan nilai cairan kalibrasi pH 4.9, 7.5, dan 8.8. Pengujian dilakukan sebanyak 30 kali dengan melakukan pengambilan data sebanyak 30 tiap pengujian. Setelah itu data akan diproses sebagai berikut :
Persamaan perhitungan nilai error
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = Nilai dari pembacaan alat ukur  − Nilai yang dihasilkan sensor Nilai dari pembacaan alat ukur × 100 (1)

## Persamaan perhitungan nilai akurasi
𝐴𝑘𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 = 100 % − 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 (2)
b. Suhu Dallas DSB1820
Pada  pengujian  sensor  analog  Suhu  Dallas  DSB1820  menggunakan  termometer  air  sebagai  alat pembanding  dengan  tujuan  untuk  mendapatkan  nilai error dari  sensor  yang  digunakan[10].  Pengujian
dilakukan sebanyak 30 kali dengan melakukan pengambilan data sebanyak 30 tiap pengujian. Setelah itu data akan diproses sesuai dengan rumus persamaan 1 dan 2.
c. Turbidity SEN0189
Pada pengujian sensor turbidity SEN0189 menggunakan turbidity meter sebagai alat pembanding yang bertujuan  untuk  mendapatkan  nilai error dari  sensor  kekeruhan  yang  digunakan[11].  Pengujian  ini menggunakan  3  contoh  sampel  air  dengan  nilai  kekeruhan  sebesar  439ntu,  1404ntu  dan  2589ntu. Berdasarkan pembacaan sensor kekeruhan maka data akan diproses sesuai dengan rumus persamaan 1 dan 2.

## 2. Quality of Service
Pada pengujian QoS dilakukan pengambilan data dengan perbedaan jarak dari 0 meter hingga berpindah tiap 5 meter dari penerima ke pengirim. Pengujian QoS dilakukan untuk mengetahui perfomansi jaringan, dengan  menjalankan  sistem  menggunakan  software  Arduino  IDE  dan  juga  software  wireshark  sebagai pemantau dalam pengujian QoS. Pada pengujian QoS dilakukan sebanyak 27 kali pengujian dengan 3 tipe waktu pengujian selama 1 menit, 2 menit dan 3 menit. Dari tiap pengujian tersebut menghasilkan  data dari throughput, delay dan packetloss yang akan diproses sesuai persamaan berikut: Persamaan perhitungan throughput :
𝑡ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 = Jumlah data yang dikirim waktu pengiriman data (3)
Persamaan perhitungan delay :
𝑅𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 = total 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 paket data yang diterima (4)
Persamaan perhitungan packet loss :
𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝐿𝑜𝑠𝑠 = Paket data yang dikirim − paket data yang diterima paket data yang dikirim × 100 (5)

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Sensor
Tabel 1. Hasil Pengujian sensor pH No Cairan pH Error rate(%) Akurasi sensor(%) 1 4.9 0.85 99.15 % 2 7.5 1.31 98.69 % 3 8.8 0.49 99.51 %
Tabel 1 menunjukan tipe cairan kalibrasi pH yang digunakan dalam pengujian dan menghasilkan nilai error .  Nilai error tersebut  dihasilkan  dari  perhitungan  rumus  persamaan  1  yang  menggunakan  nilai pembacaan  sensor  dan  nilai  pembacaan  dari  alat  ukur  kemudian  menggunakan  persamaan  2  dalam menentukan  akurasi.  Berdasarkan  hasil  pengujian,  tingkat  akurasi  sensor  dinyatakan  baik  dengan persentase error sebesar 0,85%;1,31%; dan 0,49%. Adapun hal yang mempengaruhi nilai error bisa berupa tegangan dari sensor yang ditingkatkan agar lebih stabil kemudian menggunakan cairan kalibrasi pH yang baru.
Tabel 2. Hasil Pengujian sensor suhu
No Suhu Error rate(%) Akurasi sensor 1 29.1°C 1.90 98.1 % 2 8.7 °C 3.09 96.91 % 3 65 °C 1.39 98.61 %
Tabel  2  menampilkan  tipe  sampel  air  dengan  suhu  berbeda-beda,  menghasilkan  nilai error yang didapatkan  dengan  menggunakan  rumus  persamaan  1  kemudian  menggunakan  persamaan  2  dalam menentukan akurasi. Berdasarkan hasil pengujian, tingkat akurasi sensor dikatakan baik dengan persentase error sebesar  1,90%;  3,09%;  dan1,39%.  Adapun  hal  yang  mempengaruhi  nilai error diatasi  dengan menggunakan sensor dan alat ukur yang luas penampangnya sama.
Tabel 3. Hasil pengujian sensor kekeruhan
No Turbidity meter (NTU) Sensor SEN0189 (NTU) Error rate(%) Akurasi sensor (%) 1 439 427,66 2,58 97,42 2 1404 1367,10 2,63 97,37 3 2589 2513,77 2,91 97,09
Tabel  3  menunjukan tipe  air  dengan  kekeruhan  berbeda-beda  yang  menghasilkan  nilai  rata-rata error menggunakan  rumus  persamaan  1  kemudian  menggunakan  persamaan  2  dalam  menentukan  akurasi. Berdasarkan hasil pengujian, tingkat akurasi sensor kekeruhan dalam kategori baik dengan persentase error sebesar  2,58%;2,63%;  dan  2,91%.  Untuk  meningkatkan  akurasi  maka  dapat  dilakukan  dengan memperhatikan tegangan pada sensor agar lebih stabil.

## B. Quality of Service (QoS)

## Tabel 4. Hasil Pengujian QoS
No Parameter QoS Hasil Kategori Indeks 1 Throughput 581,14bps cukup 2 2 Delay 1367,30ms jelek 1 3 Packet loss 0,02% baik 4
Tabel  4  menunjukan  hasil  dari  pengujian  parameter Quality  of  Service yang  terdiri  dari throughput,delay, dan packetloss .  Pada  parameter throughput menghasilkan  nilai  rata-rata  pengujian sebesar  581,14bps  yang dikategorikan dengan indeks 2 sesuai  rumus persamaan 3 yang digunakan pada standar Tiphon. Nilai throughput ditingkatkan dengan memperhatikan kondisi jaringan internet agar tetap stabil. Kemudian parameter delay menghasilkan nilai rata-rata pengujian sebesar 1367,30ms yang termasuk dalam kategori jelek dengan indeks 1 berdasarkan standar Tiphon yang didapatkan dengan menggunakan rumus persamaan 4. Hal tersebut diatasi dengan memperhatikan jarak, antrian yang berlebih dalam jaringan dan  media  fisik  yang  digunakan.  Disamping  itu,  parameter packet  loss menghasilkan  nilai  rata-rata pengujian sebesar 0,02% yang termasuk dalam kategori baik dengan indeks 4 sesuai standar Tiphon yang didapatkan  dengan  menggunakan  rumus  persamaan  5.  Namun  untuk  meningkatkan  agar  tidak  adanya packetloss maka  memperhatikan  padatnya  lalu  lintas  pengiriman  data  yang  menjadikan  paket  tersebut dibuang kemudian dikirimkan kembali.

## C. Aplikasi MIT App Inventor
a.layar pertama
b.layar kedua Gambar 3. Hasil Perancangan Aplikasi
Gambar 3(a)  menampilkan layar  pertama yang berisikan  logo  aplikasi  dan disertai  dengan push button. Kemudian  gambar  3(b)  merupakan  layar  kedua  pada  aplikasi  yang  menampilkan nilai  suhu,  pH,  dan kekeruhan  secara  realtime.  Layar  tersebut  menampilkan  nilai  dari  tiap  sensor  berubah-ubah  ketika mikrokontroler telah diberi daya dan tersambung dengan koneksi wi-fi.

## IV. KESIMPULAN
Hasil  perancangan  sistem  pemantauan  kualitas  air  keran  siap  minum  dan  aplikasi MIT  App  Inventor , berjalan dengan baik  dengan menampilkan nilai monitoring serta waktu monitoring yang dihasilkan oleh tiap sensor. Selain itu, hasil pengujian sensor pH, suhu, dan turbidity menunjukan hasil yang baik dengan nilai  error  sebesar  0,85%;1,31%;  dan  0,49%  untuk  pH;  1,90%;  3,09%;  dan  1,39%  untuk  suhu; 2,58%;2,63%;  dan  2,91%  untuk  kekeruhan.  Disamping  itu,  hasil  pengujian  packetloss  dan  delay  sudah menampilkan  hasil  yang  baik.  Namun,  hasil  throughput  masih  harus  ditingkatkan  dengan  nilai  rata-rata packet loss 0,01%; delay 20,36 ms, dan throughput 581,14 bit/sec.

## R EFERENCES
[1]  M. Kumar Jha, R. Kumari Sah, M. S. Rashmitha, R. Sinha, B. Sujatha, and K. V. Suma, “Smart Water Monitoring System for Real-Time Water Quality and Usage Monitoring,” Proc. Int. Conf. Inven. Res. Comput. Appl. ICIRCA 2018, no. ICIRCA, pp. 617–621, 2018, doi: 10.1109/ICIRCA.2018.8597179.
[2]  N. Zamaruddin, “Monitoring dan Evaluasi Kualitas Air Pada Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Area Aceh Besar Bulan April dan Juli Monitoring and Evaluation Quality of Drinking Water Industry (PDAM) at Aceh Besar in April and July,” J Aceh Phys. Soc., vol. 7, no. 1, pp. 39–42, 2018, [Online]. Available: http://jurnal.unsyiah.ac.id/JAcPS/article/view/9436.
[3]  Mentri  Kesehatan  Republik  Indonesia,  Peraturan  Menteri  Kesehatan  Republik  Indonesia  No.492/MENKES/PER/IV/2010 Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. 2013.
[4]  D. A. S. & E. S. Sigit Wasista, Setiawardhana, “Sigit Wasista, Setiawardhana, Delima Ayu Saraswati & Eko Susanto,” in Buku Aplikasi Internet Of Things (IoT) Dengan ARDUINO Dan ANDROID “Membangun Smart Home Dan Smart Robot Berbasis Arduino Dan Android,” DEEPUBLISH, 2019, p. 1.
[5]  A. Husna, H. Toha Hidayat, and J. B. Teknologi Informasi dan Komputer Politeknik Negeri Lhokseumawe Jln, “Penerapan IoT Pada Sistem Otomatisasi Lampu Penerangan Ruangan Dengan Sensor Gerak Dan Sensor Cahaya Menggunakan Android,” J. Teknol. Rekayasa Inf. dan Komput., vol. 3, no. 1, pp. 2581–2882, 2019.
[6]  Espressif  Systems,  “ESP32-WROOM-32  (ESP-WROOM-32)  Datasheet,”  vol.  32,  2018,  [Online].  Available: https://www.mouser.com/datasheet/2/891/esp-wroom-32_datasheet_en-1223836.pdf.
[7]  R. A. A. Rosyana Fitria Purnomo, Onno W. Purbo, Firebase: Membangun Aplikasi Berbasis Android. ANDI (Anggota IKAPI), 2020.
[8]  MIT App Inventor; Karen Lang; MIT Computer Science and Artificial Intelligence Lab.; Selim Tezel, Become an App Inventor: The Official Guide from MIT App Inventor. 2022.
[9]  D. Robot, “DATASHEET pH,” 2019.
https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Gravity:_Analog_pH_Sensor/Meter_Kit_V2_SKU:SEN0161-V2 1/6.
[10]  Maxim Integrated, “DATASHEET DS18B20,” 2019. https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf.
[11]  DFRobot, “DATASHEET TURBIDITY,” 2017. https://wiki.dfrobot.com/Turbidity_sensor_SKU__SEN0189.