## Sistem Monitoring Ketersediaan Air pada Perangkat Cuci Tangan Portable berbasis IoT

## DADAN NUR RAMADAN, SUGONDO HADIYOSO, INDRARINI DYAH IRAWATI
Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom, Bandung, Indonesia Email: dadannr@telkomuniversity.ac.id
Received 13 Januari 2021 | Revised 2 Februari 2021 | Accepted 9 Februari 2021

## ABSTRAK
Pada studi ini diimplementasikan sebuah sistem untuk memantau ketinggian air di dalam  drum  secara  online  real-time  menggunakan  platform  Internet  of  Things (IoT).  Sistem  ini  terdiri  dari  sensor  ultrasonik  untuk  estimasi  ketinggian  air, kemudian  data  tersebut  dikirim  ke  firebase  cloud  database,  untuk  diakses  oleh perangkat  monitoring  atau  mengakses  halaman  website.  Level  air  yang  tersisa direpresentasikan dalam nilai persen (%). Rata-rata kesalahan pembacaan sensor adalah tidak lebih dari 2%. Delay pengiriman yang digenerate adalah 39,06 ms, sesuai dengan rekomendasi ITU-T untuk komunikasi real-time. Sistem informasi web  dapat  menampilkan  data  ketinggian  air  dalam  bentuk  numerik  dan  grafik. Sistem ini telah diterapkan di sekolah menengah pertama Al-Azhar kota Bandung dan diharapkan dapat diperluas penerapannya.
Kata kunci : drum, ketinggian air, real-time, IoT

## ABSTRACT
In  this  study,  a real-time  online  monitoring  of  the  water  level in the drum was implemented using the internet of things (IoT) platform. This system consists of ultrasonic sensors to estimate the water level, then the data is sent to the Firebase cloud database, to be accessed by monitoring devices or accessing a website page. Water level is represented as a percent (%). The average sensor reading error is not more than 2%. The generated delivery delay is 39.06 ms, according to ITU-T recommendations for real-time communication. The web information system can display  water  level  data  in  numerical  and  graphic  form.  This  system  has  been implemented  in  Al-Azhar junior  high  school in  Bandung  and it  is  hoped that its application can be expanded.
Keywords : drums, water level, real-time, IoT

## 1. PENDAHULUAN
Protokol kesehatan seperti menjaga jarak, menggunakan masker, mencuci tangan atau dikenal dengan 3M adalah tindakan yang wajib diterapkan dalam masa pandemi Covid-19 mengacu pada  surat  edaran  Menteri  Kesehatan  No.  HK.02.01/MENKES/216/2020 (Kemenkes  RI, 2020) . Fasilitas umum atau tempat umum wajib menyediakan sarana untuk cuci tangan yang memadai  baik  kuantitas  maupun  kualitas.  Bersamaan  dengan  itu,  pemerintah  Indonesia melalui kebijakan pemerintah daerah dan satuan tugas penanganan Covid-19 mulai mengkaji pembukaan sekolah untuk melaksanakan pembelajaran tatap muka. Sebagai salah satu bentuk persiapan maka sekolah-sekolah mulai menyediakan sejumlah perangkat untuk cuci tangan, beberapa portable dan beberapa lainnya permanen. Tempat cuci tangan portable umumnya menggunakan  drum  sebagai  penampung  air.  Ini  memang  sangat  fleksibel  dan  sederhana dalam instalasi. Namun demikian, ketersediaan air di dalam drum harus dilakukan pengecekan berkala secara manual.  Ini  menjadi pekerjaan  yang  kurang  efisien  jika  tempat cuci  tangan portable  dipasang  dalam  jumlah  banyak.  Untuk  mengatasi  masalah  ini,  maka  dibutuhkan sebuah sistem yang dapat memantau kondisi ketinggian air pada drum tersebut.
Sistem pemantauan ketersediaan air dapat dilakukan dengan memasang sensor pada saluran air dan pada bak penampung. Sistem pertama dapat memberikan informasi jumlah air yang telah  digunakan  dan  sistem  kedua  digunakan  untuk  memantau  volume  air  yang  tersedia. Ariessanti, dkk, merealisasikan sebuah sistem monitoring penggunaan air bersih pada saluran PDAM pelanggan secara online melalui website (Ariessanti, dkk, 2020) . Studi oleh Wibowo, mengusulkan sebuah sistem untuk memantau ketinggian air pada tangki untuk mengendalikan pompa secara otomatis (Wibowo, 2017) . Sistem ini menggunakan sensor ultrasonic untuk deteksi  level  air.  Studi  oleh  Yusman,  merealisasikan  perangkat  telemetri  untuk  memonitor ketinggian air sungai berbasis pesan singkat (SMS) (Yusman , 2013) . Penelitian serupa pada aplikasi monitoring ketinggian air  sungai berbasis SMS  juga  dilaporkan pada  studi (Halim, dkk, 2019)  (Tenggono,  dkk, 2015) .  Namun  demikian,  teknologi  transmisi  data  melalui SMS  memerlukan  perangkat  seperti handphone  sehingga  memerlukan  biaya  lebih  tinggi. Monitoring ketinggian permuakaan air berbasis web diusulkan juga pada studi (Fikri, dkk, 2015) . Studi lainnya oleh Abdurahman, merancang sebuah sistem monitoring berikut kendali pintu air secara otomatis dimana aplikasi dibangun menggunakan LabView (Abdurahman, 2018) . Namun demikian, monitoring dan kendali ini tidak dapat dilakukan melalui perangkat handphone. Penelitian lain oleh Watty, merealisasikan prototipe untuk memonitor ketinggian air dalam sebuah tempat penampung air dengan media transmisi bluetooth untuk mengirim data  ke handphone (Watty,  dkk,  2019) .  Penelitian  serupa  tentang  aplikasi  monitoring ketinggian  air  berbasis bluetooth  juga  dilaporkan  pada  studi (Permana,  dkk,  2015) (Tanuatmadja & Wijono, 2017) . Namun demikian, penggunaan bluetooth tentu memiliki keterbatasan jarak transmisi.
Dari beberapa penelitian yang sudah ada belum terdapat studi yang mendesain sebuah sistem untuk  memonitor  ketinggian  air  pada  drum  dengan  menerapkan  sistem multimode.  Oleh karena itu, pada studi ini mengusulkan sebuah sistem untuk memantau ketinggian air di dalam drum secara online dan real-time pada sebuah aplikasi berbasis web. Sistem yang diusulkan juga  mendukung  untuk  diaplikasikan  pada  sejumlah node.  Sistem  ini  terdiri  dari  sensor ultrasonic untuk estimasi ketinggian air dan modul wifi mikrokontroler untuk transmisi data ke jaringan internet eksisting.

## 2. METODE DAN PERANCANGAN
Untuk mengetahui volume air berdasarkan ketinggian air yang ada di dalam drum perangkat cuci tangan portable menggunakan konsep seperti ditampilkan pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Blok Sistem Monitoring Ketersediaan Air pada Drum
Berdasarkan Gambar 1, pada bagian atas drum air ditempatkan sebuah alat untuk mengetahui ketinggian air pada setiap drum, perangkat tersebut terdiri dari sebuah sensor ultrasonic, LCD Display  dan  Mikrokontroler  NodeMCU,  dengan  skematik  diagram  seperti  pada  Gambar  2. Sementara  itu,  skematik  diagram  tampilan  informasi  ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Setiap perangkat monitoring air, memiliki spesifikasi yang sama, kemudian dibedakan berdasarkan ID pada NodeMCU sebagai identitas data pada setiap drum air perangkat cuci tangan portable. NodeMCU adalah sebuah mikrokontroler yang sudah terintegrasi dengan modul internet ESP- 8266, yang dapat digunakan untuk mengirim dan menerima data dari firebase (Wicaksono, dkk, 2019).
Berdasarkan Gambar 2 sensor ultrasonic berfungsi untuk membaca ketinggian air yang berada di dalam drum, kemudian hasil pembacaan dari sensor ultrasonic tersebut akan diolah menjadi besaran  volume  oleh  mikrokontroler  NodeMCU,  kemudian  nilai  volume  akan  dikirimkan  ke firebase  cloud  database,  untuk  disimpan,  dan  ditampilkan  pada  perangkat  atau  website monitoring ketinggian air. Firebase adalah layanan dari google, di mana di dalamnya memiliki fitur  yang  dapat  digunakan  untuk  penyimpanan  data  yaitu real  time  database, yang  dapat diakses dengan menggunakan protocol http (Ramadan, dkk, 2019).
Sensor ultrasonic terhubung pada PIN D7 dan PIN D8 NodeMCU, setiap PIN tersebut memiliki fungsi di mana PIN D7 sebagai trigger yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal ultrasonic, sedangkan PIN D8 sebagai echo atau menerima sinyal pantulan ultrasonic (Renaldi, dkk, 2018) . Trigger akan mengirimkan gelombang ultrasonic dengan frekuensi 40 kHz setiap 10 µS (Sdn, 2013) , gelombang ini akan melalui udara kira-kira dengan kecepatan 340 m/detik, apabila gelombang ini membentur suatu objek atau air, maka gelombang akan dipantulkan kembali ke sensor dan diterima oleh echo, seperti pada Gambar 4.
Gambar 2. Skematik Sensor Monitoring Air pada Drum
Gambar 3. Skematik Perangkat Informasi Ketinggian Air Dalam Drum
Gambar 4. Cara Kerja Sensor Ultrasonic
Dengan mengukur jeda waktu dari gelombang yang dikirimkan oleh trigger terhadap pantulan gelombang  yang  diterima  oleh echo,  maka  tinggi  tabung  yang  tidak  terisi  oleh  air  dapat dihitung seperti yang ditunjukkan pada Persamaan (1) berikut:
𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘  = (𝑐𝑚) (1)
dimana kecepatan gelombang = 340 𝑚 𝑠 ⁄ dan waktu dalam satuan detik.
Waktu perambatan gelombang dapat dihitung menggunakan Persamaan (2) berikut:
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢  = ( ) (𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘) (2)
Untuk jarak 1 cm maka waktu perambatan gelombang adalah
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 = ⁄ = 58,14𝑥10  𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Sehingga untuk menentukan tinggi air di dalam drum dapat dihitung dengan membandingkan waktu pantulan persentimeter, menggunakan waktu (t) lalu dikalikan dengan 1 cm. Dengan ketinggian maksimum air di dalam drum adalah 100 cm, maka ketinggain air adalah 100 cm dikurangi dengan jarak pembacaan air oleh sensor.
Dengan  Modul  ESP-8266  yang  terdapat  pada  NodeMCU,  data  ketinggaian  air  tersebut kemudian dikirim ke internet, melalui perantara hotspot atau wireless access point ke firebase cloud database, untuk disimpan. Data tersebut kemudian diakses oleh perangkat monitoring atau mengakses halaman website, Berikut pada Gambar 5 adalah tampilan dari firebase cloud database, di mana data dari seluruh setiap drum perangkat cuci tangan portable disimpan, dan tampilan website informasi ketinggian air disajikan pada Gambar 6.
Gambar 5. Tampilan Firebase Cloud Database
Gambar 6. Tampilan Website Informasi Ketinggian Air pada Drum Perangkat Cuci Tangan
(a) (b) (c)
Gambar 7. Perangkat Sensor Ketinggian Air (a) Sensor (b) Display (c) Penempatan Sensor
pada Drum
Pada Gambar 7 adalah implementasi sistem monitoring air pada drum perangkat cuci tangan portable. Pada Gambar 7(a) adalah perangkat sensor untuk monitoring ketinggian air pada drum cuci tangan portable, Gambar 7(b) adalah tampilan pembacaan sisa air yang tersedia di dalam drum, sedangkan Gambar 7(c) adalah penempatan sensor di atas drum cuci tangan portable.

## 3. PENGUJIAN DAN DISKUSI
Pengujian  mencakup  akurasi  pembacaan  sensor  terhadap  ketinggian  air  dalam  drum  dan pengukuran besaran paket data.

## 3.1 Akurasi Pembacaan Sensor
Berdasarkan hasil pengujian akurasi pembacaan sensor ultrasonic untuk membaca ketinggian air ditunjukkan pada Gambar 8. Kesalahan pembacaan sensor ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 8. Pengujian Akurasi Pembacaan Sensor Ketinggian Air
Gambar 9. Kesalahan Pembacaan Sensor Ketinggian Air
Dari sepuluh pengujian terhadap sensor ultrasonic dalam membaca jarak, dua sensor yang digunakan dalam studi ini menghasilkan kesalahan pembacaan rata-rata tidak lebih dari 0.02. Ini berarti kesalahan pembacaan pada drum dengan ketinggian 100 cm, kesalahan pembacaan
0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ja ra k (c m ) Pengujian ke- Pengujian Akurasi Pembacaan Sensor Ketinggian Air Jarak Sebenarnya Alat Monitoring 1 Alat Monitoring 2 0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 % E rr or Pengujian Ke- % Kesalahan Pembacaan Sensor Ketinggian Air Alat Monitoring 1 Alat Monitoring 2
tidak  lebih dari  2  cm.  Dengan  nilai  kesalahan  deteksi  tersebut  nantinya  akan  berpengaruh terhadap akurasi sistem dalam mengestimasi volume air pada drum yang dibahas pada bagian selanjutnya.

## 3.2 Pengukuran Volume Air pada Drum
Skenario berikutnya adalah pengujian estimasi volume air berdasarkan level air yang terdeteksi oleh  sensor.  Volume  air  direpresentasikan  dalam  nilai  persen  (%)  untuk  dikirimkan  dan ditampilkan pada aplikasi. Dalam melakukan estimasi dimaksud maka ditentukanlah sebuah persamaan linear pada kondisi ideal yang dihitung berdasarkan variabel ketinggian dan volume air pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Variabel Input dan Output Dalam Menentukan Persamaan Regresi Linear
Tinggi Air (cm) % Volume 80 100 70 90 60 80 50 70 40 55 30 40 20 25 10 15 5 5 0 0
Dari kalkulasi, koefisien atau variabel bebas dan tidak bebas dituangkan dalam Persamaan (3) linear berikut:
y=1.2889 x -0.9521
Dari Persamaan (3), y adalah estimasi volume dan x adalah tinggi level air yang terdeteksi. Dengan menerapkan persamaan tersebut pada keadaan riil maka diperoleh estimasi volume air seperti yang ditunjukkan oleh garis berwarna merah pada Gambar 10. Dari perhitungan ini maka terdapat kesalahan deteksi volume air sebagaimana ditunjukkan oleh Tabel 2.
Gambar 10. Estimasi Volume Air Berdasarkan Persamaan Regresi Yang
Diimplementasikan
(3)
Tabel 2. Estimasi Volume Air dan Kesalahan Deteksi Tinggi Air (cm) % Volume Terdeteksi % Volume riil Kesalahan 80 104,1 100 0,041 70 91,2 90 0,012 60 78,3 80 0,017 50 65,4 70 0,046 40 52,5 55 0,025 30 39,6 40 0,004 20 26,7 25 0,017 10 13,8 15 0,012 5 7.4 5 0,024 0 0.95 0 0,0095 Kesalahan rata-rata 0,0207
Dari  Tabel  2  dapat  diketahui  bahwa  rata-rata  kesalahan  estimasi  volume  air  dari  sepuluh pengujian adalah  0,0207  atau  jika  terdapat  air 100  liter maka  delta  kesalahan  estimasi  air mendekati 2 liter. Hasil ini menunjukkan konsistensi kesalahan dalam deteksi tinggi level air sebesar 2 cm sebagaimana telah dijelaskan pada pembahasan sub bagian sebelumnya. Namun demikian kesalahan yang dihasilkan ini relatif kecil dan dapat ditoleransi karena sistem yang dikembangkan ini tidak memerlukan akurasi tinggi.

## 3.3 Pengukuran Paket Data
Pengujian ini dimaksudkan untuk mengukur besar paket data yang dikirimkan oleh perangkat sensor. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan aplikasi Wireshark. Hasil pengujain yang dilakukan ditampilkan pada Gambar 11.

## Gambar 11. Pengukuran Besar Paket Data
Pengukuran  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  sebuah  laptop  sebagai  monitor  untuk mencatat  seluruh traffic  pada  access  point  yang  digunakan  untuk  menghubungkan  setiap perangkat  sensor.  Berdasarkan  24  kali  pengujian  diperoleh  bahwa  masing-masing  paket mempunyai  ukuran  131 bytes/1048  bits.  Dari  pengukuran  ini  dapat  diketahui  juga  delay pengiriman  data  sebesar  39,06  ms. Delay  pengiriman  yang  dihasilkan  mempunyai  nilai
bervariasi dan ini sangat bergantung dari kondisi jaringan internet yang digunakan. Namun demikian delay  yang  terukur  pada  setiap  paket  tidak  lebih  dari  100  ms.  Merujuk  pada rekomendasi ITU-T, sistem monitoring online yang dibangun ini memenuhi kriteria real time di  mana delay  transmisi  data  kurang  dari  250  ms  dengan  variasi  delay  yang  relatif  kecil (Berger, dkk, 2018) .

## 4. KESIMPULAN
Sistem monitoring ketersediaan air pada drum untuk wastafel cuci tangan portable berbasis IoT dengan aplikasi berbasis web berhasil diimplementasikan di SMPI Al Azhar 36 Bandung. Sistem dirancang menggunakan sensor ultrasonic untuk estimasi ketinggian air pada drum. Modul wifi mikrokontroler digunakan untuk transmisi data ke jaringan internet eksisting. Data ketinggian air dari setiap node berhasil dikirim ke internet, melalui perantara wireless access point yang tersedia ke firebase cloud database. Data tersebut dapat diakses oleh perangkat monitoring yang ditampilkan pada LCD dalam bentuk persentase (%). Selain itu monitoring juga  dapat  dilakukan  dengan  mengakses  halaman website.  Hasil  pengujian  sistem menunjukkan bahwa perangkat pengukur ketinggian air dapat bekerja sesuai desain awal, di mana  level  air  yang  tersisa  direpresentasikan  dalam  nilai  persen  (%)  dengan  rata-rata kesalahan  pembacaan  sensor  kurang  dari  2%.  Hasil  uji  terhadap  pengiriman  data menunjukkan delay yang dihasilkan adalah 39,06 ms, ini memenuhi kriteria ITU-T untuk sistem monitoring real time. Hasil lainnya adalah bahwa sistem informasi web yang dibangun dapat menampilkan  data  ketinggian  air  dalam  bentuk  numerik  dan  grafik.  Sistem  yang dikembangkan ini diharapkan dapat diterapkan pada jaringan yang lebih luas dengan jumlah drum lebih banyak dan besar drum yang bervariasi.

## DAFTAR RUJUKAN
Abdurahman,  A.  (2018).  Model  Sistem  Monitoring  Dan  Kendali  Pintu  Air  Otomatis Berbasis Arduino dan LabView. Journal of Electrical Power, Instrumentation and
Control, 1(1), 1–7. https://doi.org/10.32493/epic.v1i1.1038
Ariessanti,  A.  D.,  Martono,  M.,  &  Afrizal,  F.  (2020).  Prototype  Sistem  Monitoring Penggunaan  Air  Berbasis  Internet  of  Things  Pada  Pdam  Tirta  Benteng  Kota Tangerang. ICIT Journal, 6(1), 82–93. https://doi.org/10.33050/icit.v6i1.863
Berger, L. T., Yonge, L., Abad, J., Afkhamie, K., Guerrieri, L., Katar, S., Lioe, H., Pagani, P.,  Riva,  R.,  Schneider,  D.  M.,  &  Schwager,  A.  (2018).  HomePlug  AV2:  Next- Generation Broadband over Power Line *. MIMO Power Line Communications,
391–426. https://doi.org/10.1201/b16540-14
Fikri, R., Lapanporo, B. P., & Jumarang, M. I. (2015). Rancang Bangun Sistem Monitoring
Ketinggian Permukaan Air Menggunakan Mikrokontroler ATMEGA328P Berbasis Web Service. Positron, 5(2), 42–48. https://doi.org/10.26418/positron.v5i2.11666
G. L. Wicaksono, I. F. Achmad, U. S., D. A. N. (2019). Sistem Kontrol Dan Monitoring
Kipas  Angin  Pada  Ruang  Kelas  Berbasis  Internet  of  Things  Class  Rooms  Fan Controlling and Monitoring. Jurnal Elektro Telekomunikasi Terapan, 6(1), 721– 733.
Halim,  S.  R.,  Poerwanto,  B.,  Muis,  I.,  &  Susilawati,  F.  E.  (2019).  Rancang  Bangun Prototype  Sistem  Monitoring  Ketinggian  Air  Sungai  Berbasis  Mikrokontroler Arduino  dan SMS  Gateway Sebagai  Upaya  Deteksi  Banjir  Secara  Dini (Mitigasi
Banjir). Prosiding Semantik 2019, (pp. 317–324).
Kemenkes  RI.  (2020).  Surat  Edaran  Nomor  HK.02.01  /Menkes/216/2020  Tentang
Protokol Pencegahan Penularan Coronavirus Disease (Covid- 19) di Tempat Kerja.
Surat Edaran Nomor HK.02.01 /Menkes/216/2020, 1–4.
Permana, A., Triyanto, D., & Rismawan, T. (2015). Rancang Bangun Sistem Monitoring
Volume  Dan  Pengisian  Air  Menggunakan  Sensor  Ultrasonik  Berbasis Mikrokontroler Avr Atmega8. Coding Jurnal Komputer dan Aplikasi Untan, 3(2),
76–87.
Ramadan, D. N., Hadiyoso, S., & Sakti, A. R. (2019). Internet of things: Roboboat for water area monitoring using 4g network and google firebase. Proceeding - 2019 International  Conference  of  Artificial  Intelligence  and  Information  Technology, ICAIIT 2019, (pp. 234–237). https://doi.org/10.1109/ICAIIT.2019.8834532
Renaldi,  L.,  Hadiyoso,  S.,  &  Ramadan,  D.  N.  (2018).  Purwarupa  Radar  sebagai Pendeteksi  Benda  Diam  menggunakan  Ultrasonik. ELKOMIKA:  Jurnal  Teknik Energi  Elektrik,  Teknik  Telekomunikasi,  &  Teknik  Elektronika,  6(3),  317.
https://doi.org/10.26760/elkomika.v6i3.317
Sdn,  C.  T.  (2013).  Product  User’s  Manual-HCSR04  Ultrasonic  Sensor  User’s  Manual
Product User’s Manual-HCSR04 Ultrasonic Sensor Index. 1–10. https://cdn.datasheetspdf.com/pdf-down/H/C/-/HC-SR04-Cytron.pdf
Tanuatmadja,  R.,  &  Wijono,  F.  X.  S.  (2017).  Perancangan  Sistem  Monitoring  dan Controlling Pompa Air secara Wireless Berbasis Android. Tesla, 19(2), 124–132. http://dx.doi.org/10.24912/tesla.v19i2.2695
Tenggono,  A.,  Wijaya,  Y.,  Kusuma,  E.,  &  Welly.  (2015).  Sistem  Monitoring  dan
Peringatan  Ketinggian  Air  Berbasis  Web  dan  SMS  Gateway. Sisfotenika,  5(2),
119–129. http://dx.doi.org/10.30700/jst.v5i2.85
Watty, M., Elektro, J. T., Teknik, F., & Kartika, U. W. (2019). Pengendali Ketinggian Air
Menggunakan  Sensor  Ultrasonic  Dengan  Metode  Fuzzy  Logic. Jurnal  Sistem Cerdas Dan Rekayasa (JSCR), 1(1), 76–86.
Wibowo,  I.  (2017).  Sistem  Pemantau  Ketinggian  Air  Nirkabel  Wireless  Water  Level Monitoring System. TELEKONTRAN, 5(1), 49–53.
Yusman.  (2013).  Telemetri  Pemantauan  Ketinggian  Air  Sungai  Melalui  Komputer Teroptimasi Database Berbasis SMS. Jurnal Teknologi, 13(1), 25–28.