Mengetahui kondisi udara di lingkungan terbuka merupakan hal penting untuk mengetahui dampak pencemaran udara di suatu daerah. Apalagi di masa pandemi penyakit yang ditularkan melalui udara, seperti COVID-19, setiap orang perlu memperhatikan kualitas udara di sekitarnya. Padahal, konsentrasi berbagai gas yang terkandung di udara merupakan faktor penentu nilai kualitas udara. Semakin banyak gas pencemar, maka udara di daerah tersebut dapat dikatakan semakin tercemar.
Cuaca merupakan faktor yang juga mempengaruhi kualitas kondisi udara. Cuaca itu sendiri merupakan pengkondisian udara yang meliputi suhu, kelembaban, dan tekanan udara yang termasuk sebagai parameter utamanya. Perubahan kondisi cuaca dapat diukur dan diamati dengan perangkat yang biasa disebut stasiun cuaca. Perangkat stasiun cuaca yang dirancang dalam artikel ini digunakan untuk mengukur kondisi cuaca dan kualitas udara di area terbuka. Dengan topologi berbasis IoT, perangkat ini dapat digunakan untuk telemetri dan juga untuk pengamatan jarak jauh. Dengan teknologi IoT ini, perangkat di lapangan dapat terhubung dengan perangkat elektronik lainnya dimanapun berada
Prototipe AirFeel v.1 dengan Aplikasi Desktop
Airfeel versi 1 ini terdiri dari 2 perangkat yaitu field station dan base station. Field station terdiri dari sensor-sensor dan ESP32. Alat ini ditempatkan di atap Gedung Nanizar Zaman Joenoes Universitas Airlangga. Sedangkan base station yang terdiri dari PC ditempatkan di ruang operator di gedung untuk observasi secara real-time. Selain ditampilkan di layar monitor, data hasil olahan dari sensor juga tersimpan di memori PC. Stasiun lapangan dan stasiun pangkalan terhubung ke jaringan wifi yang sama yang disediakan oleh gedung.
Field station terdiri dari sensor dan board mikrokontroler ESP32 yang digunakan untuk membaca sensor, memproses data, kemudian mengirimkannya ke server secara bersamaan dalam deretan string. Pengukuran kondisi cuaca menggunakan seperangkat sensor yang terdiri dari anemometer sumbu vertikal, wind vane dengan rotary encoder, rain gauge, sensor barometrik, dan DHT 11. Sensor barometrik menggunakan shield BMP280, sedangkan DHT11 digunakan untuk mengukur ambient suhu dan kelembaban.
Anemometer, wind vane, dan rain gauge ditempatkan di atap bangunan yang bebas dari segala sesuatu di sekitarnya. Modul weather controller digunakan untuk mengolah data awal dari anemometer, wind vane, dan rain gauge. Ditambah dengan data dari sensor DHT11 dan BMP280, data tersebut diproses dan kemudian dikirim melalui komunikasi serial sebagai output ke mikrokontroler utama atau papan ESP32.
Pengukuran parameter kualitas udara dilakukan dengan pembacaan sensor gas seperti; MQ-135 untuk amonia, MQ-131 untuk ozon, MQ-4 untuk metana, MQ-131 untuk ozon, MQ-9 untuk karbon monoksida, MQ-8 untuk hidrogen, dan MQ-811 untuk karbon dioksida. Selain sensor gas, perangkat ini juga mengukur indeks sinar UV.
Aplikasi pada base station digunakan untuk melakukan komunikasi dengan field station menggunakan protokol mDNS. Perangkat lapangan akan membaca sensor dan mengirimkannya ke server hanya ketika ada permintaan koneksi datang dari klien. program aplikasi perangkat lunak AirFeel dibuat dalam Visual Basic, dimulai dengan inisialisasi semua variabel yang digunakan, tanggal dan waktu, juga koneksi wi-fi. Kemudian perangkat lunak akan mengirimkan permintaan data ke server dan mendapatkan sebaris teks sebagai umpan balik.
Metode dan Hasil
Penelitian ini terdiri dari beberapa bagian, seperti; teknologi sensor, mikrokontroler, Internet of Things (IoT), dan user interface (UI). Teknologi sensor digunakan untuk membaca parameter yang dapat diukur. Embedded system yang digunakan adalah mikrokontroler yang digunakan pada aplikasi kontrol tertentu. IoT digunakan sebagai sarana komunikasi data antara instrumen dan pengguna. Pemrograman berbasis Visual Basic digunakan untuk operasi pengguna, tampilan data, proses data, penyimpanan data. Metode yang digunakan pada perancangan dan penelitian ini adalah; perancangan sistem, perancangan program firmware mikrokontroler dan perangkat keras pada field station, perancangan aplikasi monitoring desktop dengan software Visual Studio, dan juga metode karakterisasi sensor. Karakterisasi sensor dilakukan untuk mengetahui performa pengukuran yang diliha dari segi akurasi dan presisi.
rancang bangun perangkat weather station yang terintegrasi dengan pengukuran kadar gas di udara telah berhasil dilakukan dengan menggunakan teknologi IoT. Semua sensor untuk pengukuran cuaca memiliki akurasi lebih dari 90%, dan hanya pengukuran arah angin yang memiliki presisi kurang dari 90%. Demikian juga semua sensor gas yang hanya bisa diuji presisi, memiliki tingkat presisi lebih dari 80%. Dengan karakteristik sensor tersebut, jaringan telemetri yang mumpuni, dan UI aplikasi desktop dengan tingkat keinformatifan yang tinggi diharapkan dapat membantu mengamati kondisi cuaca dan udara dengan baik. Di sisi lain, perangkat stasiun cuaca yang dirancang juga dapat digunakan sebagai media untuk penelitian dan pendidikan di bidang terkait.
Penulis: Prisma Megantoro, ST. MEng.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
P. Megantoro, S. A. Aldhama, and G. S. Prihandana, “IoT-Based Weather Station with Air Quality Measurement Using ESP32 for Environmental Aerial Condition Study,” vol. 18, no. 1, pp. 1–9, 2020, doi: 10.12928/TELKOMNIKA.v18i1.xxxxx.
