Polusi udara mempengaruhi aktivitas dan kualitas hidup kita sehari-hari. Ini merupakan ancaman terhadap ekosistem dan kualitas kehidupan di planet ini. Kebutuhan mendesak untuk memantau udara udara sangat mencolok, karena meningkatnya aktivitas industri selama beberapa tahun terakhir. Masyarakat perlu mengetahui sejauh mana aktivitas mereka mempengaruhi kualitas udara. Proyek ini mengusulkan sistem pemantauan polusi udara. Sistem ini dikembangkan dengan menggunakan Mikrokontroler Arduino. Sistem pemantauan polusi udara dirancang untuk memantau dan menganalisis kualitas udara secara real-time dan mencatat data ke server jarak jauh, menjaga data diperbarui melalui internet. Pengukuran kualitas udara dilakukan berdasarkan standar Parts per Million (PPM) dan dianalisis menggunakan Microsoft Excel. Pengukuran kualitas udara yang dilakukan oleh sistem dirancang dengan akurat. Hasilnya ditampilkan pada tampilan antarmuka hardware yang dirancang untuk dapat diakses melalui cloud di perangkat seluler canggih apa pun.

Apa Itu Pencemaran Udara?

Udara adalah salah satu elemen penting di sekeliling manusia. Atmosfer bumi penuh dengan udara yang mengandung gas seperti Nitrogen, Oksigen, Karbon Monoksida dan sejumlah elemen langka. Manusia membutuhkan atmosfer udara yang bebas dari pencemaran. Ini sangat sangat penting bagi kehidupan dan kesehatan manusia. Setiap perubahan dalam komposisi alami udara dapat menyebabkan kerusakan besar pada bentuk-bentuk kehidupan di bumi. Polusi udara adalah kehadiran satu atau lebih zat pencemar di atmosfer seperti gas dalam jumlah yang dapat membahayakan manusia, hewan, dan tumbuhan. Polutan udara diukur dalam Parts per Million (ppm) atau ug/m3. polutan primer adalah polutan yang dilepaskan langsung ke atmosfer. Polutan sekunder dihasilkan ketika polutan primer bereaksi dengan bahan kimia atmosfer lainnya.

Efek polusi udara beragam, mulai dari kesulitan bernapas, batuk, perburukan asma dan emfisema. Udara yang tercemar juga dapat mengganggu jarak pandang. Polusi udara bertanggung jawab atas kematian 7 juta orang di seluruh dunia setiap tahun atau satu dari delapan kematian dini setiap tahun. Hampir 570.000 anak di bawah usia lima tahun meninggal setiap tahun akibat infeksi saluran pernapasan yang terkait dengan polusi di dalam/luar ruangan dan perokok pasif. Anak-anak yang terpapar polusi udara memiliki risiko lebih tinggi terkena masalah pernapasan kronis seperti asma. Dalam pemantauan polusi udara, beberapa peneliti di seluruh dunia telah mengembangkan model untuk memantau banyak gas polusi seperti Sulfur Dioksida (SO2), Karbon Monoksida (CO), Karbon Dioksida (CO2), Nitrogen Oksida (NO), dll. Artikel ini berfokus pada desain dan implementasi sistem pemantauan polutan udara pintar. Ini membahas bagaimana tingkat polutan di udara dapat dipantau dengan menggunakan sensor gas, mikrokontroler Arduino dan modul WiFi. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk merancang sebuah sistem pemantauan polusi udara cerdas yang dapat memonitor, menganalisis dan mencatat data kualitas udara ke server jarak jauh dan data yang selalu diperbarui melalui internet.

Teknologi Pemantauan Udara

Sistem pemantauan polusi udara bergerak terdistribusi nirkabel menggunakan sensor General Packet Radio Service (GPRS) telah dilaporkan. Kemajuan dalam komunikasi nirkabel dan teknologi sensor dengan cepat mengubah paradigma pemantauan polusi udara. Internet of things (IoT) juga memungkinkan terciptanya lingkungan cerdas di mana objek berinteraksi dan berinteraksi dan bekerja sama satu sama lain.

Banyak perbaikan yang telah dilakukan pada sistem pemantauan polusi udara yang ada. Sebagai contoh misalnya, sebuah sistem yang diusulkan untuk memantau kualitas udara di rumah. Sistem ini mentransmisikan data sensor secara nirkabel dengan memanfaatkan prinsip "request and respond" bersama dengan kombinasi antara protokol alamat dan protokol data sentris. Sistem memantau kualitas udara dalam ruangan rumah dan menampilkan pembacaan sensor pada layar. Para peneliti menggunakan sebuah Sistem berbasis Unmanned Aerial Vehicle (UAV) untuk memantau polusi udara di daerah dengan aksesibilitas yang buruk. Sistem ini dilengkapi dengan autopilot Pixhawk untuk kontrol UAV dan Raspberry Pi untuk penginderaan dan pengumpulan data polusi udara. Algoritma adaptif digunakan untuk menganalisis data polusi yang dikumpulkan. Dalam sistem yang diusulkan, sensor yang dipasang pada kendaraan dan aplikasi seluler digunakan untuk mengunggah data ke repositori terpusat. Sistem ini memberikan informasi kepada pengguna tentang kerentanan pribadi mereka terhadap polusi di udara. Algoritma Recursive Converging Quartiles (RCQ) digunakan untuk meningkatkan efisiensi sistem pemantauan polusi udara nirkabel. Konvergen Rekursif Quartiles (RCQ) menggabungkan dan menghilangkan duplikasi data dengan menghapus data yang tidak valid, hal ini menghemat energi. Sistem ini terdiri dari node sensor dan nirkabel nirkabel yang terhubung ke server. Node sensor mengumpulkan data secara otomatis dan meneruskannya melalui jaringan ke server. Node sensor secara otomatis meneruskan data data yang diukur ke server pada saat mereka menerima instruksi dari sistem untuk melakukannya. Sistem ini disempurnakan dengan memanfaatkan konsep aliran yang memberikan formulasi gabungan dari daya jangkau dan konektivitas.

Sensor probabilitas yang dipilih dapat menangani berbagai skenario cuaca. Selain itu, ada juga kebutuhan untuk merumuskan batasan aliran untuk memastikan bahwa jaringan tetap konservatif. Sistem berbasis sensor untuk memantau polusi udara menggunakan Internet of Things (IoT)untuk memungkinkan data tentang polutan udara dipantau secara online. Ketika tingkat polutan di suatu tempat melebihi indeks kualitas udara standar, sistem berbasis sensor membagikan informasi melalui SMS kepada masyarakat. Sistem pemantauan kualitas udara ambien secara real-time terdiri dari banyak stasiun pemantauan terdistribusi yang terhubung secara nirkabel ke backend server menggunakan komunikasi mesin-ke-mesin.Server backend mengumpulkan data real-time dari stasiun dan mereproduksinya sebagai informasi yang dapat disampaikan kepada pengguna melalui portal web dan aplikasi seluler.

Namun, dibutuhkan protokol komunikasi yang kooperatif, terdistribusi, dan hemat energi diperlukan. Pencarian geografis di jejaring sosial digunakan oleh para peneliti untuk mengukur tingkat polutan di udara. Asumsi yang dibuat dievaluasi di tiga benua di planet ini. Peningkatan minimum dalam jumlah postingan terkait polusi udara berarti terjadi peningkatan polusi udara di lingkungan tersebut. Data yang diukur diperoleh secara online sementara pemrosesan dan analisis statistik dilakukan secara offline. Penggunaan Kontrol Pengawasan dan Akuisisi Data (SCADA) memungkinkan akuisisi dan pemrosesan statistik data yang diukur secara real time. SCADA yang cerdas membuat hasil tersedia bagi pengguna secara instan. Raspberry Pi digunakan untuk mendeteksi kebisingan dan tingkat polusi di lingkungan. Sistem ini terdiri dari modul Raspberry PI dan sensor yang terhubung ke sistem komputer untuk memantau fluktuasi dua atau tiga parameter Karbon Monoksida (CO) dan gas-gas lainnya dari tingkat normal. 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa polusi udara secara real-time dapat diakses pada halaman web dari mana saja dalam jangkauan jaringan. Namun, parameter yang dipertimbangkan tidak cukup untuk memberikan prediksi polusi udara yang akurat dalam jangka waktu yang lama. Para peneliti juga merancang pemantauan polusi udara berbasis IoT sistem melalui server web yang memicu alarm setiap kali kualitas udara turun di bawah ambang batas. Model ini mampu menunjukkan kualitas udara dalam ukuran part per million pada layar Liquid Crystal Display (LCD) dan juga pada halaman web untuk mencapai pemantauan Real-Time. Teknologi pemantauan polusi udara berbasis IoT menggunakan Single Board Computers (SBC) yang mengintegrasikan IoT dengan jaringan sensor nirkabel (WSN). Kompleksitas pemrosesan berkurang dengan penggunaan SBC dan hal ini membuat proses peringatan menjadi cerdas dan real-time. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem yang diusulkan menawarkan implementasi berbiaya rendah yang sangat fleksibel dan terukur.

Namun model ini tidak memiliki area cakupan yang luas. Mikrokontroler Arduino yang berbasis Teknologi IoT untuk memantau polusi udara digunakan di dalamnya. Sensor gas MQ 135 digunakan untuk merasakan berbagai jenis gas berbahaya dan mikrokontroler Arduino mengontrol keseluruhan proses. Teknologi perangkat lunak seperti pemrosesan gambar dan pembelajaran mesin digunakan untuk memantau beberapa parameter dan teknik data besar digunakan untuk menganalisis nilai sensor untuk prediksi nilai masa depan. Sistem ini sangat stabil dan efektif. Namun, masih perlu membuat sistem menjadi komunikatif secara otomatis untuk mengurangi waktu pemrosesan. Sistem juga bisa diotomatisasi untuk pemantauan real-time yang akan membantu meningkatkan hasil industri. Sistem pemantauan polusi udara real-time dalam IoT ini  digunakan berdasarkan sejumlah besar sensor. Data yang diperoleh dianalisis menggunakan neural network. Sistem ini mencapai hasil akurasi pemantauan yang lebih baik karena penggunaan sejumlah besar sensor. Penggunaan perangkat IoT memungkinkan sistem pemantauan polusi udara menjadi cerdas dan terukur.

Metodologi
Model ini dirancang menggunakan mikrokontroler Arduino Uno, modul Wifi EP8266, Sensor Gas MQ 135, dan Layar Liquid Crystal Display (LCD) berukuran 16 x 2. Prosedur tinjauan umum sistem diklasifikasikan menjadi Lima (5) lapisan. Lapisan pertama adalah parameter lingkungan yang diperoleh melalui pengukuran. Lapisan kedua Lapisan kedua adalah pembelajaran tentang karakteristik dan fitur sensor. Lapisan ketiga adalah pengambilan keputusan, penginderaan, pengukuran, pemasangan katup ambang batas, periodisitas sensitivitas, waktu dan ruang. Lapisan keempat adalah akuisisi data sensor. Lapisan kelima adalah lingkungan intelijen sekitar. Sensor mengumpulkan data saat dioperasikan oleh mikrokontroler dan meneruskannya melalui internet untuk dianalisis melalui modul Wi-Fi. Pengguna dapat memantau parameter yang diukur pada smartphone mereka.

Prinsip Kerja Model
Pertama library di Arduino dimuat dan pesan dikirim ke LCD. LCD. Data kualitas udara dikumpulkan dengan menggunakan sensor MQ135. Sensor yang telah dikalibrasi menghasilkan tegangan keluaran analog yang sebanding dengan konsentrasi gas pencemar dalam Parts per Million (ppm). Data pertama kali ditampilkan pada layar LCD dan kemudian dikirim ke modul WiFi. Modul WiFi mentransfer katup data yang diukur ke server melalui internet. Kemudian Modul WiFi dikonfigurasikan untuk mentransfer data terukur ke aplikasi di server jarak jauh yang disebut "Thing speak". Aplikasi online ini menyediakan akses global ke data terukur melalui apa saja perangkat yang memiliki kemampuan koneksi internet. Data yang dikumpulkan dari sensor diubah menjadi sebuah string dan digunakan untuk memperbarui informasi yang dikirim ke server jarak jauh.

KESIMPULAN

Pemantauan polusi udara pintar yang secara konstan melacak kualitas udara di suatu area dan menampilkan kualitas udara yang diukur pada layar LCD. Sistem ini juga mengirimkan data yang diukur ke platform "Thing speak". Sistem ini membantu menciptakan kesadaran akan kualitas udara yang dihirup setiap hari. Perangkat pemantauan ini dapat memberikan pengukuran kualitas udara secara real-time.