Perangkat stasiun cuaca memantau kondisi parameter cuaca, seperti arah angin, kecepatan, curah hujan, tingkat radiasi matahari, suhu, dan kelembaban. Konsentrasi gas yang diukur adalah oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), dan karbon monoksida (CO). Pengukuran dan pengolahan data seluruh sensor gas analog dilakukan dengan board mikrokontroler Arduino Uno. Dataset parameter cuaca dan konsentrasi gas kemudian dikirim ke Wemos D1 Mini untuk diunggah ke server cloud. Karakterisasi menunjukkan hasil pada akurasi, presisi, linearitas, dan histeresis. Selain itu, aplikasi berbasis Android dirancang untuk tujuan pemantauan.
Berbeda dari penelitian sebelumnya, perangkat stasiun cuaca AirFeel ini memiliki versi topologi sistem yang sangat berbeda. Sistem terbaru menggunakan 2 board mikrokontroler, satu untuk akuisisi data dan satu lagi untuk komunikasi data. Rangkaian yang digunakan juga berbeda, sedangkan rangkaian weather shield sudah memiliki sensor tambahan. Sistem baru ini juga memiliki sensor oksigen, sensor karbon dioksida, sensor karbon monoksida, dan sel surya yang digunakan untuk mengukur tingkat iradiasi matahari.
Metode Analisis
Dari hasil penelitian sebelumnya yaitu Airfeel versi 1, dilakukan pengembangan perangkat stasiun cuaca AirFeel untuk versi 4. Penelitian ini terdiri dari 3 bagian yaitu perancangan stasiun lapangan, sistem penyimpanan database, dan aplikasi berbasis Android. Sistem stasiun cuaca AirFeel versi 4 terdiri dari stasiun lapangan, stasiun pangkalan, dan aplikasi Android.
Peralatan stasiun lapangan terdiri dari sensor, rangkaian antarmuka, board mikrokontroler, dan mobile wifi router (Mifi). Sedangkan perangkat base station terdiri dari komputer mini yang digunakan untuk menyimpan data secara online. Selain itu, hasil pemantauan data juga ditampilkan pada aplikasi berbasis Android yang telah dipublikasikan di Play Store.
Sistem Mini Photovoltaic
Perangkat stasiun cuaca khusus dengan pembacaan kualitas udara ini didukung oleh sistem mini photovoltaic (PV) yang menghasilkan listrik dari cahaya matahari. Sistem mini PV ini menyuplai energi listrik yang dibutuhkan perangkat AirFeel. Sistem PV terdiri dari panel surya, solar charge controller (SCC), dan baterai untuk menyimpan energi listrik.
Energi listrik yang dihasilkan panel surya disimpan di baterai, sehingga sistem stasiun cuaca dapat beroperasi siang dan malam. Perancangan perangkat ini menggunakan akun Google Firebase untuk penyimpanan data sementara. Fasilitas yang digunakan adalah real-time database dan firestore. Basis data real-time digunakan untuk menyimpan data yang diunggah dari stasiun lapangan.
Aplikasi berbasis Android ini digunakan untuk mengamati perubahan nilai seluruh parameter yang diukur. Aplikasi AirFeel Monitor menampilkan hasil pembacaan data dari sensor di stasiun lapangan. Terdapat 3 parameter kadar gas di udara yaitu O2, CO2, dan CO. Selain itu disajikan juga 6 parameter cuaca yaitu kecepatan angin, arah angin, curah hujan, suhu udara, kelembaban udara, dan tekanan barometrik. Menu utama aplikasi ini juga menampilkan lokasi stasiun lapangan dengan pembacaan GPS serta tanggal dan waktu perolehan data.
Implementasi dan Hasil
Perancangan sistem stasiun cuaca dan pembacaan konsentrasi gas berhasil dilakukan untuk memantau kondisi cuaca dan kualitas udara sebenarnya. Pada pengujian skala laboratorium menunjukkan bahwa pengukuran masing-masing sensor gas mempunyai akurasi yang baik dan hasil pengukuran yang dapat diulang. Hasil pengujian menunjukkan perubahan nilai konsentrasi gas yang diperhitungkan oleh alat ukur standar.
Pada uji lapangan, sistem juga menunjukkan bahwa ketiga sensor gas memiliki akurasi lebih dari 85 %, seperti +95 % untuk pembacaan sensor DFR O2, + 88 % untuk pembacaan sensor DFR MQ811 O2, dan + 93 % untuk pembacaan sensor DFR MQ7 CO 2 pembacaan sensor. Aplikasi Airfeel Monitor berbasis Android sangat berguna untuk memantau seluruh pembacaan sensor di seluruh perangkat stasiun lapangan dengan meminta data ke Firebase Database setiap 2 menit.
Versi Terbaru
Dengan versi keduanya, aplikasi seluler dapat menyimpan data sementara di ponsel pintar pengguna dan juga memiliki monitor lokasi melalui GPS. Telah dibuat juga database server online menggunakan perangkat Raspberry Pi 4 B dengan program database berbasis Python. Program database ini meminta data dari Firebase Database yang sama, kemudian menyimpan data tersebut ke dalam array database di penyimpanan ROM-nya.
Sistem stasiun cuaca AirFeel versi 4 ini dapat diaktifkan 24 jam dengan pasokan listrik dari sistem mini PV. Sistem stasiun cuaca dan router wifi selulernya yang memiliki total konsumsi daya 1,95 Watt dapat dipenuhi dengan panel surya 50 Wp dan baterai deep cycle 12 V 9 Ah. Sehingga sistem ini dapat diterapkan secara andal di daerah terpencil.
Penulis: Prisma Megantoro
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://ijece.iaescore.com/index.php/IJECE/article/view/32297 atau https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85183634371&origin=resultslist
