Rancang Bangun Wireless Electronic Nose Berbasis Teknologi Internet of Things
A. Gas
Bahan kimia mudah terbakar merupakan bahan yang mudah
bereaksi dengan oksigen dan dapat menimbulkan kebakaran yang sangat besar.
Reaksi kebakaran yang cepat juga dapat menghasilkan suatu ledakan. Bahan cair
dinyatakan mudah terbakar bila titik nyala lebih dari 21 C dan 55 C pada tekanan 1 atm dan
dinyatakan sangat mudah terbakar jika titik didih kurang dari 20 C pada tekanan 1 atm.
Tabel 1.
Karakter
Beberapa Bahan Organik Mudah Terbakar
No.
|
Pelarut
|
Daerah kons %
mudah
terbakar
|
Titik didiho
C
|
Titik
Nyalao C
|
Titik nyalao
C
|
W
cairan
|
W
uap
|
1.
|
Aseton
|
3-13
|
55
|
-18
|
538
|
0.79
|
2.0
|
2.
|
Benzena
|
L4-8
|
80
|
-11
|
562
|
0.88
|
2.8
|
3.
|
Bensin
|
14-7.6
|
38-
204
|
-43
|
280-
456
|
0.8
|
3.04
|
4.
|
Etil
alkohol
|
13-19
|
79
|
12
|
432
|
0.79
|
1.59
|
5.
|
Etil
eter
|
1.84-48
|
34
|
-45
|
180
|
0.71
|
2.55
|
6.
|
Heksena
|
LP7.5
|
68
|
-22
|
261
|
0.66
|
2.97
|
7.
|
Karbon
sulfida
|
1-44
|
46
|
-30
|
100
|
1.26
|
2.6
|
8.
|
Metanol
|
6-36.5
|
65
|
12
|
464
|
0.79
|
1.1
|
9.
|
Metil etil
keton
|
2-10
|
80
|
-7
|
515
|
01.81
|
2.5
|
10.
|
petroleuin
|
1-6
|
30-60
|
-57
|
288
|
0.6
|
2.5
|
B. Sensor Gas
Sensor gas semikonduktor terdiri
dari elemen sensor, dasar sensor dan tudung sensor [4]. Elemen sensor terdiri
dari bahan sensor dan bahan pemanas. Elemen sensor menggunakan bahan seperti
timah (IV) oksida SnO2, wolfram (VI) oksida WO3,
dan lainnya. Bila suatu kristal oksida logam seperti SnO2
dipanaskan pada suhu tinggi tertentu di udara, oksigen akan teradsorpsi pada
permukaan kristal dengan muatan negative yang diakibatkan oleh adanya elektron
donor pada permukaan kristal yang ditransfer ke oksigen teradsorpsi. Hal ini
akan menghasilkan suatu potensial permukaan yang dapat menghambat aliran
elektron yang memunculkan tahanan listrik.
C. Single Board Computer
Single Board Computer
(SBC) adalah sebuah komputer lengkap yang dibangun di atas sebuah papan sirkuit
tunggal dengan mikroprosesor, memori, input / output (I/O) dan fitur lain yang
dibutuhkan dari sebuah komputer fungsional. SBC didasarkan pada hampir semua
mikroprosesor yang tersedia, dan dapat dibangun dari logika diskrit atau
programmable logic. Berbeda dengan desktop dan komputer pribadi, SBC tidak
bergantung pada slot ekspansi untuk fungsi perifer atau ekspansi dan sebagai
pengganti telah disedialkan pin Generalpurpose
input/output (GPIO).
Raspberry Pi (atau Raspi) adalah sebuah SBC berukuran kartu
kredit yang dihubungkan ke TV via HDMI dan keyboard.
Sebagai Internet of Things (IoT),
komputer kecil ini mampu digunakan untuk menjalankan spreadsheet, pengolah kata
dan permainan, terutama untuk memainkan video definisi tinggi.
Desain Raspi didasarkan seputar System-on-a-chip (SoC)
Broadcom BCM2835, yang telah tertanam prosesor ARM1176JZF-S dengan kecepatan
700 MHz, VideoCore IV GPU, dan 256 Megabyte RAM (model B). Penyimpanan data
didisain tidak untuk menggunakan hard
disk atau solid-state drive,
melainkan mengandalkan kartu SD untuk booting dan penyimpanan jangka panjang.
Raspi utamanya menjalankan sistem operasi berbasis kernel Linux.
Sistem operasi utama Raspi menggunakan Debian GNU/Linux,
mengemas Iceweasel, kaligrafi Suite dan bahasa pemrograman Python. Sejumlah
distro lainnya, termasuk distro buatan Indonesia BlankOn Linux yang juga telah
menyediakan versi arstektur ARM dan bisa dijalankan di Raspi. Hardware
Raspberry Pi tidak memiliki real-time
clock, sehingga OS harus memanfaatkan timer jaringan server sebagai pengganti. Namun komputer yang mudah dikembangkan
ini dapat ditambahkan dengan fungsi real-time (seperti DS1307) dan banyak lainnya melalui
saluran GPIO via antarmuka Inter-Integrated
Circuit (I²C).
GPIO merupakan suatu modul pin pada sirkuit terpadu yang
perilakunya dapat di kontrol melalui software. Pin GPIO tidak ditetapkan untuk
tujuan khusus dan secara default tidak digunakan. Ide dibalik GPIO adalah untuk
memenuhi sistem integrator dalam memperluas dan membangun sistem lengkap yang
membutuhkan pin tambahan dari chip berupa sinyal kontrol ataupun data. Adanya konektor
(pin) yang tersedia dari chip dapat menghemat kerumitan saat mengatur sirkuit
tambahan
Analog to Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog
menjadi kode digital. ADC banyak digunakan sebagai pengatur proses industri,
komunikasi digital dan rangkaian pengukuran. Umumnya ADC digunakan sebagai
perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer.
D. Komunikasi SPI
Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode
komunikasi serial synchrounous. Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI,
MISO, dan SCK. Melalui komunikasi ini data dapat saling dikirimkan baik antar
mikrokontroller maupun antara mikrokontroller dengan peripheral lain.
E. Neural Network
Neural network
(NN) merupakan salah satu metoda penting dalam artificial intelligence (AI) yang meniru kinerja otak manusia yang
sudah diaplikasikan di berbagai bidang [5]. Menurut Haykin, NN merupakan
sejumlah besar prosesor yang terdistribusi secara pararel dan terdiri dari unit
pemrosesan sederhana, dimana masing-masing unit memiliki kecenderungan untuk
menyimpan pengetahuan yang dialami dan dapat digunakan kembali [6].
Menurut Kevin Gurney, sebuah NN
merupakan pertemuan saling berhubungan dari elemen pemrosesan sederhana, unit
atau node, yang fungsinya didasarkan pada neuron hewan. Pengolahan kemampuan
jaringan disimpan dalam antar-satuan kekuatan sambungan atau bobot yang
diperoleh dengan proses adaptasi atau belajar dari satu set pelatihan pola [7].
Gambar 1 menunjukkan model sebuah neuron. Fungsi sigmoid biner sering digunakan
untuk menentukan keputusan akhir sebuah
F. Internet of
Things
Internet of things (IoT)
adalah sebuah sistem dimana bendabenda di dunia fisik dapat dihubungkan ke
internet oleh sensor [8], ditunjukkan pada Gambar 2. IoT mengacu pada
penggunaan perangkat dan sistem cerdas yang terhubung untuk memanfaatkan data
yang dikumpulkan oleh sensor dan actuator yang tertanam di mesin dan benda
fisik lainnya. Manusia tidak akan perlu lagi mengatur mesin saat
menggunakannya, tetapi mesin tersebut dapat mengatur dirinya sendiri dan
berinteraksi dengan mesin lain yang dapat berkolaborasi dengannya.
Pada IoT setiap benda harus
memiliki sebuah IP address. IP address adalah sebuah identitas dalam
jaringan yang membuat benda tersebut bisa diperintahkan dari peralatan lain
dalam jaringan yang sama. IP address
dalam setiap peralatan tersebut akan dikoneksikan ke jaringan internet.
Secara umum, sistem terdiri atas perangkat keras dan
perangkat lunak. Perangkat keras dari sistem berupa blok modul sensor, minimum
sistem Raspberry Pi, valve dan pompa udara, ditunjukkan pada Gambar 3. Sedangkan
perangkat lunak terdiri atas program pembacaan ADC, pengaturan valve dan sistem
neural network. Gambar 4 menunjukkan
diagram blok dari system yang dibuat.
Deret sensor gas dihubungkan ke Single Board Computer dengan perantara IC MCP3008 sebagai piranti
ADC melalui pin GPIO Raspberry Pi. Data sensor akan dianalisis lebih lanjut
dengan NN untuk identifikasi jenis gas yang diujikan. Hasil tersebut akan
ditampilkan secara langsung melalui GUI pada Raspberry Pi dalam bentuk grafik.