Rancang Bangun Wireless Electronic Nose Berbasis Teknologi Internet of Things

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 S_nO₂, wolfram (VI) oksida WO₃, dan lainnya. Bila suatu kristal oksida logam seperti S_nO₂ 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.