Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kualitas Udara Berbasis Low-Cost Sensor

Abstract

Polusi udara menjadi isu lingkungan yang semakin signifikan di wilayah perkotaan akibat pesatnya urbanisasi, aktivitas industri, dan pertumbuhan penduduk. Oleh karena itu, pemantauan kualitas udara secara kontinu menjadi sangat penting untuk menyediakan informasi yang tepat waktu guna mendukung pengelolaan lingkungan dan perlindungan kesehatan masyarakat. Namun, instrumen pemantauan konvensional berbiaya tinggi dan memerlukan infrastruktur yang kompleks, sehingga membatasi penerapannya di banyak lokasi. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengembangkan sistem pemantauan kualitas udara portabel dan berbiaya rendah dengan teknologi Internet of Things (IoT). Sistem menggunakan mikrokontroler ESP32-C3 yang terintegrasi dengan sensor multi-parameter ZPHS01B untuk mengukur PM2.5, CO, O3, NO2, suhu, dan kelembaban relatif. Data pengukuran diproses oleh mikrokontroler dan dikirimkan melalui koneksi internet ke server, disimpan dan ditampilkan melalui dashboard pemantauan secara real-time. Kinerja sensor dievaluasi melalui kolokasi selama 14 hari dengan alat referensi di Jakarta Mobile Station (JMS). Analisis statistik menggunakan korelasi, bias, root mean square error (RMSE), dan metode Bland–Altman menunjukkan bahwa sensor memiliki kesesuaian yang tinggi untuk parameter meteorologi seperti suhu dan kelembaban, sementara pengukuran PM2.5 menunjukkan korelasi yang lebih rendah dan gas CO, O3, dan NO2 menunjukkan deviasi yang lebih besar. Metode kalibrasi tambahan masih diperlukan untuk meningkatkan akurasi pengukuran polutan dari sensor berbiaya rendah.

Air pollution has become an increasingly significant environmental issue in urban areas due to rapid urbanization, industrial activities, and population growth. Therefore, continuous air quality monitoring is essential to provide timely information to support environmental management and public health protection. However, conventional monitoring instruments are expensive and require complex infrastructure, limiting their implementation in many locations. This study aims to design and develop a portable and low-cost air quality monitoring system based on Internet of Things (IoT) technology. The system utilizes an ESP32-C3 microcontroller integrated with a ZPHS01B multi-parameter sensor to measure PM2.5, CO, O3, NO2, temperature, and relative humidity. Measurement data are processed by the microcontroller and transmitted via an internet connection to a server, where they are stored and displayed through a real-time monitoring dashboard. Sensor performance was evaluated through a 14-day co-location experiment with a reference instrument at the Jakarta Mobile Station (JMS). Statistical analyses using correlation, bias, root mean square error (RMSE), and the Bland–Altman method indicated that the sensor showed high agreement for meteorological parameters such as temperature and relative humidity, while PM2.5 measurements exhibited lower correlation and gaseous pollutants (CO, O3, and NO2) showed larger deviations. Additional calibration methods are still required to improve the accuracy of pollutant measurements obtained from low-cost sensors.