Monitoring Konsumsi Air Rumah Tangga Menggunakan Internet of Things

Oleh Kurniawan D. Irianto

Pendahuluan

Pemborosan air telah menjadi sesuatu yang sepele bagi masyarakat di seluruh dunia. Hal ini bisa terjadi baik di negara maju maupun negara berkembang. Mereka sering membuang-buang air tanpa menyadarinya. Selain itu, kesadaran masyarakat akan pentingnya penggunaan air secara bijak masih rendah. Mereka beranggapan bahwa sumber air itu tidak terbatas, padahal sesungguhnya hal ini tidak demikian. Sebaliknya, ketersediaan air bersih di dunia terbatas. Selanjutnya, jika air tersebut digunakan secara berlebihan tanpa reservasi, ini dapat memicu fenomena kelangkaan air.

Masalah pemborosan air ini sebenarnya dapat dikurangi dengan menggunakan air secara bijak dan efisien. Apalagi dengan pertumbuhan teknologi Internet of Things, ini dapat membantu orang menggunakan air secara efisien dengan memantau konsumsi air mereka. Internet of Things (IoT) adalah sebuah jaringan yang dapat berkomunikasi antar satu perangkat dan sistem elektronik lainnya melalui internet menggunakan sensor, perangkat lunak, dan teknologi lainnya.

Perangkat IoT dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga atau industri. Artikel ini akan membahas tentang sistem monitoring konsumsi air rumah tangga dengan teknologi Internet of Things. Sistem ini akan mengukur konsumsi air dari tangki air perumahan dan mengirimkan datanya ke cloud server. User kemudian dapat memantaunya menggunakan perangkat seluler. Dengan adanya data konsumsi air tersebut, user dapat mengubah kebiasaan mereka dalam menggunakan air dan mulai menggunakannya secara bijak. Dengan demikian, kekurangan air dapat dicegah.

Desain Sistem

Sistem monitoring konsumsi air rumah tangga dengan teknologi Internet of Things dilihat pada Gambar 1. Sistem terdiri dari beberapa bagian, seperti air tanah, tangki air perumahan, sistem IoT untuk mengukur penggunaan air, gateway internet, Blynk cloud server, user, dan rumah tangga.

Air tanah merupakan sumber air tawar bagi rumah tangga. Air akan dipompa dan disimpan di tangki air. Nantinya akan digunakan untuk kebutuhan sehari-hari. Tangki air dilengkapi dengan pompa air otomatis dan sensor ketinggian air. Pompa akan bekerja ketika air di dalam tangki kosong atau di bawah ambang batas tertentu yang lebih rendah. Jika air telah mencapai ambang batas atas tertentu, pompa akan mati. Pada artikel ini, penulis tidak membahas tentang sistem pengisian tangki dengan air secara otomatis. Namun, penulis hanya fokus pada pengukuran penggunaan air.

Jika anggota rumah tangga membutuhkan air, mereka akan mendapatkannya dari tangki air. Saat air mengalir, sistem IoT akan mengukur kecepatan dan volume air yang dikonsumsi oleh rumah tangga. Data ini dikirim ke Blynk server melalui gateway internet. User dapat melihat data ini dengan mengakses server Blynk dengan aplikasi klien Blynk yang diinstal di ponsel. Selain itu, pengguna dapat memantau konsumsi air secara real-time. Alhasil, mereka dapat melakukan pengaturan konsumsi air berdasarkan data tersebut dan menggunakan air secara bijak. 

Gambar 1. Desain arsitektur tangki air perumahan dengan IoT

Gambar 2 memperlihatkan skema rangkaian monitoring konsumsi air rumah tangga dengan teknologi Internet of Things. Mikrokontroler ESP32 DevKit V1 menggunakan sumber daya 5V. Water flow sensor dan LCD membutuhkan catu daya 5 Volt juga dan mengambil daya dari ESP32. Sensor tersebut memiliki tiga pinout yaitu VCC, GND, dan Data Pulse. VCC dan GND terhubung ke pin VCC dan GND dari ESP32 melalui sebuah breadboard. Data Pulse terhubung ke GPIO23 dari ESP32. Sementara itu, sensor aliran air terdiri dari empat pin, yaitu VCC, GND, SDA, dan SCL. VCC dan GND dari LCD terhubung ke VCC dan GND. SDA terhubung ke GPIO21, dan SCL ke GPIO22.

Gambar 2. Rangkaian sistem monitoring konsumsi air rumah tangga dengan IoT

ESP32 berfungsi sebagai pengendali dari sistem yang memproses semua input dan output dari sistem. ESP32 memiliki 30 pin yang dapat digunakan. Ada 15 pin ADC (yaitu, konverter analog ke digital) dan 2 pin DAC (yaitu, konverter digital ke analog), 2 antarmuka UART, 25 keluaran PWM, 3 antarmuka SPI & 1 I2C, dan 9 pin touchpad. Juga, ia memiliki 25 pin GPIO yang difungsikan untuk tujuan yang berbeda-beda. Untuk komunikasi, ia sudah memiliki modul WiFi dan Bluetooth BLE.

Model sensor aliran air adalah YF-S201 menggunakan mekanisme sensor hall effect. Terdapat sebuah kincir di dalam sensor tersebut dan kincir tersebut akan mengukur berapa banyak air yang melewatinya. Untuk display, sistem ini menggunakan LCD 16×2. LCD dapat menampilkan sebanyak 16 karakter dalam satu baris dan LCD dapat menampilkan karakter dalam dua baris. 

Hasil

Untuk percobaan kali ini, penulis akan mengimplementasikan sistem tersebut dan mengukur berapa banyak air yang digunakan pada sebuah keluarga dengan menggunakan sebuah prototype. Rumah tangga tersebut terdiri dari lima orang, yakni dua orang dewasa dan tiga anak. Anak-anak tersebut berusia antara 6 hingga 13 tahun.

Penulis akan melakukan percobaan dengan menjalankan sistem selama seminggu, 24/7. Orang-orang di rumah tangga akan menggunakan air seperti biasa untuk kegiatan sehari-hari, seperti mencuci mesin, mencuci piring, memasak, mandi, mencuci kendaraan, dll. Ilustrasi dari skenario ini terlihat pada Gambar 3. Sistem akan mengukur penggunaan air harian selama seminggu dan menampilkan statistiknya. Kemudian, sistem ini akan menghitung biaya air yang dikonsumsi. Data dikirim ke server Blynk. User dapat melihat dan memantau data dari smartphone menggunakan aplikasi klien Blynk.

Gambar 3. Penggunaan air harian untuk rumah tangga dalam skenario percobaan

Gambar 4 menggambarkan hasil konsumsi air rumah tangga pada hari kerja, mulai dari Senin sampai Jumat. Penggunaan air dipantau setiap jam dari pukul 01:00 WIB hingga 00:00 WIB. Sistem menghitung berapa banyak air yang digunakan per jam dan menampilkannya pada grafik.

Rumah tangga tersebut adalah keluarga muslim yang baik dan melaksanakan shalat lima waktu dalam sehari. Meski usia anak-anak masih belia, mereka diajarkan untuk menunaikan sholat setiap hari. Sekitar pukul 03:30 WIB, mereka memulai aktivitasnya dengan bersiap-siap melaksanakan sholat subuh. Konsekuensinya, mereka perlu menggunakan air untuk berwudhu. 

Terlihat dari grafik bahwa mereka (yaitu ayah, ibu, dan tiga anak) membutuhkan sekitar 40 liter air setiap hari untuk wudhu, gosok gigi, buang air kecil, dll. Jumlah air yang dikonsumsi meningkat hingga jam 6 pagi, kemudian turun pada jam 7 pagi. Biasanya bapak dan anak mandi pagi antara jam 5 sampai jam 6 pagi. Sementara itu, sang ibu bersiap untuk memasak. Itu sebabnya konsumsi air saat itu cukup tinggi, yakni kurang lebih 120 liter. Lalu pemakaian air naik menjadi 100 liter sampai jam 9 pagi. Sang ibu menggunakannya untuk menyiram tanaman dan mesin cuci.

Dari jam 10 pagi sampai jam 4 sore, konsumsi air rendah dan bervariasi antara 10 dan 58 liter. Penggunaan air tertinggi pada hari kerja adalah pada pukul 17:00 WIB, saat seluruh anggota keluarga sedang mandi. Lalu turun lagi sampai jam 12 malam.

Gambar 4. Penggunaan air rumah tangga per jam pada hari kerja

Gambar 5. Penggunaan air rumah tangga per jam pada akhir pekan

Konsumsi air pada akhir pekan dapat dilihat pada Gambar 5. Pada akhir pekan, rumah tangga tersebut tetap memulai aktivitasnya sekitar pukul 03:30 WIB dengan melakukan sholat subuh. Puncak penggunaan air pada pagi hari yang menggunakan kira-kira 350 liter terjadi pada jam 7 pagi, ketika anggota rumah tangga mandi. Berbeda dengan hari kerja yang biasanya mereka mandi pada jam 6 pagi. 

Konsumsi air tertinggi kedua di pagi hari adalah pada jam 8 pagi yaitu ketika mencuci mobil, sepeda motor, dan sepeda. Kemudian, dari jam 9 pagi sampai jam 4 sore penggunaan air naik-turun. Pemakaian air rumah tangga cukup tinggi lagi pada jam 5 sore, saat mereka mandi sore. Selain itu, air dibutuhkan cukup banyak pada waktu-waktu sholat, seperti pada jam 04:00 WIB, 12:00 WIB, 15:00 WIB, 18:00 WIB, dan 19:00 WIB. Setelah jam 7 malam, konsumsi air berkurang.

Gambar 6 menyajikan penggunaan air harian rumah tangga selama seminggu, dari Senin sampai Minggu. Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa konsumsi air pada hari kerja lebih rendah dibandingkan saat akhir pekan. Selama seminggu, penggunaan air per hari sekitar 1062 liter. Sedangkan pada akhir pekan mencapai sekitar 1378 liter. Mereka lebih banyak menggunakan air di akhir pekan untuk mencuci mobil, sepeda motor, dan sepeda.

Gambar 6. Penggunaan air harian rumah tangga selama seminggu

Tabel 1 menunjukkan perhitungan biaya pemakaian air harian selama seminggu. Diasumsikan harga air per m3 adalah Rp3.540,-. Hal ini berlaku untuk wilayah Yogyakarta. Tarif ini berlaku juga untuk rumah tangga. Terlihat dari tabel bahwa penggunaan air harian bervariasi dari 1,0629 m3 hingga 1,3669 m3. Oleh karena itu, biaya harian kira-kira antara Rp3.762,- dan Rp4.838,-. Maka, bisa dihitung biaya selama seminggu sekitar Rp28.697,37. Selain itu, rumah tangga membutuhkan sekitar 8,1066 m3 air setiap minggunya untuk kegiatan sehari-hari.

Gambar 7 menyajikan tampilan monitoring penggunaan air dari Blynk client pada smartphone. Sistem menyediakan data penggunaan air saat ini (current), debit aliran, biaya air (current), biaya air (bulan), serta konsumsi air (bulan).

Tabel 1. Perhitungan biaya konsumsi air harian selama seminggu

Gambar 7. Pemantauan konsumsi air dari klien Blynk di smartphone

Kesimpulan

Dalam artikel ini, telah dirancang dan diimplementasikan sebuah sistem monitoring konsumsi air rumah tangga dengan teknologi Internet of Things. Sistem ini akan mengukur penggunaan air harian rumah tangga yang terdiri dari lima orang, yaitu dua dewasa dan tiga anak. Data konsumsi air akan dikirim ke server cloud Blynk untuk tujuan pemantauan. Rumah tangga dapat melihat data di server melalui smartphone yang telah terpasang aplikasi Blynk client. Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem mampu melakukan tugasnya dengan mengukur dan mengirimkan data penggunaan air ke server dengan sukses. Hasil percobaan juga menunjukkan bahwa rumah tangga mengkonsumsi sekitar 8,1066 m3 air setiap minggunya, dengan biaya sekitar Rp28.697,37. Selain itu, mereka cenderung lebih banyak menggunakan air pada akhir pekan untuk mencuci kendaraan seperti mobil, sepeda motor, dan sepeda. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa konsumsi air rumah tangga sehari-hari dapat dipantau oleh sistem.

Data konsumsi air akan meningkatkan kesadaran rumah tangga untuk menggunakan air secara bijak dan efisien. Dengan menggunakan air sesuai kebutuhan dengan reservasi maka dapat mencegah terjadinya kekurangan air.

Referensi

Artikel ini diambil dari makalah yang berjudul “Residential Water Tanks with IoT: A Solution for Household Water Consumption Monitoring” yang dapat ditemukan pada https://journalajrcos.com/index.php/AJRCOS/article/view/308.

[/FA]