SMART BIN - IoT

KELOMPOK 3 LC40 SMART BIN:

Kelvin Julius Hartono 2501988945

Christian Robin Kieswanto 2540128474

Michael Halim 2501992450

Pendahuluan

Latar Belakang

Saat ini sudah banyak terlalu banyak kotak sampah yang sudah penuh dan berserakan sehingga menyebabkan sampah berserakan dan menimbulkan polusi udara yang dapat menyebabkan kualitas udara di dunia terutama Indonesia semakin buruk. Dari segi rute pengumpulan sampah di Indonesia itu masih manual dan tidak efektif menyebabkan konsumsi bahan bakar dan karbon emisi yang digunakan untuk mengangkut sampah semakin boros. Dilihat dari pengambilan sampah yang masih menggunakan metode manual seperti terdapat jam pengangkutan sampah yang teratur itu tidak efektif apabila tempat pembuangan sampahnya kosong atau hanya sedikit itu memakan waktu dan energi.

Melihat masalah-masalah diatas, kami ingin membuat sebuah rancangan berupa kotak sampah IoT yang menggabungkan kotak sampah dengan media online yaitu aplikasi yang dapat memonitoring kotak sampah dari kejauhan.

Dari tugas rancang yang kami buat, kami dapat menghasilkan kotak sampah berbasis IoT yang dapat membantu petugas kebersihan dalam melaksanakan pekerjaannya menggunakan alat kami sebagai media yang baru dalam pekerjaannya.

Rumusan Masalah

• Bagaimana cara mengatasi masalah ketidakefisienan dalam mengangkut sampah?
• Bagaimana cara menggabungkan kotak sampah dengan IoT?

Tujuan

Tujuan dari tugas rancang ini adalah membuat kotak sampah berbasi IoT yang dapat membantu petugas kebersihan dalam melaksanakan tugasnya lebih efisien dan memiliki fitur yang sangat memudahkan para petugas dalam bekerja.

Manfaat

Manfaat dari hasil penelitian yang dicapai adalah membuat kotak sampah yang mempunyai fitur dan media bantuan yaitu aplikasi dari handphone sebagai alat bantu petugas kebersihan dalam melakukan pekerjaannya.

Hardware apa saja yang digunakan:

1. 1 x Kotak sampah 20x15x35
2. 1 x ESP32 DevKit V1 DOIT
3. 1 x Servo motor SG90
4. 1 x OLED 0.96 Inch I2C
5. 2 x Sensor Ultrasonik HC-SR04
6. 1 x Load Cell 5kg + Acrylic Stand
7. 1 x Module Amplifier HX711
8. 1 x Micro USB-B Breakout
9. 2 x Jumper Male-to-Male
10. 1 x Jumper Male-to-Female
11. 2 x Pin header Male-to-Female
12. 1 x PCB Single Layer 10x15 cm
13. Solder + timah
14. 1 x PCB Box
15. 1 x Karton Padi
16. 10 x Cable Organizer

Software apa saja yang digunakan:

1. Visual Studio Code
2. Autodesk Fusion 360
3. Platform IO

Landasan teori

2.1 ESP32

ESP32 adalah microcontroller yang berbasis System on Chip(SoC) dan ESP32 ini penerus dari Espressif ESP8266 yang terkenal dengan NodeMCU. Hal yang baik tentang ESP32, seperti ESP8266 adalah komponen RF terintegrasi seperti Power Amplifier, Low-Noise Receive Amplifier, Antena Switch, dan Filter. Hal ini membuat perancangan hardware pada ESP32 menjadi sangat mudah karena hanya memerlukan sedikit komponen eksternal. Beberapa spesifikasi yang terdapat pada ESP32 berikut ini:

• Single or Dual core 32 bit
• Support Bluetooth and WiFi
• 34 GPIO Program,
• Mempunyai 48 pinout, dan masih banyak lagi

ESP32 memungkinkan komunikasi/pertukaran data melalui kabel dengan menggunakan beberapa protokol yaitu I2C, UART sebagai media nya.

2.2 Servo Motor

Servo motor adalah perangkat listrik yang mempunyai kegunaan sebagai mendorong atau memutar suatu objek dengan tingkat presisi dari tinggi, sudut, akselerasi, dan kecepatan. Hal ini dimungkinkan dengan kombinasi motor biasa dan tambahan sensor dalam hal ini berupa encoder untuk umpan balik posisi. Kontroler dari servo motor yang lebih dikenal dengan nama servo drive adalah bagian yang paling penting dan canggih dari sebuah servo motor, karena dirancang untuk presisi tinggi tersebut.

2.3 Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sensor yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi keberadaan suatu benda dengan jarak antara benda dan sensornya. Cara kerja dari sensor ultrasonik berdasarkan prinsip panduan dari satu gelombang suara pantulan, yang memungkinkan seseorang untuk menggunakannya untuk membuat jarak satu benda dengan menggunakan frekuensi saat ini. Gelombang ultrasonik ditembakkan menggunakan perangkat yang menggunakan piezoelektrik dan frekuensi yang ditentukan.

2.4 HX711

HX711 adalah komponen modul timbangan, dan terintegrasi dari HX711 presisi 24-bit analog to digital conventer (ADC) yang didesain untuk sensor timbangan. Prinsip kerja mengkonversi perubahan yang sudah diukur menjadi besaran tegangan melalui rangkaian yang ada.

2.5 OLED

OLED adalah media display out pada module Arduino atau microcontroller lainnya. Memiliki kontras pixelnya yang sangat tajam dan tidak memerlukan cahaya backlight sehingga hemat dalam konsumsi daya. Dengan komunikasi yang sudah I2C tentu cukup 2 PIN saja yang kita pakai untuk menggunakan OLED ini.

Cara kerja sistem

Untuk cara kerja sistem dari Smart Bin ini digunakan sebuah microcontroller ESP-32 yan terhubung dengan 2 buah sensor ultrasonik HC-SR04, motor servo SG90, ADC HX711 yang dihubungkan ke load cell tipe strain gauge 5kg dan sebuah layar OLED 0.96inch. 

Sensor ultrasonik pertama yang berada di depan digunakan untuk menggerakkan servo yang akan membuka tutup tong sampah, dan untuk sensor ultrasonik kedua diletakkan diatas tong sampah untuk mengukur kapasitas sampah berdasarkan jarak sampah ke sensor.

Lalu ada juga sebuah load cell 5kg yang dihubungkan ke ADC HX711 yang disambungkan lagi ke ESP-32 untuk mengukur berat sampah. Dimana load cell mengkonversi tekanan menjadi sinyal listrik yang berubah-ubah tergantung tekanannya, sinyal listrik ini akan diamplifikasi oleh modul HX711 karena output listrik dari load cell sangat kecil. Setelah diamplifikasi, sinyal listrik dikonversi menjadi sinyal digital yang akan masuk ke ESP-32 untuk mendapatkan angka beratnya yang akan ditampilkan pada OLED 0.96inch.

Setelah itu hasil pengukuran berat dan kapasitas akan dikirimkan ke Firebase Realtime Database setiap 1 detik untuk pengukuran secara realtime serta ada juga pengiriman setiap 24jam untuk data logging.

Smart Bin ini diintegrasikan dengan aplikasi Flutter untuk menunjukkan kondisi tong sampah secara realtime dan menampilkan data log serta grafik statistic yang dimana datanya diambil dari Firebase Realtime Database sebelumnya dikirimkan oleh ESP-32 sehingga dapat dilakukan monitoring melalui aplikasi.

Pada saat dimulai, akan diinisalisasikan sensor dan ESP32 dan juga sudah terhubung dengan jaringan WiFi yang sudah ditentukan dari code, setelah itu jaringan tersebut diatur koneksi database. Setelah diproses koneksi database, akan diperiksa sensor ultrasonik dan berat nya terus apakah sensor bekerja, jika sensor ultrasonik dan beratnya bekerja akan mengirimkan data dan dikirim ke database apabila tidak bekerja maka akan melakukan proses pembacaan sensor lagi. Setelah data didapatkan terus dikirim ke database maka dilihat apakah kotak sampahnya penuh jika iya maka akan di periksa lagi apakah beratnya melebih batas threshold, jika kedua tersebut sesuai maka akan mengirimkan data ke aplikasi berupa notifikasi, jika tidak maka akan mengulangi proses pembacaan sensor lagi untuk diperiksa ulang.

Dilihat dari block diagram diatas, bahwa ESP32 sebagai komponen utama(microcontroller) dari power supply yang memberikan power ke ESP32 dan sensor ultrasonik, berat akan mengirimkan data nya ke ESP32 untuk dikirimkan ke database(google Firebase) yang kemudian data yang ada di database tersebut akan digunakan oleh aplikasi flutter untuk menunjukkan data dari esp32

Ini adalah schematic dari PCB yang dibuat, disana terdapat jalur atau rute sebagai penghubung antar semua komponen yaitu ESP32, HX711, Servo motor, OLED, Ultrasonik, Rocker Switch, dan USB.

Aplikasi mobile ini dibangun menggunakan Flutter, sebuah framework yang digunakan untuk membuat aplikasi cross-platform. Aplikasi Smart Bin ini memiliki beberapa halaman yang disajikan dalam urutan berikut:

1. Boarding page: Halaman ini merupakan halaman awal aplikasi yang muncul saat pengguna pertama kali membuka aplikasi Smart Bin. Tujuan dari halaman ini adalah memberikan informasi singkat mengenai fitur-fitur aplikasi dan menjelaskan cara penggunaan Smart Bin. 

2. Authentication Page: Halaman ini bertindak sebagai lapisan keamanan untuk aplikasi Smart Bin. Dikarenakan aplikasi ini tidak ditujukan untuk pengguna umum, maka pengguna perlu melakukan proses autentikasi sebelum dapat mengakses fitur-fitur lainnya. Informasi autentikasi pengguna disimpan secara aman dalam database.

3. Home Page: Pada halaman ini, pengguna dapat melihat peta yang menampilkan lokasi kotak sampah, kapasitasnya, dan tingkat kepenuhan masing-masing kotak sampah. Hal ini memberikan gambaran visual tentang keberadaan dan status kotak sampah secara real-time.

4. Dashboard Page: Halaman ini menampilkan informasi lebih detail mengenai tingkat kepenuhan dan kapasitas kotak sampah. Informasi ini diupdate secara real-time sesuai dengan data yang diterima dari kotak sampah tersebut.

5. Data Log Page: Halaman ini digunakan untuk melihat log pengambilan data secara berkala dari kotak sampah. Informasi yang ditampilkan mencakup tanggal dan jam pengambilan data, status, kapasitas, dan tingkat kepenuhan kotak sampah. Data ini juga disimpan dalam database.

6. Statistic Page: Pada halaman ini, terdapat dua grafik yang menampilkan data mengenai kapasitas dan tingkat kepenuhan kotak sampah dari database. Grafik ini membantu pengguna dalam memahami tren dan pola penggunaan kotak sampah secara visual.

Dengan menggunakan aplikasi Smart Bin ini, pengguna dapat dengan mudah memantau dan mengelola kotak sampah secara efisien. Semua fitur yang disediakan didesain untuk memberikan pengalaman yang nyaman dan berguna bagi pengguna.

Untuk code bisa dilihat di github ini: https://github.com/robinnn08/smartbin.apk

Code untuk alat ini bisa dilihat detail di github ini

https://github.com/robinnn08/SmartBin_IoT

Di github ini terdapat main code untuk menjalankan Smart Bin ini dan juga ada beberapa penjelasan mengenai code disana sehingga bisa dipahamin lebih mudah dan detail.

Dari data yang diberikan, kita dapat melihat perkembangan timbangan asli dan kotak sampah selama 7 hari serta tingkat akurasi masing-masing. Secara umum, timbangan asli dan kotak sampah cenderung memiliki perbedaan jumlah selama periode tersebut. Beberapa hari timbangan asli lebih tinggi daripada kotak sampah, sementara pada hari-hari lain kotak sampah memiliki angka yang lebih tinggi. Namun, perbedaan ini tidak terlalu signifikan. Dalam hal akurasi, pada sebagian besar hari, akurasi timbangan asli dan kotak sampah cukup tinggi, yaitu di atas 95%. Ini menunjukkan bahwa hasil timbangan keduanya cukup akurat. Namun pada hari kedua, mungkin terjadi kesalahan yang menunjukkan akurasi menjadi 102% dikarenakan adanya faktor kesalahan pada timbangan atau human error yang menyebabkan hal tersebut bisa terjadi. Selain itu, pada hari ke-5, akurasi timbangan kotak sampah menurun menjadi 93.8%, ini menunjukkan kemungkinan adanya ketidakakuratan dalam hasil timbangan pada hari itu.

Secara keseluruhan, tidak terlihat konsisten dalam perbandingan jumlah timbangan asli dan kotak sampah selama periode 7 hari tersebut. Pada beberapa hari, timbangan asli lebih tinggi daripada kotak sampah, sedangkan pada hari-hari lain kotak sampah memiliki angka yang lebih tinggi. Perbedaan jumlah ini mungkin disebabkan oleh faktor-faktor seperti tingkat penggunaan kotak sampah, volume sampah yang dihasilkan, atau variabel dalam pengukuran.

Kesimpulan

Dari hasil pengujian terhadap rancangan/prototype Smart Bin ini berjalan dengan lancar dan sesuai dengan harapan, tetapi mungkin ada beberapa kesalahan atau human error dalam timbangannya. Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa perbedaan jumlah antara timbangan asli dan kotak sampah cukup konsisten, mungkin faktor-faktor yang menganggu seperti tingkat penggunaan kotak sampah, volume sampah yang dihasilkan, atau variabel dalam pengukuran mempengaruhi perbedaan ini. Untuk sensor ultrasonik terdapat gangguan yaitu tidak konsisten dalam mendeteksi pada barang tertentu. Meskipun demikian, hasil penimbangan secara umum cukup akurat dan sensor ultrasonik cukup bagus dalam mendeteksi benda.

Saran

Peneliti berharap untuk peneliti yang akan mengembangan rancangan/prototype Smart Bin ini untuk membuat kotak sampah lebih fleksibel di outdoor maupun indoor supaya dapat dipakai dalam keadaan apapun. Untuk tambahan fitur bisa dibuat untuk tahan terhadap air supaya dapat membuang sampah basah tidak hanya sampah kering seperti plastik saja menggunakan sensor yang lebih tahan terhadap air yaitu sensor cahaya, untuk bagian layar bisa menggunakan seven segment supaya lebih jelas di outdoor akibat sinar matahari. Untuk desain sendiri, bisa dibuat partisi untuk bagian kabel dan komponen di bagian kotak sampah supaya terlihat rapi dan tidak mengurangi kapasitas dari kotak sampah.

Iqbal, Muhammad. (2022). Mikrokontroler ESP32. Telkom University.

Electric, Schneider. (2023). Apa itu Servo Motor dan Kegunaannya?. Impact Company.

Prastyo, Elga Aris. (2022). Pengertian dan Cara Kerja Sensor Ultrasonik HC-SR04. Arduino Indonesia

Sunarya, Rizzywan Maolana. Teori Penunjang. Dikutip dari https://elibrary.unikom.ac.id/id/eprint/3916/8/UNIKOM_Rizzywan%20Maolana%20Sunarya_BAB%20II.pdf. UNIKOM.

Terdapat LINK Video dan Poster berkaitan dengan project Smart Bin.

LINK Poster: https://drive.google.com/file/d/1nqXvI_NueNsz7lD1WcPqmO3HDChpq9Wy/view?usp=sharing

LINK Video: https://drive.google.com/file/d/1QKUbdsiyGfsWcwzNtTCpQnFKwr4FbA4r/view?usp=drive_link