Indonesi an  Journa l  of  El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   3 ,  Ma rch   201 9 , p p.   1 03 9 ~ 1 047   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 3 .pp 1 03 9 - 1047          1039       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Develop ment of  real tim e  intern et of thi ng s ( I o T )   b ased ai r  qu ality monito rin g syste m       Huz ei n Fa hmi  Ha w ari,  Aide ed Ahma d Z aina l,  M ohamm ad   R ad z i Ah mad   Depa rtment  o f  E le c tri c al a nd  Ele ct roni c  Eng ineer ing,   Univ ersit i   T eknol ogi   PETR ON AS ,   Malay si a        Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Sep   1,   2018   Re vised Dec   1 0,   2018   Accepte d Dec   25, 201 8       The   at m ospheric  ai r   pol lut ion   is   a  m aj or   con ce rn   in  m oder n  ci t ie s,   espe ci a l l y   in  d eve lop ing  c ountri es   li k e  M al a y si a.  In   thi s   pape r,  we   h ave  rep orte d   an   eff ective  impl e m ent at ion   for   In te rne t  of   Th ings  used  for   m onit or ing  th e  le v el   of  ai r   pol lut ion   base d  on   Malays ia   Air   Pollut ion   Inde x   (AP I).   T he  low - cos t   and   r eal  ti m e   s y stem  would  b e   a ble  to   m onit or   r egul ar   ai r   qua li t y   pol lut an ts   inc ludi ng  Pa rtic ula t e  Matter  (PM )  of  PM 2. 5,   PM 10  and  Carbo n  Monoxide  (CO)  gas  as   wel l  as   the  t empera t ure s  and   hum idit y   of   the  surrou ndings.   Th e   s y stem  has  ca pa bil ity   to  d etec t   Good,  Modera t e ,   Unhea lt h y ,   Ver y   Unh ea l t h y   and Haz ard ous  AP I s ta tus. Bas e d  on  5  w ee ks  of   expe riment al  AP I m onit oring  result   on   spec ifi e d  te st   locat ion,  th e  s y s te m   was  ab l e  to   demons tra t e  prom ising  result s  in  prov iding  a   r el i abl e   r ea l   ti m e   m onit oring   of   the  ai r   qu a li t y  cond it io n .   Ke yw or d s :   Air  poll ution i nd e x     Air q ualit y  m on it or i ng   Gas  se nsor   In te r net  of thin gs     Partic ulate  m atter   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Hu zei n  Fa hm i  Haw a ri   Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Ele ct ro nic  Eng ineerin g,   Un i ver sit i Te knol og i  PETR O NAS    31750 Tr onoh,  Per a k, Ma la ysi a.   Em a il : hu zei nfahm i.haw ari@ utp .e du.m y       1.   INTROD U CTION     Ma la ysi a  is  one  of  the  c ountr ie s  that  ha ve  be en  se ver el y  af fected  by  haze   for  the   past  10  ye ars .  T he   nu m ber  of  ac ut e  res pirat or y  di sease  cases   is   s pik in g  ap pro xi m at ely  60%  be cause   of  haze   [ 1] .  S ocial   a wareness   towa rd s   the   sur rou nd i ng  ai r  qual it y  has  inc re ased  t he  dem a nd  f or  real  ti m e  ai r  qu al it y  in form ation .   Acc ordin g  to  T he  Sta r  on  Septem ber   16 th ,  2015,   Ma la ysi ans  com plaint  on  ve ry  s hort  noti ce  of  s c hool  cl osi ng  due  t o  unhealt hy  AP I   le vel  w hich  m ai nly  caused  by  haze  [1] .  Current  AP I  s yst e m   st il l  us i ng   t he  sam e  a s  the  on e   est ablished  i n  1993.  Ba se d  on  Ma la ysi a  Dep artm ent  of   E nvir on m ent,  the   data  proces se d  bas ed  on  ave rag i ng  tim e  of   24  ho urs  [ 2] . H ence ,  t he  c urren t  m eth od  is no t  acc urat e  to  re prese nts  the  act ual  e nv i ronm ent  situ at ion.  A  r eal   tim e  m on it or i ng  nece ss aril y  require d  i n  order  car ryi ng  ou t  im m ediate  act ion s   in  ca s e  of  unhealt hy  AP I  le vel  reac he d.  Ther e f or e,   th r ough  t his  rese arch,  a n  ai r   qu al it y  m on it or in g  syst em   has   been  dev el ope d  us i ng   Ardu i no  Y un   Mi ni  and   T hingS peak   as  t he  In te r net  of  T hin gs   (IoT )  platf or m   in  order   t o  create   a  m edium   of  sh ari ng  inf or m at ion   for  po ll ution   m on it ori ng;  w her e   the  data  m anag em ent  and   c on t ro l  ca n  be   done  conv e niently  thro ugh  t he  inte rn et   with sec ur ed  e nv i ronm ent.    In ad diti on, c urren t st at io nar y  AP I  m on it or in g  syst em  sit uat ed on ly  at ce rtai n  area  g i ves  le ss r el ia bl e   resu lt s   f or  the   pe op le   w ho   li ve  distantl y  [ 3] .  A   po rtable  c once pt  of  AP I   m on it or i ng  will   surel y  help   t o  overc om e  this  pro blem .  Ma la ysi a  AP I  m on it or ing  sys tem   is  incapab l e  of  m easur e  P M2.5  a nd  ex pe ct ed  to   be   im pl e m ented   in  the   syst em   on   2020  wh il e  ne ighbor  c ount r ie s  li ke  Sin ga pore   al rea dy  ca pab le   [ 3] ,   [ 4] .  Th us ,  PM2 .5  s ens or   integrate d  in  th is  syst e m   has  an  ad va ntage  on   giv in g  reli able  functi onal it y  on   com m on   poll utants  detect ion .   A   low - cost  c on c ept  i m ple m ented  in  this  syst e m   m akes  it   a fforda ble  towa rd s  wide  ra nge  of   pe op le .  As  pe r     Table  1,  us uall y,  the  sta ti on a r y  ty pe of  Air  Q ualit y  Mon it or i ng   syst em   con sist ing   of  An al y ti cal   In strum en ts  is   ver y e xpensi ve   [ 5] ,   [ 6] .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 03 9   –   10 47   1040   Table  1 .   C om par iso n betwee n  analy ti cal  instru m ents and  poll utants se nso rs  [ 6] ,   [7]     Ch arac teristics   An aly tical  ins tru m en ts   Air  q u ality  sen so rs   Co st   Ver y  hig h   Fair   Size   Bu lk y   Co m p act   Res o lu tio n   Excellen t   Reliab le   Mob ility   Dif f icu lt   Easy       A  lo w - c os t  ai r   qu al it y  m on it or in g  syst em   has  bee n  dev el oped  wh ic h  only   fo c us e d  on   dus t  po ll uta nts  m on it or ing   by  us in g  S harp  GP2Y1 010AU 0F   se ns or  [ 8] .   A  sim il ar  appro ac h  do ne  wi th  ad diti on   of   Global   Syst e m   fo r  M ob il e  Com m un ic at ion s  ( G S M)  m od e m   integrated  i n  th e  syst e m   [9] .  Howe ver,  the  syste m   m on it or ing   wa s  lim i te d  to  P M10   poll utant s  only .  I n  the  oth e r  ha nd,  a  CO  Gas   Detec tor  was  desig ne d  base d    on   ATME GA853 5  m ic ro co ntr oller,  T GS   2600  sen sor  a nd   Glob al  Sys te m  for  Mo bil e  ( GS M)  m od ule  [10] .  Anothe r  pro j ec t  wh ic h f oc us e d  on   m on it ori ng  the  C O c onc entrati on  le vel  with  m ai n aim  o n  in du st rial   pur pose  dev el op e d  [11] .  The  syst e m   us e d  PI C 18F4550  m ic ro con t ro ll er  a nd   i ntegr at e d  with  M Q - 7  CO  se nso r.   T he   syst e m   con sist s  of   3 pa rts  of  ci rcu it s  w hich  are  powe r s upp ly   un it , si gn al   conditi on i ng  unit , a la rm , display   and  m ic ro co ntro ll e r un it .    An  in door  ai r   qual it y  m on it or i ng  syst em   dev el op e d  with  diff e re nt  ap proac h  wh ic h  cl assifi ed  th e   po ll uta nts  a s  Vo la ti le   Organi c  Com po ne nts   ( V OC)   [ 12 ] .   The   syst em   us ing  m bed   L PC 1768  m ic ro co nt ro ll er   base d  on  32 - bit   ARM  cor te x  M3  proces sor  integ rated  with  the  TGS   2602.  The  poll uta nts  m on it or ed  wh i ch  has   been  cl assifi e d  as  VO C   are   Hydro ge n,   Amm on ia ,  Etha nol,  Hy drog e n  S ulfid e   an d  T olu ene .  A no t her  sens or  cal le d  Sens e  A ir  S8   us ed  i n  th e  syst e m   m ai nl y  to  m easur es  Ca rbon   Dioxid e.  Furthe r,   D H T2 2  us e d  to  m on it or   the tem per at ure an d hu m idit y  co nd it io ns .     In s pire d  by   the   I nter net  of  Th ing s   t re nd,   a   de vice  cal le d  ‘Poll uino’   was   de velo ped  t o  m on it or   the   ai r   qu al it y  [ 13 ] .  It  is  en han ce d  w it h  cl oud - base   m anag em ent  fo r  i ncr ea se  the   eff ic ie nc y.   Ne glect ing   t he  lo w - c ost   aspect,  it   is  e qu i pp e d  with   12  diff e re nt  ty pes  of  gas   sens ors  a nd  5  e nv i ronm ental   sens or s .  Ardu i no  m ic ro co ntro ll e r  pr e ferred   to   be   use d  with   it s  ope n  s our ce  flexi bili ty   and  inte gr at e d  with   W i - Fi  m od ule,   ESP82 66, as  it s n et work co m m un ic at ion  m e diu m .    AirS e ns e,  a n  A ir  Q ualit y  Moni toring  De vice  (AQMD )  w hic h  f oc us   on   l ow   powe r  an d  lo w - cost  syst em   i m ple m entat io n  de velo pe d  [1 4 ] .  T he   syst em   use d  Bl uet oo t h  HC - 05  m odule  to   tra ns m it  data   to   sm art  phon e   dev ic e  a nd  s ha re  the  data  th rough  t he  cl oud.  By   us ing  the  MQ - 135  gas  s ens or ,  t he  ai r  m on it or ed  a nd  the  data   up l oad e d  to   th e  cl oud  t hroug h  Thi ngSp ea k  web  se rv ic e.   S ti ll ,  the  c onnec ti vity   betwee n  the  sm art  ph one  a nd   the AQMD  w il l be lim i te d  up  to a ce rtai n ran ge  as  it  u sin g  t he  Bl uet oo t h  c omm un i cat ion   m edium .    In  this  pro j ect ,   com bin at ion  of  MQ - 7  C O  s ens or ,   D HT 22   tem per at ure/ hum idity  sensor ,  PM1 0  an d  PM2  se nsor   will   be  int reg at e d  in  orde r  to   pro vid e   m or e  deta il   env ir onm ental   par am et er  c om par ed  t o  pr e vious  researc h.  A  G SM  m od ule   is  al so   i ntergrate d  i n  t he  syst em   to  carry  out   the   real   tim e  m on it or ing  f un ct ion   of  distant  noti ficat ion s  by  Sho rt  Me ssage  Ser vi ces  ( SMS) .  Whenev e r  t he  m easur e d  val ues  e xc eed  t he  li m i ts,  SMS   will  b e se nt to   the s pecific  phon e  num ber  to   al ert the  us er  of the  possi ble e nv i ron m ental  h eal th ef f ect .        2.   RESEA R CH MET HO D     The  syst em   design e d  to  be  a ble  to  m easur e   sever al   c omm on   ai r  qual it y  ind e x  a nd  sta ndar dized  t he  resu lt s   with   the   Ma la ysi a  Air  Po ll utant   I nde x  t o  in dicat e  th e  se ver it y of  th e  ai r   qual it y. H ence,   the   sel ect ion  of   the   hard war e   t o  be   us ed   i n  t he   syst em   has  be en   do ne  t o  m a ke  sure   that   the   ha r dw a re   us e d  is  a ble   to   gi ve   resu lt s  wh ic h  can   be   sta nd a r dized   wit h  t he   A PI .   T he   ai r  qu al it y  m onit or in g  syst e m   com pacted  with  4  se nsors   inte gr at e d  into it an d ea ch  h as  their  own   functi onal it y t o  m easur e CO  poll utant, tem per at ur e , hum idit y, PM 10   an d  P M 2.5 .    To  e nsure  t he  reli abili ty   of   the  syst em ,  each  of   t he  se ns or s  ens ur e d  t o  be   cal ibrated .  H ow e ve r,   th e   on ly  se nsor req uire d  to  be  cal i br at e d  be f or e  f ully  integr at e d i nto  the  syst em  is CO   se nsor wh il e the  o t hers h as   been   rea dily   cal ibrated  by  the  m anu fact ur e r.   To  m ake  the  ai r  flo w  nearby  the  se ns ors  regu la te d,   a  DC  bru sh le ss   fan   i ns ta ll ed  in   the  dev ic e.   T hi s  to  m ake  su r e  that  the  res ults  ob ta i ned   t o  be  m or e  vali d.   Detai ls  of  the  bloc k  syst e m  d ia gr a m  o f  API m on it or in g  is i ll us t r at ed  in  Fig ur e   1.   A  str uctu re  of   process  flo w  ha s  bee n  desig ne d  a nd  f ollow e d  durin g  the   im plem entat ion   of  the  syst e m .  The pr ocess  f l ow p la nn e d  t hor oughly  to  e nsure  the  resea r ch  c ov e rin g  t he  who le   obj ect i ve of  the  pro j e ct .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Develo pm e nt  of  rea l t ime i nternet  of thin gs  ( I o T )  based  air  qualit y mon it ori ng  …   ( Huzei n  F ahmi  H awari )   1041       Figure  1. Detai le d  syst em  b lock diag ram  o f  t he API m on it ori ng       2.1.      Se nsor S el ection   The  m odules  use d  in   the  syst em   sel ec te d  bas ed  on  it s  f un ct i on al it y  to  ca rr y   out  the  ta s k  ne eded  f or  the   syst e m .  Mi cro con t ro ll er  A rduin o  Uno  Re v.  3  ATm ega3 28 P  is  en ough  t o  con t ro l  t he  sys tem .  GS M  Mo dem   of  SI M9 00 se ries  us e d  a nd  with t he d ual net w ork ba nd, i t ca n  c arr y  out i ts f un ct ion  t o  c omm un ic at e  with  g e ner al   m ob il e p hones   wh il e LC D of  16x2  disp la y  use d for  nearby  ou t pu t  vis ualiz at ion .    As  in   Ta ble  2,   the  se nsors   in te gr at ed   in  t he   syst e m   are  sel ect ed  ba sed   on   it s  m easur ing   capab il it y  wh ic h  is  able   to  detect   the   po ll utants  c oncent rati on   ba sed  on   t he  M al ay sia   AP I  s cal e.  The  higher  t he   con ce ntrati ons  range  of   detect ion ,  t he  m or e  e xp e ns i ve  th e  se ns or.  Th us ,   wis e  sel ect ion   of   s ens or   in   this  proj ec t   to  m ake  sure  th at   the  se nsor  is   able  to   co ver  th e  API  scal e   an d  sti ll   aff or dab le   in  pr ic e.   Figa r o  T GS  26 00  se ns or   us e d  to  detect   the  CO  co nce nt rati on s  in  t he  su r rou nd i ngs  a rea.  It  has  capa bili ty   of   d et ect ing   se ver al   gas eous  su c h  as  Me tha ne,   Iso - bu ta ne,  et hanol,  hydro gen   a nd  CO .  It   has  high  sen sit ivit y  towar ds  low  c oncent rati on   of   CO  [ 16 ] .  This   s ens or   is  m etal - oxide  sem ico nd ucto r  ba se d  se ns or.  The  ci rcu it   buil t  giv es  a  si gn al   wh i c h  corres ponds to wards t he  c hange  of poll utant s that c hange t he  c onduct ivit y of sens or.       Table  2 .   Senso rs  detect ion   ra ng e   an d   API  poll utants c once ntrati on r a nge  [2]   [4]   [14]   Sen so rs   Ty p e of  Pollu tan ts   Detectio n  Ran g e   API  Po llu tan ts Co n cent ration  Ran g e    Fig aro TGS  26 0 0     Carb o n  M o n o x id e   1  –   1 0 0  Par t Per   M illio n  ( p p m )     0  –   5 7 .5 p p m   SHARP  D N7 C3 CA0 0 6     PM2.5   25  –   500   µ g / m 3      0  –   5 0 0  µg / m 3     SHARP  GP2 Y1 0 1 0 AU0 F     PM10   0  –   5 0 0  µg / m 3     0  –   6 0 0  µg / m 3     DHT22     Te m p e rature  &   Hu m id ity   Hu m id ity : 0 - 100%   Te m p e rature:  - 40 - 8 0  ̊  C     n /a       The  sig nal  re cei ves  by  the   sens or   is  th en  com pu te d  by  us in g  f unc ti on s  obta ine d  from   the  char act e risti cs  curve  i n  t he  da ta sh eet .  T he   ra ti o  bet ween  Se ns or   Re sist anc e  Ra ti o,   R S   a nd  Senso r  Re sis ta nce   in F resh Ai r,  R O   com pu te d  as   fo ll ows ;     α = {[(V CC   × R L )/V OUTPUT ] - R L }/ R O    (1)     wh e re  α  is the  rati o  bet ween  Sensor  Re sist a nce,  R S   a nd   Se ns or Resi sta nc e in F re sh   Air,  R O   and  R L   is t he  Lo a d  Re sist ance  [ 16] .   DH T 22  se nsor   has  t he  ca pab il i ti es  to  detect   bo th  te m per at ur e  and  hum idit y  of   the   ai r.  Th e  c om pu ta ti on   of   the  se nsor  done  i n  the  se nsor ’s  li br a ry  pro vid e d.   No   der i vation  of   e quat ion   need e d  to  obta in  the  re su lt s.  This   sens or  us e s  the   colle ct ive - dig i ta l - sign a l  ty pe   m et ho d  an d  hu m idit y  reco gnit ion   a nd  is  cal i br at e d  r eadil y  [17] .  Fo r   PM 2.5  det ect ion ,   S HA R P  D N 7C3 C A006  se ns or  will   be   sel ect ed.  SHARP  D N7C3CA 006  is   the  t hir d  rev isi on   of   P M  sens or  pro duct   by  the   S H ARP  C om pany .  T he  se nsor   us es   O ptica l  dust  se ns i ng  m e chan ism     [18] .  It  has   bui lt - in  fa n  f or  th e  ai r   flo w   re gu la ti on   th r ough  the  se ns in g  ch a m ber .   W it h  it s  abili ty   of  m easur i ng   on ly   dust  with  2.5  m ic ro m et er   of   diam e te r  an d  bel ow,  the  se ver it y  in  the  ha ze  env i ronm ent  can  be  kn own   m or e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 03 9   –   10 47   1 042   detai le d  as  P M2.5   has  gr ea te r  eff ect   to wa rd s  hum an  healt h  [20] .  T he  r esults  com pu te d  us i ng   t he  eq uati on   pro vid e d by th e m anu factu rer i n  the  d at as he et .    SHARP  GP2Y101 0AU 0F   is  a   PM1 0 se ns or  and  the  first  ed it io n o f t he  PM   sens or   from   SH ARP . T he   m easur em ent  of  the   se ns or  is   base d  on  the   P M  w hich  has   di a m et er  of   10  m ic ro m e te r  an d  belo w.  This   ver si on  of   se nsor  al s o  us in g  the  op ti c al   sensing  m ec han ism   bu t  do esn’ t  hav e  t he  ai r  flo w  re gu la tor.   Howe ver,  the  ai r   flo w  wi ll   be  r egu la ti ng  by  t he  in sta ll ed  D C  brus hless  ai r  fl ow  re gula tor   fa n.   A n  e qu at ion   der i ved  f ro m   the  char act e risti c curve  of the  PM 10 se ns or t o  c om pu te  the r es ul ts of   detect io n as;     PM10 =  (0. 17  × [VO UT  ×  VC C/ 10 24]   –   0.1)    (2)     By   hav in g  both  PM 2.5  a nd  P M10 ,   we   can   r el at ively   kn ow   the  c om po sit ion  of  the   dust  base d  on  it s   diam e te r.  H e nc e, the se ve rity  o f  the  dust co nt ai ned  in  the  air ca n be in dicat ed  cl early .      2.2.       Se nsor C alibra tion   Of   al l  the  sen s or s  sel ect e d,   th e  CO  sens or,  TGS   2600  is  the  only   sens or  that  need s  t o  be  cal ibrate d  for  c onsist ent  a nd  reli able  res ults. T he  se nso r has  b ee n ca li br at e d by  ref e r rin g  a   gu i ded e xp e rim ental  r esearch   Er ror!  Re fere nce  s ou rce   n ot  f ou n d. .   R O   is  t he  c onsta nt wh ic h  need  to  b e recog nized   by cali br at ion pro cess.   Using a  close d space  of 25 m 3 , 24  ci gar et te s  sm ok ed  a nd R S   m easur ed  a fter  3 hour s  as  f ollow s:      R S = [(V CC   × R L )/V OU TPUT ] - R L    ( 3 )     Ba sed  on  the   r e fer e nce  pa per,  69.8  pp m   of  C O  resu lt e d  wh e n  24  ci ga rett es  sm ok ed  a nd  c onta ined   f or  3  hours  withou t  losses.   By   kn ow i ng  the   CO  con ce ntrati on,   R O   value  obta ined   via   eq uation  ( 5)  an d  ( 1)  wh ic h  is 2 8336. 27 Ω .        Table  3.   Perce ntage  e rro r between  m easur ed results a nd r e fer e nce  data  E rror!  R e feren ce so urce n ot foun d.   No .  Of  Cig arettes   Ref erence CO PP M   Measu red CO  PP M   Percentag e  Er ror  ( %)   4   1 2 .21   1 3 .06   6 .96   8   2 5 .65   2 4 .90   2 .92   16   4 7 .63   4 6 .10   3 .21   24   6 9 .80   6 7 .73   2 .97       To  e ns ure  the  R O  value  ob ta i ned   is  acce pta ble,  a  num ber   of   ci gar et te s  s m ok ed  by  se quence  fro m   4,8,16  a nd  24.   For  ea ch   sess ion ,   the   CO   c on ce ntrati on  m easur ed   afte r   3  ho ur s   of  ci gar et te s  sm ok e d.   Th e   m easur ed   res ults  com par e d  w it h  the   r efe ren c e  data   in   Fi gur e  2.   The   e rror  cal culat ed  t o  a naly ze  the   dev i at io n  of m easur es r e su lt s w it h re fere nce  data.            Figure  2. CO  c on ce ntrati on  vs. no.  of ci gar et t es       Ba sed  on  th e  c om par ison   bet ween   t he  m eas ur e d  CO  c once ntrati on  an d  refe ren ce  value s,  t he  de viati on  per ce ntage  is  r ang e d  betwee n  2.92%  -   6.9 6% .  It  is  exp ect e d  com es  fr om   the   po ssi ble  gas  l osse s  occ urred   duri ng  the cal ibrati on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Develo pm e nt  of  rea l t ime i nternet  of thin gs  ( I o T )  based  air  qualit y mon it ori ng  …   ( Huzei n  F ahmi  H awari )   1043   2. 3 .      Net w ork C ommu nica tion   GS M  SI M 900A  M od em   us e d  t o  est a blish   a  co nnect ion  be tween   A r du i no  U no  a nd  Mo bile  P hone   Dev ic e.  AT  C omm and   use d  to  com m un ic at e  with  the  m od em   in  or de r  to  gi ves  or der   t o  pe rfo rm   inten de d  act ion s  i.e .  se nds  a nd  receive s  m essages.  G ener al   dual   ba nd  use d  w hich   ena ble  the   m od em   to  co nn ec t  with   m ob il e  phone  dev ic es   of  900/ 1800 M Hz   f re qu e ncy   ba nds.   The   A PI  m on it or i ng  dev ic e   w il l  then   se nd  a   sh ort   m essaging   ser vice  (S MS )  to   the  us e r’ s  m ob il e  phone  de vices  if  the  A PI   reac hes  ei t her   U nh eal thy,   Ver y   Unhealt hy a nd  Hazar dous l ev el .      2. 4 .      I oT Im plem ent at i on   on API  Moni to ri ng   De vice   W it h  the   rise   of  t he  I oT   tren d,  the   po s sibil it i es  f or  t he   API   m on it or ing  de vice  t o  be   I oT   dev ic e   have   been  e xp l or e d.  By   tran sf or m i ng  the   A PI  de vi ce  to  a   rem ote  sen sin g  API  de vice,  it   is   co nnect ed   to   the  W i - F i   via  Y un  S hield  W i - Fi  a nd   E ther net  Mo du l e.  Thi ngSp ea k  cl oud  web   ser ver   us e d  f or  th e  data  sto rag e   of   t he   sens o rs ’  data.  ThingS pea k  w ebsite   pro j ect in g  the   data   recei ved  by  t he  dev i ce  in  the   f orm   of  pl otted  gr a phs  for   each  ty pe  o f   th e  poll utants . Hence,   pe ople  wi ll   able  to   acce ss  the   m on it or i ng r esults   an d analy ze  the   tre nd s  o f   the m easur ed p ollutants       3.   RESU LT S   A ND  A N ALYSIS   The   integ rated   de vice   te ste d  to   m easur e  t he  surr oundin gs  ai r   qual it y  with  real   tim e   m on it or i ng .     The device l oc at ed  at  Unive rs it i Teknolo gi P ETRO NA S , S e ri I s kanda r,  T r onoh, Pera k,   Ma la ysi a. Please ref e r   to Figu re  3.             Figure  3. A PI   m on it or ing  de vi ce locat ion       3.1.      CO C once nt r at io n  Monitorin g   Figure  4  s hows   an  e xam ple  of   1  day  of  CO  c oncent rati on  m on it or i ng   t hro ugh  the  Thi ngSp e ak  web sit e .   The  overall   re s ults  sho w  decrem ent  from   0100  ho ur  unti l  0600  hour  a nd  s ta rt  to  inc rease   unti l  the  peak  hou r.  This  tre nd   s usp ect ed  due  to  th e  peak   w orkin g  hours.  T he  pe a k  ho ur s  for  CO   con ce ntrati on  m easur ed  high est   at   1000  hour.   T he   res ult  from   1100   to   15 00  hour  s hows   sig ni ficant  dec rem e nt.  O ne  of  t he  po s sible  reas on  is   the   CO  c on ta i n  i n  the  ai r   re duced   as  t he  hum an  work i ng  act ivi ti es  decr ea sin g.  T her e   was  a   sign ific a nt  in cr ease   from   15 00  unti l  18 00  a nd  f luctuat io ns   observ e d  from   18 00  unti l  0000  hour.  T he  di screp a ncies  of  CO   con ce ntrati on   le vels  obser ve d  infl ue nced  by  the  weathe r  c onditi ons,   hu m an  act ivit ie s,   wi nd  directi ons  a nd  it s  so urces .   This  1 - day  m on it or i ng  res ult  ob ta ine d  f ro m   ThingS pea k  w ebsite   ha ve   not   m uch   dif fere nc e  of  tre nd  to   the  5  we eks   m on it or i ng  res ults .  It  is  sho wn  th at   for  al l  of   fig ur es ,  the re  a re  si m il arities  of   t rends  w hich  i ndic at es  the  sta b il it ie s  and  co ns ist e ncy  of  sen sor  perf orm ance.  Ba sed   on  the   Fig ur e   5,  the   data  t rend  sh ow n  quit e  sim il ar   to the 5 - wee k m on it or ing.                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 03 9   –   10 47   1044           Figure  4. Exa m ple o f  co  m on it or i ng d at a  from   thingspea k we bs it e   Figure  5. Five   weeks CO  m on it or i ng       3.2.    Te mper ature  M on it oring   Figure  6  s ho ws  the  sin gle   day  m on it or ing   res ult  ob ta ined  f r om   Thin gSpea k  f or   tem per at ur e   m on it or ing.  G ener al ly ,  from   0100   ho ur ,   a   dec rem ent  observ e d  unti l  0800  hour.   T he   te m per at ur e  s ta rts  to   increase  from   0900  ho ur   unti l  it s  peak   ho ur  wh e re  the   hi ghest   tem per at ur e   recor ded   e ve r yday   wh ic h  is  at   1600   hour.  T his  highest  te m per at ure  re co rd e d  at   1600  hour  bec ause  direct  s unli gh t   to wards   the  API  m on i toring  dev ic e  ha ppens  at that  ho ur. Sub s eq ue ntly , decrem ent o bs e r ved f ro m  1 70 0 un ti l 0 000 h ou r.           Figure  6. Exa m ple o f  te m per at ur e  res ult fro m   thing s pea k web sit e       In  Fig ur e   7,  5  weeks  of   te m per at ur e   m on it ori ng  hav e   bee n  m on it or ed.  Ba s ed  on  the  res ult,  the  highest   peak   hours  of   tem per at ur e  m on it ore d  ar ound  16 00 - ho ur.  The  res ults  pl ot te d  has  sam e  t rend  as  the  1  da ys  of  tem per at ur e  m on it ori ng.           Figure  7. Five   weeks t em per at ur e m on it ori ng   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Develo pm e nt  of  rea l t ime i nternet  of thin gs  ( I o T )  based  air  qualit y mon it ori ng  …   ( Huzei n  F ahmi  H awari )   1045   3. 3 .      H umidi t y Moni t oring   Figure   8  s hows   the   1  of  hu m idit y  m on it or in g  from   ThingS pe ak   We bs it e.  7  Fr om   01 00  hour  unti l  0800   hour,  inc rem ent  on   hu m idit y  ob ser ve d  an d  th e  peak   hour  r ec orde d  at   0800.  Ther e  is  si gn i ficant  dec rem ent   from   0900  hour   to   1600   ho ur  a nd  t he  l ow e st  hu m idit y  recor ded  is  at   1600  e ve r y  day.   S ubseq uen tl y,  t he   hu m idity   chan ges  w it h i ncr em ent f r om 1 700 u ntil  0 00 0 hou r.             Figure  8. Exa m ple  of  hum idit y  m on it or in g data f ro m  thin gs pe ak  w e bs it e       Ba sed  on  the   F igure  9,  the  l owest   peak  hours  of  hum idit y  m on it or ed  a r ound  1600 - ho ur.  T he  res ults  plo tt ed has  sa m e trend as t he  1   days  of hum idit y  m on it or in g from  Th ingS peak  W e bs it e.           Figure  9. Five   weeks  hu m idity  m on it or i ng       Gen e rall y,  the  hu m idit y  re su lt s  are  s om eho w  c orrelat ed  w it h  the  te m per at ur e  resu lt s  obta ined .  T he   hu m idit y  and  t e m per at ure  ha ve  i nv e rse   rela ti on s hip  with   e ach  oth e r.  T his   cl early   ca n  be   see n  w her e   th e  pea k  hour  of  hum idi ty   cor res ponds  to  the  lo west  te m per at ur e  rec orde d  w hich  is  a t  0800   hour.  O n  the  ot her   ha nd,  the   lowest  hum idity  reco r de d  co r respo nd s  t o  th e  peak   hour  of   tem per at ur e  wh ic h  at   1600   hour.  Sim i la r  to  the  tem per at ur e  r e su lt s, hu m idit y  res ults are a ff e ct ed  by t he  c ha ng e s  of   weathe r.     3. 4 .      P M 2.5  and   P M 10 Mo nito ri n g   Ba sed  o n  Fi gur e  10,   the PM1 0  res ult  sho ws  t hat  the re  is n o  PM  val ue  bein g  m easur e d  be cause o f   the   locat ion   facto r  wh e re  the   m on it or in g  locat io n  does  no t  ha ve  m any  industria l  act ivit ie s.  Fu r therm or e,  the   s ens or  al so  has l ess se ns it ivit y and re qu i red a sig nifi cant  cha nge  of   env i ronm ent to en s ur e  it s d et e ct ion . As a  r es ult,  a   PM2. 5 was i ntr oduce d  as  p a rt  of sen s ors t he a ir m on it or in g qu al it y sy ste m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  Ma rc h   201 9   :   1 03 9   –   10 47   1046       Figure  10. E xa m ple o f  PM1 0  m on it or ing dat a from  thing s pe ak web sit e       In   Fig ur e   11,  t he  tre nd  of  t he   PM  val ue  was   now  able  t o  be   m on it or ed .  It   was  obser ve d  that  the  peak  hours fo r  PM 2.5 m easur ed  h i ghest  fr om  1 000 h our  t o 13h our.             Figure  11. E xa m ple o f  PM2 .5  m on it or in g da ta  f r om  thing s pe ak web sit e         The  tr en ds   of  t he  5  d ay s  PM 2.5  ha ve  bee n  e xport ed  i nto   e xc el   an d  a naly zed  by  the   m ean  value s  as   in  Figure  12.  T he   sensiti vity   of   PM2. 5  ca n  det ect   the  pa rtic le   cha ng es   with  bette r  se ns it ivit y  com par ed  to   PM1 0.  This  sho ws  t ha t  PM2 .5  is  i m po rtant  c ompone nt  a nd  ne ed  t o  be   ad de d  a s   par t   of   th e  ai r   qual it y  m on it or ing  syst e m .           Figure  12. Fi ve   days  of PM2 .5  m on it or in g da ta       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Develo pm e nt  of  rea l t ime i nternet  of thin gs  ( I o T )  based  air  qualit y mon it ori ng  …   ( Huzei n  F ahmi  H awari )   1047   4.   CONCL US I O N   In   bri ef,  t he  f oc us   of   his  pro je ct   is  to  de vel op  an   af ford a bl e  and  de pe nd a ble  I OT  protot ype  f or  real   tim e  ai r  qual it y  m on it or in g.  T he  necessit y  of  knowin g  t he  le vel  or  c onditi on  of  t he  qual it y  of  t he   ai r  we   breat he   in  our   s urrou ndin gs   is  ver y  c ru ci al   in   or de r  to  kee p  our  go od  healt h  co nd it ion .  T he  pro pose d  syst em   will   be   able  to  s olve   Ma la ysi ans  co ncern  on  the  de la y  announce m ent  and  m ea su ri ng  the  PM2. 5  haze  in   Ma la ysi a  consi der i ng   t he   Ma la ysi a  new   API  syst em   will   be  only   avail able  in  20 20.  T he  PM2 .5   m easur e m ents  is  ver y  essenti al   to  give   cl earer  dust  poll utants  c ondi ti on   to   ens ure  healt hy  li fe  e nvir on m ent.  Th e  prototy pe de velo pe d  was  a ble to  su c cessf ully   m on it or the  Air   Pollut ion  Inde x   at   UT P for 5  w ee ks.       ACKN OWLE DGE MENTS     The   aut hors   would  li ke   to   ack nowle dge   U niv e rsiti   Te knologi   PETR ONAS (UTP) ,  Ma la ysi a  for   sp ons or i ng this  r esea rch w ork.        REFERE NCE S   [1]   Maba hwi  N.  A . ,   Le h  O.   L .   H.   an d  Om ar  D. ,   " Urb an  Air  Qua li t y   a nd  Hum an  Hea lth  Eff e ct s  in   Sel a ngor, "   Mal a y si a.  Proce dia   –   So ci al  and  Be ha vi or al  Sc ie nc e ,   vol .   170(1),   pp .   282 - 291 ,  2015 .   [2]   La st  Minu te  Notic e   to   Clo se  Schools  Ir ks  Malay sians .   Ret r ie v ed  on   Septe m ber   3 0 th ,   2016 ,   fro m  htt p://ww w.t hest ar. com.m y /ne ws /na ti on /2015/ 09/ 16/l astminute - no ti c e - to - c lose - sch ools - irks - m al a y s ia ns   [3]   Depa rtment  of  E nvironment  Mal a y si a,   " A  Guide   to  Air  Pollut ant  Inde x  (AP I)  in  Malay s ia   4 th   Edition , "   Mala ysia:   ASMA   Sdn .   Bhd ,   2000 .   [4]   Air  Pollut ion   In dex  of  M al a y si a. Re tr ie ved   on  Se pte m ber   24 th ,   20 16,   from   ht tp: / /apim s.doe . gov. m y /v2 /    [5]   Singapore   Na ti o nal   Envi ronm ent Agency .   Re triev ed  on  Janu ar y   31 st ,   2017 ,   from   h ttp:// ww w.ha z e. g ov. sg/    [6]   Li u  J.  H.  et   al. ,   " An  Air  Quali t y   Monitori ng  S y st em  for  Urban  Area s  Based  on  the  Te chno log y   of  W ire le ss   Sensor   Network , "   Int ernati onal Journal   on  Smar t  S ensin g  and  Int el l ige n t   Syste ms ,  vol.  5( 1),   pp .   191 - 214 ,   2012.   [7]   N.  Kular at n a   an d  B.   H.  Sudanth a,   " An  Envi ron m ent al   Air  Poll uti on  Monitori n g  S y stem  Based   on  the   IE EE   14 51   Standa rd  for   Lo w Cost  Requi r e m ent , "   IE EE Se n sor   Journal ,  vol .   8(4) ,  pp.   415 - 42 2 ,  2008 .   [8]   AEA  Te chnol og y   Pl c ,   " A  Guide  for  Local   Autho rit ie s  Purch asing   Air  Quali t y   Mo nit oring  Equi pm ent   2 nd   Ed it ion , "   Unite d  K ingdom:  AEA  Te chnol o gy  P lc ,  2006 .   [9]   Ruslan  N .,   " Air P oll uti on  Ind ex Rea l   Ti m e   Moni tori ng  S y s te m , "   Malay sia:  Uni ver siti   Tun Hus sei n  Onn ,   2015 .   [10]   Shariff   S.   S . ,   " Rea l   T ime   Air  Qu al ity   Repor ti ng   S y stem , "   Mala ys ia:  Univ ersiti   Tu n  Hus sein  Onn ,   2015.   [11]   Su y uti  A.  et  al. ,   " Microc ontroller   ATMEGA 8535  base d  d esign  of   Carbon  Monoxi de  Gas  De te c tor , "   Int ernati ona l   Journals  of Engi nee ring a nd   Sc ience ,   vol .  12( 4) ,   pp.   71 - 80 ,  2012 .   [12]   Edwa rd  O .   O . ,   " A  Microc ont ro ll er   Based   Da ta  Acquisi ti on   S y stem  for  In dustr ia l   Air   Pollut io n  Conc ent ra ti on  Mea surem ent   in   Niger ia , "   Journ al  of  Mul ti disc ip li nary  Eng ine eri ng  Sci en ce   and   Technol ogy ,  vol .   1(3),   pp.   19 - 24 .  2014.   [13]   W it te   T.   F. , " De vel opm ent   of   An  Indoor  Air  Q ual ity   Mon it orin g  S y stem  base d   on  a  Mi cro con trol ler , "   F inl and :   Helsink i   Me trop oli a  Uni ve rs it y   o f  App li ed   Sc ie nc es ,   2014 .   [14]   J.  Dutta,  F.  Gaz i,  S.  Ro y   and  C.   C howdhur y ,   "A irS ense :  Opportunis ti c  Crowd - Sensi ng  Based  Air  Qu al ity   Moni tori ng   S y st em for  Sm ar t  Cit y ,"   2016   IE EE   S ENSORS ,   Orlan do,   FL,   pp.   1 - 3 ,   2016 .   [15]   G.  B.   Fioc col a ,   R.   Som m ese ,   I.   Tufa no,   R .   Canoni co   and   G.  Ventr e,  "P oll uino:  An  Eff icient  Cloud - Base d   Mana gement  of   Iot  Dev ic es  fo r   Air  Qual ity   M onit oring ," 2016  IEE E   2nd  Int ernati onal  Forum   on  R ese arch  a nd  Technol ogi es  for   Society and  I nd ustry  Leve raging   a  be tter t omor row ( RTSI) ,   Bologna ,   pp . 1 - 6 ,   201 6.   [16]   Revi sed  AQ I  Br ea kpoin ts.  Re trieve d  on  De ce m ber   4 th ,   2016,   fr om   htt p:/ / aqi cn . org/fa q/2013 - 09 - 09/re vised - pm 2 5 - aqi - bre akpoi nts/     [17]   FIG ARO   USA  INC,  " TGS  2600   for   Det ection   of   Air   Cont aminan ts , "   TG S  2600   D atashee t ,   Jan   20 05.   [R evi sed   on   Dec   2016] .     [18]   Adafrui t   Industr ie s  LL C ,   " Digital   Relat ive  Hu m idi t y   &   Te m p era tur e   Sensor  AM 2302/DHT2 2 , "   [R evi sed   on     Feb  2017] .     [19]   SH AR P Corpora ti on,   " PM 2. 5  Se nsor Module , "   D N7C3CA 006  Data shee t ,   Septe m b er  2014.   [Rev ise d  on  De c  2016] .     [20]   SH AR P  Corpora ti on ,   " Com pact  Optical  Dus t   Sensor , "   GP2Y 1010AU0F  Da tashee t ,   Dec   2 006.   [Revi s ed  on     Dec   2016] .     [21]   Xing  Y.F,   Xu  Y. - H.,   Shi   M. - H. ,   a nd   Lian   Y. - X. , " The  Im pac t   of   Pm 2. 5  On   th e  Hu m an  Respirator y , "   system   Journa l   of  Thor aci c   Dise ase ,   vol .   8 (1 ) ,  pp .   E69 – E74 ,   2016 .   [22]   Ho e gg  U.   R. ,   " Ci gar et te   Sm ok e  in   Cl os e d  S paces , "   Envir onme nta l  He alth  Per sp ect iv es ,   vol.  2 ,   pp.   117 - 128 ,  19 72.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.