DETEKSI KEBOCORAN GAS LPG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535

Transkripsi

1 DETEKSI KEBOCORAN GAS LPG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535 Rusgianto Abstract. An electronic system based on Atmega8535 microcontroller for detecting LPG gas has been done. The system was employed a gas sensor, a temperature sensor DS18S20, Op-amp LM358, IC voice ISD25120, a microcontroller, and LCD display. The microcontroller was programmed with Basic program that suitable for the device. The system was supported a gas sensor and a temperature sensor to get the main signal the gas available on air surrounded gas tube and temperature condition. All of the system was controlled by microcontroller. The signal from the microcontroller is send to LCD and IC vice ISD It was concluded that the system work well well since the all parameter were displayed on monitor simultaneously. Keywords: ATMega8535, sensor DS18S20, ISD25120 PENDAHULUAN Kebakaran akibat kebocoran gas LPG sering terjadi sekarang ini, disaat pemerintah sedang memperkenalkan program pengalihan minyak ke gas, yang terkenal dengan peluncuran tabung gas tiga kilogram pada tahun Tabung gas tiga kilograman sering menjadi sasaran penyebab kebakaran pada masa tersebut karena jumlah kebakaran hampir 90 persen melibatkan tabung tiga kilograman. Jumlah pemilik tabung gas jenis ini sangat banyak hingga masyarakat pelosok karena jenis ini bersubsidi dari pemerintah. Kebanyakan pengguna tabung gas ini adalah masyarakat kalangan bawah dan awam terhadap perangkat kompor gas sebagai pengganti kompor konvensional. Tabung gas tiga kilogram subsidi pemerintah dibuat lebih sederhana dibanding tabung gas nonsubsidi termasuk perangkatnya. Sistem pengaman tabung ini berupa karet penyekat yang mudah lepas tanpa ulir. Meskipun pemasangan penyambungan selang dari tabung menuju kompor menggunakan konektor regulator mudah dilakukan oleh pengguna karena tidak membutuhkan ulir namun penyambungan tersebut membutuhkan ketelitian dan pengawasan agar dipastikan tidak bocor. Secara tradisional pengguna tabung gas kebanyakan menggunakan indra penciuman untuk mengenal bau gas bocor. Cara seperti ini tidak bisa dijamin aman karena indra peciuman manusia terbatas untuk mengenal bau gas. Dosen JurusanTeknik Elektro Universitas Muhammadiyah Jember 80

2 81 Jurnal Fisika FLUX, ol. 10 No. 3, Pebruari 2013 (80 89) Kemajuan teknologi bidang elektronika dan teknologi informasi memberikan sumbangan dalam pendeteksian kebocoran gas. Sensor gas LPG sudah dibuat. Komponen elektronika berupa mikrokontroler yang dapat difungsikan berdasarkan suatu kebutuhan tertentu, yaitu dengan menanamkan program di dalamnya sebagai unit pengontrol. Sistem pendeteksian kebocoran gas LPG dalam ruang sekitar tabung gas dapat dibuat secara elektronik memerlukan sensor pengenal gas yang bersangkutan. Indikator hasil pendeteksian agar dapat mudah dikenali perlu ditampilkan di monitor dan perangkat suara. Perangkat tambahan yang diperlukan yaitu perangkat pengontrol. Semua perangkat yang terdiri dari sensor, unit pengolah sinyal, unit pengontrol, penampil dan perangkat suara semuanya terintegrasi dalam suatu modul yang diletakkan di sekitar tabung gas. Sistem kelistrikan yang memberikan daya listrik rangkaian berasal sumber arus searah dikondisikan terisolasi sehingga aman untuk tidak menjadi pemicu kebakaran (Robert L. 1991). Dengan alasan tersebut peneliti membuat suatu sistem pendeteksi kebocoran gas LPG yang direncanakan untuk pengguna tabung gas bersubsidi. Komponen yang diperlukan adalah sensor gas khusus untuk gas LPG sehingga tidak mudah terganggu oleh gas lain. Unit pengontrol diperlukan untuk mengatur sistem pengukuran. Sistem penampil menggunakan display LCD atau suara dengan harapan agar cepat untuk terdeteksi. Pada penelitian ini, komponen yang digunakan terdiri dari sensor gas, sensor suhu, unit pengontrol dari mikrokontroler ATMega8535, op-amp LM358, monitor LCD. Sensor gas TGS2610 berfungsi sebagai penghasil sinyal utama adanya gas dan sensor suhu DS18S20 digunakan sebagai sensor panas untuk pendukung. METODE PENELITIAN Artikel ini melaporkan hasil penelitian yang berorientasi pada perancangan dan pembuatan sistem deteksi. Gambar 1 menunjukkan blok diagram sistem deteksi yang dirancang dalam perancangan dan pembuatan sistem pendeteksi kebocoran gas LPG. Sensor gas LPG Sensor gas dimanfaatkan untuk mendeteksi gas LPG menjadi sinyalsinyal listrik (perubahan hambatan) sesuai dengan konsentrasinya. Hambatan ini kemudian dirubah menjadi tegangan yang besarnya tergantung pada nilai

3 Rusgianto, Deteksi Kebocoran Gas Lpg...82 konsentrasi gas LPG yang berada disekitar sensor ( Robert L. 1991). Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah TGS Sensor gas ATMega8535 ISD2590 Sensor Temperatur LCD Audio Amplifier Speaker Gambar 1. Blok diagram rangkaian pendeteksi kebocoran gas Sensor temperatur Sensor temperatur dimanfaatkan untuk mendeteksi perubahan temperatur dan merubahnya menjadi sinyal-sinyal listrik (tegangan) untuk mendukung adanya kebocoran gas yang mengarah pada kebakaran. Sensor temperatur yang digunakan adalah DS18S20 dengan keluaran berupa tegangan. Kedua sinyal dari keluaran sensor gas dan sensor temperatur diumpan ke mikrokontroler Atmega8535. Rangkaian Mikrokontroler Rangkaian mikrokontroler ini berfungsi sebagai pusat pengendali alat yang di dalamnya sudah dilengkapi dengan pengubah analog ke digital (ADC) sehingga masukannya berupa sinyal analog dan keluaran berupa sinyal digital. Rangkaian ini menggunakan IC mikrokontroler Amega8535. Penampil LCD LCD digunakan untuk menampilkan hasil kerja alat, yaitu berupa data tingkat konsentrasi kadar LPG di udara yang terdeteksi oleh sensor. Perangkat Suara ISD2590 Divais ISD2590 digunakan untuk memberikan indikasi suara ketika adanya terdeteksi. Di dalam devais ini terdapat memori yang dapat diisi suara sesuai pengalamatannya. Agar dapat bekerja perangkat tambahan berupa pengeras suara ( speaker) dan penguat (amplifier) sinyal ditambahkan. Prinsip Kerja Alat Pada saat sensor mendeteksi gas LPG, maka sinyal keluaran dari rangkaian sensor yang masih berupa tegangan analog akan diterima dan dikondisikan oleh rangkaian penguat instrumentasi sinyal untuk selanjutnya

4 83 Jurnal Fisika FLUX, ol. 10 No. 3, Pebruari 2013 (80 89) dirubah menjadi data digital oleh di dalam mikrokontroler Atmega8535 yang masukannya berupa tegangan analog. ariasi konsentrasi gas dikonversi menjadi variasi tegangan. Sinyal ini kemudian diterima oleh mikrokontroler bersama sinyal dari sensor temperatur untuk diolah di dalam mikrokontroler. Mikrokontroler akan segera memberikan data digital hasil olahan yang bersifat periodik ke LCD dan divais suara selama kurun waktu yang ditentukan di dalam bahasa mikrokontroler. Hasil pendeteksian adanya gas ditampilkan di LCD dan di perangkat divais suara. HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan rangkaian Sensor Sistem menggunakan sensor gas LPG ( Gambar 2) yang dapat mendeteksi adanya gas gas yang ada di udara sekitar sensor. Jika terdapat gas LPG yang terdeteksi oleh sensor, maka konduktifitas dari sensor akan meningkat tergantung pada konsentrasi gasnya. Rangkaian elektronik yang digunakan untuk mengubah konduktifitas menjadi tegangan adalah dengan menambahkan tahanan beban RL pada sensor (Robert L. 1991). Gambar 2. Rangkaian sensor gas LPG Agar dapat bekerja, sensor LPG TGS 2442 diberi catu daya tegangan masuk (C) dan tegangan heater (H), resistansi sensor RS akan turun secara cepat sehingga tegangan yang melintasi tahanan beban ( RL) akan naik secara cepat pula kemudian turun sesuai dengan naiknya nilai RS kembali sampai mencapai nilai yang stabil. R C o s RL (1) o Pembuatan Rangkaian Penguat tegangan Rangkaian penguat tegangan (Gambar 3) berfungsi untuk memperbesar tegangan yang dihasilkan oleh sensor. Besarnya nilai penguatan dapat dihitung dengan rumus: out in Rs 1 R 1 (2)

5 Rusgianto, Deteksi Kebocoran Gas Lpg...84 R s R 2 R 3 (3) out Rs Dan 1 R in 1 Gambar 3. Rangkaian penguat tegangan Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh besarnya tegangan keluaran maksimum dari sensor adalah sebesar 1.56 volt pada kadar LPG sebesar 40 ppm. Untuk mendapatkan nilai penguatan sebesar 3.5 kali dari tegangan input, maka perlu diketahui besarnya hambatan Rs. Dari persamaan (2) maka didapatkan resistansi dari Rs sebesar : nilai Untuk out= 5 volt, in= 1.56 volt, dan R1= 1 kω diperoleh Rs= kω volt. Rangkaian penguat tegangan mengubah tegangan dari 1.56 volt agar sesuai dengan kebutuhan tegangan yang dibutuhkan oleh ADC. Rangkaian Sensor Suhu DS18S20 Sensor suhu DS18S20 (Gambar 4) merupakan sensor suhu digital buatan Dallas Semiconductor dengan antarmuka 1-Wire, jadi sensor hanya memerlukan 1 (satu) pin port I/O mikrokontroler. Gambar 4 Rangkaian Sensor Suhu DS18S20 Pin 1 pada sensor yaitu DQ (data in/out) dihubungkan ke port A.0 pada mikrokontroler untuk pengiriman data dan perintah. Sensor akan bekerja bila pin DD diberi suplai tegangan sebesar 5. Proses pengkonversian suhu pada sensor DS18S20 akan terlaksana bila mikrokontroler ATmega8535 mengirimkan perintah konversi [44h]. Data suhu dari sensor

6 85 Jurnal Fisika FLUX, ol. 10 No. 3, Pebruari 2013 (80 89) berupa 2-byte angka biner yang akan dikirim secara serial ke mikrokontroler ATmega8535. Mikrokontroler ATmega8535 Rangkaian mikrokontroler yang dipakai telah berbentuk sebuah modul yaitu DT-AR Low Cost Micro System yang merupakan modul single chip mikrokontroler ATmega8535 dengan 8 Kbyte Flash Memory, 512 byte SRAM, dan 512 byte EEPROM. Modul ini cocok untuk aplikasi-aplikasi sederhana dan menengah, salah satunya untuk aplikasi pengukur suhu. Berikut spesifikasi dari modul DT-AR Low Cost Micro System: Mendukung varian AR 40 pin antara lain: AT90S8535, ATmega8535L, ATmega16(L), ATmega8515(L), AT90S8515, dan ATmega162(L) (Seri AR yang tidak memiliki ADC membutuhkan converter socket). Memiliki fasilitas In-System Programming untuk IC yang mendukung, dilengkapi LED Programming Indicator. Memiliki hingga 35 pin jalur input/output. Lengkap dengan osilator 4 MHZ dan memiliki kemampuan komunikasi Serial UART RS-232 yang sudah disempurnakan. Lengkap dengan rangkaian reset dan tombol manual reset. Menggunakan tegangan input 9-12 DC dan memiliki tegangan output 5 DC. Rangkaian ISD2590 Pada rangkaian ISD2590 yang ditunjukkan oleh Gambar 5, sebelum digabung dengan mikrokontroler ATmega8535, perekaman suara pada ISD2590 dilakukan dahulu secara manual menggunakan saklar DIP-SW. Gambar dibawah menunjukkan rangkaian perekam ISD2590, devais ini memiliki kapasitas penyimpan suara hingga 90 detik. Proses perekaman dilakukan dengan menentukan alamat pin A0-A7 dengan menggunakan DIP-SW lalu menghubungkan pin CE dan P/R ground dan pin PD ke cc kemudian dengan memberikan input suara melalui mic, sedangkan untuk pemutaran kembali suara, yaitu dengan cara menghubungkan pin P/R ke cc. Setelah prose perekaman selesai, maka pin A0-A7 dihubungkan ke mikrokontroler ATmega8535 yaitu pada port B.0-B.7 untuk memproses alamat mana pada ISD2590 yang file suaranya akan dikeluarkan, lebih lengkapnya dapat dilihat pada Gambar 6.

7 Rusgianto, Deteksi Kebocoran Gas Lpg...86 Gambar 5 Rangkaian Perekam ISD2590 ATmega8535 B.0 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 B.6 B.7 C.0 C A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 23 CE 24 PD 27 P/R EOM 26 OF XLCK ISD2590 CCD CCA C6 0.1uF 12 SSD SSA 13 SP+ SP AUX IN 20 R K R2 470K C2 4.7uF R1 1K cc cc C7 0.1uF C3 0.1uF C4 220uF R3 10K C8 22uF SPEAKER C1 0.1uF MIC R5 10K C5 0.1uF Gambar 6 Rangkaian ISD2590 Terhubung Pada Mikrokontroler Perancangan Perangkat Lunak Hal yang harus dilakukan dalam perancangan program yang pertama kali adalah menganalisa sistem berdasarkan diagram alur ( flowchart), setelah mendiskripsikan kerja dari sistem yang dibuat, dapat ditentukan berapa jumlah input dan output yang digunakan. Bahasa pemrograman yang digunakan mikrokontroller ATmega8535 sebagai bagian untuk merealisasikan alat pada penelitian ini ini yaitu bahasa

8 87 Jurnal Fisika FLUX, ol. 10 No. 3, Pebruari 2013 (80 89) pemrograman BASCOM AR dengan pengantar bahasa BASIC ( Roger, 1995). Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Rangkaian LCD yang digunakan seperti Gambar 7. LCD digunakan sebagai penampil besarnya exposure yang terukur oleh sensor. Karakter yang ditampilkan berupa angka dan huruf. Perubahan angka yang ditampilkan oleh LCD identik dengan perubahan besarnya illuminasi yang terbaca oleh sensor. Pengiriman data ke LCD ada dua macam yaitu sebagai instruksi dan sebagai data character yang akan ditampilkan. Keduanya dibedakan oleh sebuah kaki yang diberi nama RS (Register Select) dimana bila logika = 1 ( High) maka data yang diterima LCD adalah data character, sedangkan bila RS= 0 (Low) maka data yang diterima LCD adalah data instruksi. Instruksi diperlukan untuk inisialisasi LCD, untuk meletakkan cursor pada baris dan kolom tertentu, untuk menghapus layer. DOT MATRIX LCD 2X16 CHARACTER TYPE S S C C E E RS R W E DATA BUS A K 5 P0.0 P0.7 10K 5 P1.0 P1.1 Gambar 7 Rangkaian LCD Perancangan Software (Perangkat Lunak) Pada perancangan dan pembuatan alat, hal yang penting diperhatikan adalah perangkat lunak sistem. Pembuatan perangkat lunak menggunakan bahasa pemrograman assembler dan software yang digunakan versi windows yaitu RIDE ID for windows. Hasil Pengujian dan Pembahasan Rangkaian elektronik mulai dari sensor hingga penampil telah dibuat kemudian diuji. Hasil pengujian sistem menunjukkan pengukuran lebih dari angka 40 ppm pada suara terdengar suara ada gas, sedangkan jika angka kurang dari 40 ppm suara terdengar tidak ada gas. Dalam perencanaan angka 40 ppm didasarkan pada

9 Rusgianto, Deteksi Kebocoran Gas Lpg...88 kemampuan minimum sensor gas yang digunakan yaitu pada pengukuran 40 ppm. Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1. Berdasarkan hasil pengujian tampak alat yang dibuat dapat mendeteksi keberadaan gas bila paparan gas di udara minimum 40 ppm. Untuk paparan gas dari 40 ppm keatas, monitor memberikan tulisan ada gas dan suara juga menunjukkan ada gas. Tabel 1. Hasil pengujian Paparan gas LPG (ppm) Keluaran monitor LCD Keluaran Suara 30 Tidak ada gas Tidak ada gas 40 Ada gas Ada gas 50 Ada gas Ada gas 60 Ada gas Ada gas 70 Ada gas Ada gas 80 Ada gas Ada gas Tabel 2 Hasil pengujian tampilan temperatur Temperatur (⁰C) Keluaran monitor LCD Selisih pengukuran (⁰C) Nilai minimum pengukuran bergantung pada kemampuan deteksi dari sensor. Sebagai pendukung rangkaian elektronik deteksi adanya gas LPG selain sensor adanya gas juga dilengkapi dengan sensor temperatur yang berfungsi untuk mendeteksi kebocoran gas yang diikuti dengan kebakaran. Sistem pendeteksian temperatur ini dirancang untuk temperatur dari 30⁰C hingga 120⁰C. Hasil pengujian sistem ini seperti pada Tabel 2. Berdasarkan hasil pengujian tampak alat yang dibuat dapat mendeteksi temperatur dari 30 ⁰C hingga 100 ⁰C dengan kesalahan ratarata 1 %. Dengan demikian keberadaan gas minimum 40 ppm maupun yang diikuti dengan awal kebakaran dapat terdeteksi.

10 89 Jurnal Fisika FLUX, ol. 10 No. 3, Pebruari 2013 (80 89) KESIMPULAN Berdasarkan uraian di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Telah dibuat rangkaian sistem deteksi kebocoran gas LPG menggunakan sensor gas, mikrokontroler, dan penampil komponen devais voice dan LCD untuk menghasilkan tampilan suara dan tulisan huruf. 2. Dari hasil pengujian, sistem dapat bekerja pada kandungan gas minimum 40 ppm ke atas yang diterjemahkan pada tampilan sebagai tidak ada gas dan ada gas. 3. Pendeteksi temperatur digunakan sebagai pelengkap pada saat ada kebakaran akibat adanya gas bocor. Saran Perlu pengembangan lebih lanjut untuk pengaturan jumlah paparan gas yang lebih banyak DAFTAR PUSTAKA Bishob Owen Dasar-dasar Elektronika. Jakarta. Penerbit : Erlangga. Leach Malvino Prinsip-prinsip dan Penerapan Digital. Jakarta. Penerbit : Erlangga. Robert, L Komunikasi Elektronika Edisi Lima. Jakarta. Penerbit : Erlangga Roger, T Elektronika Digital. Jakarta. Penerbit : Erlangga Wasito Data Sheet Book I. Jakarta. Penerbit : PT Elek Media Komputindo. html html html