SISTEM ALARM ANTI MALING DAN ANTI KEBAKARAN UNTUK PENGAMANAN GEDUNG

Transkripsi

1 SISTEM LRM NTI MLING DN NTI KEKRN UNTUK PENGMNN GEDUNG M. Toha/ Jurusan Teknik Elektro Universitas Gunadarma Jakarta STRKSI Sistem alarm ini mempunyai dua fungsi utama, yaitu untuk mendeteksi tindakan pencurian dan kebakaran yang sering menimpa gedung atau rumah. Gedung sebagai tempat hunian dan aktivitas manusia haruslah relatif aman dari dua hal tersebut. Pencurian dan kebakaran dapat menimbulkan korban baik manusia ataupun harta benda. Pencurian terjadi karena sistem keamanan yang tidak baik sedangkan kebakaran terjadi karena sistem instalasi listrik yang tidak sempurna disamping suhu udara di kota yang tinggi juga karena faktorfaktor tak terduga lainnya. Dua kejadian tersebut semakin parah karena respon dari lembaga terkait sangat lambat, oleh karena itu dibuat sistem alarm ini untuk mengatasinya. Rangkaian sistem alarm ini memiliki dua sensor utama. Sensor gerak (maling) dengan phototransistor sinar laser dan sensor kebakaran (api) dengan reisistor peka cahaya (). Sensor maling dipasang pada pintu atau jendela gedung dan sensor api dipasang pada tiap-tiap ruangan. Disamping itu juga disediakan tombol panik manual untuk untuk mengaktifkan alarm jika sensor otomatisnya mendadak tidak bekerja. Untuk memudahkan monitoring digunakan dioda 7-segmen pada tiap-tiap ruangan yang dipantau. Pengujian dilakukan dengan mengukur besarnya arus dan tegangan pada rangkaian serta waktu tanggap sensornya. Secara keseluruhan sistem alarm dikatakan bekerja dengan baik jika memiliki perbedaan sekecil mungkin antara kenyataan dan teori terutama waktu tanggap sensor yang cepat dalam merespon gejala fisis terkait. Kata Kunci : Sistem alarm, sensor, phototransistor,, dan waktu tanggap 1. PENDHULUN da beberapa hal yang menjadi alasan mengapa diangkat tema ini:pertama,rumah atau gedung sebagai tempat aktifitas manusia dan tempat penyimpanan barang berharga lainnya memerlukan sistem perlindungan yang mudah dioperasikan dan terjangkau harganya. Kedua, kejadian yang sering membahayakan rumah dan penghuninya adalah tindakan pencurian dan bahaya kebakaran.tingginya kejadian pencurian dan kebakaran akibat lemahnya sistem pencegahan dan pengamanan terutama di perkotaan. Lambatnya respon yang diberikan oleh lembaga terkait jika terjadi pencurian maupun kebakaran. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk: Mendapatkan suatu rangkaian sistem alarm yang dapat mendeteksi tindakan pencurian (maling) dan menjelaskan bagaimana proses kerjanya. Memperoleh bentuk rangkaian yang mampu mendeteksi gejala kebakaran (api) dan menjelaskan seperti apa cara kerjanya. Memperoleh sebuah informasi yang jelas mengenai cara kerja model pengolahan input kedua sensor dan model responnya. Menganalisa secara keseluruhan sistem alarm tersebut. Sistem alarm ini sangat bermanfaat untuk mengurangi terjadinya tindakan pencurian dan kebakaran yang menimpa rumah atau gedung. 1

2 2. TEORI DSR Rangkaian Kapasitor Resistor ( R) Pengisian muatan (charging) t =.R Vc = Vs(1 e t/r ) i = Vs e t/r Pelepasan muatan (discharge) Vc = Vs e t/r i = Vs e t/r R 4. Daya keluaran optik dari dioda Laser adalah 12 sampai dengan 3dm. 5. Karakteristik kemudi-daya optik dioda Laser tidak linear. 6. Kinerja (keluaran daya optik, panjang gelombang dan umur ) dari dioda Laser sangat dipengaruhi oleh temperatur operasi [2]. Dioda 7-segmen ammon noda + V R Gambar Segmen ommon anoda [3]. Gambar 2.1 Rangkaian -R sederhana [1]. Kecepatan kapasitor, Vc perubahan awal = kapasitor, Vc Vs/R Vs Vs ammon atoda Gnd a b c d e f g. 0,63Vs Gambar2.6 7-Segmen ommon atoda [3] 0,37Vs Kecepatan perubahan awal = -Vs/R Resistor Peka ahaya () Resistansi t = R Waktu, t t = R Waktu, t Gambar 2.2 Kurva pertumbuhan dan pelepasan eksponensial [1]. Dioda Laser Dioda LSER (Light mplification by Stimulated Emmission of Radiation) mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: 1. Dioda Laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi (stimulated emmision). 2. ahaya yang dipancarkan oleh dioda Laser bersifat koheren. 3. Dioda Laser memiliki lebar spektral yang sempit (~1nm) sehingga dispersi khromatik dapat ditekan. Intensitas cahaya Gambar 2.7 Kurva karakteristik dan simbol [1]. Phototransistor Tak ada penyinaran. rus kolektor dengan I = 0, yaitu Ic = (β+1) Ico da cahaya maka timbul IL, sehingga arus kolektor total adalah, Ic = (β+1) (Ico + IL) 2

3 Ic (m) Tabel 2.3 Tabel kebenaran Gerbang NOT Masukan Keluaran Y Gerbang ND Y = Vce (V) Gambar 2.8 Karakteristik keluaran dari phototransistor [4]. Q1 + Vce Gambar 2.9 Pembiasan phototransistor [4]. Transistor sebagai Saklar cc Gambar 2.14 Lambang gerbang ND [6]. Tabel 2.4 Tabel kebenaran Gerbang ND Masukan Keluaran Y Gerbang OR Y = + Gambar 2.15 Lambang gerbang OR [6]. Y Rb Gambar 2.10 Transistor sebagai saklar [5]. I = [V 0,6] / R I = V / R Denyut sulut (trigger pulse) perlu setinggi: V = [I. R ] + 0,6V Rc NPN Tabel 2.5 Tabel kebenaran Gerbang OR Masukan Keluaran Y Relay Relay adalah suatu saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet. RLY1 Ic (m ) lutut Gambar 2.16 Simbol Relay [3]. Timer sebagai Multivibrator stabil Daerah jenuh Vce (Volt) Gambar 2.11 Daerah operasi transistor sebagai saklar [5]. Gerbang Logika Digital Gerbang NOT Y = X X Gambar 2.13 Lambang pembalik [6]. Y Vcc (pin-8) Kontrol (pin-5) mbang (pin-6) Pemicu (pin-2) Pelepas muatan (pin-7) 0V (pin-1) R2 R3 Q1 NPN U1 U2 S Q U3 _ R Q Gambar 2.17 Susunan internal dari sebuah timer [1]. U4 Reset (pin-4) Output (pin-3) 3

4 Gnd Trg Out Rst Vcc Dis Thr tl R2 3. PERNNGN DN RELISSI LT Tombol Panik ZON V ZON IV 6 150uF Tombol Panik ZON III Gambar 2.18 Konfigurasi astabil timer [1]. Tombol Panik Tombol Panik ZON II Output pin-3 cc 0V Tombol Pengatur Delay ZON I Moditoring Display Tombol Panik t on t off Phototransistor Sinar Laser Pintu Utama t on + t off Gambar 2.19 entuk gelombang untuk operasi timer astabil [1]. Gambar 3.1 Miniatur alat tampak luar. INPUT INPUT ZON I Sensor Gerak (Laser & Phototransistor) Sensor pi () LED Motor D INDIKTOR & RESPONSE PROSES entuk gelombang tersebut memiliki sifatsifat sebagai berikut: t on = W = 0,693. ( + R2), INPUT ZON II Sensor pi () LED Motor D INDIKTOR & RESPONSE INPUT ZON III Sensor pi () Delay Tune ND Gate OR Gate OUTPUT SIRENE Untuk timer sebagai VO (voltage control oscilator) dimana (pin-5) digunakan sebagai masukan kontrol, maka t on = - ( + R2) ln {[Vcc Vcon] / [Vcc 0,5Vcon]} t off = 0,693R2 LED Motor D INDIKTOR & RESPONSE INPUT ZON IV Sensor pi () LED Motor D INDIKTOR & RESPONSE INPUT ZON V Sensor pi () LED Motor D INDIKTOR & RESPONSE Monitoring Display Lima Unit 7-Segment T F t on / t off = t on + t off = 0,693. ( +2R2) = 1,44 / [ ( + 2R2)] = [ + R2] / R2 t on / [t on + t off ] = {[ + R2] / [ + 2R2]} x 100% Gambar 3.2 lok diagram rangkaian sistem alarm. Sistem input, pada rangkaian ini pada dasarnya ada dua jenis yaitu pendeteksi pencurian dan pendeteksi terjadinya kebakaran. Sistem input yaitu bagian yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala fisis dari lingkungan terkait dengan keamanan sebuah gedung, seperti adanya tindak kriminal dalam hal ini pemaksaan untuk membuka pintu ataupun jendela gedung digunakan sensor deteksi gerakan maling dengan menggunakan 4

5 phototransistor dan sinar Laser. Sedangkan untuk mendeteksi adanya api yang berarti terjadi kebakaran, dalam hal ini akan digunakan sensor cahaya berupa resistor peka cahaya (light dependent resistor/). Pada blok input ini juga disediakan saklar manual (tombol panik) sebagai input cadangan apabila sensorsensor mendadak tidak berfungsi. Sinyal input tersebut akan diumpankan pada gerbang logika NOT sehingga akan menjadi sinyal digital yang akan diberikan pada blok selanjutnya (pemroses data). lok input dibagi dalam beberapa zona pengamanan dengan tingkat keamanan yang berbeda. Pada zona satu (lantai pertama dari gedung) diterapkan pola keamanan yang khusus hal ini ditandai dengan dipasangnya sensor kebakaran, sensor maling dan tombol panik serta tempat monitoring sekaligus pusat pemberi tindakan darurat lainnya. Untuk zona lainnya hanya diterapkan sensor kebakaran dan tombol panik dimana respon sinyal akan diberikan tindakan perlokasi kejadian. Pada bagian pemroses data ini, sinyal-sinyal input yang diterima sudah berbentuk sinyal digital yang selanjutnya akan diproses dengan rangkaian logika ND dan OR. Rangkaian pengolah data merupakan penentu apakah sinyal input tersebut sesuai atau tidak untuk diberikan respon. Dalam blok ini ada dua komponen utama yaitu I MOS 4082 (gerbang ND) dan I MOS 4072 (gerbang OR). Di samping itu juga ada sebuah transistor (D139) yang berfungsi sebagai saklar otomatis untuk menggerakan relai untuk kemudian mengumpankannya pada sisi output. Sistem output, merupakan bagian terakhir dari rangkaian sistem alarm ini. agian ini berupa LED sebagai indikator bahwa sistem berfungsi dengan baik pada setiap zona pengamanan dan 7-segmen masing-masing zona akan menyala stabil di ruang monitoring. Sedangkan bentuk output sebagai respon adanya kebakaran ditandai dengan menyalanya LED indikator pada zona terkait dan 7-segmen akan menyala berkedip-kedip (astabil) di ruang monitoring, sirene kebakaran akan diaktifkan oleh relay dan alat pemadam api juga akan aktif (hal ini disimbolkan dengan sebuah motor d.c/kipas yang berputar). Untuk merespon terjadinya tindakan pencurian sirene pencurian akan aktif. Dengan melihat dan mendengarkan output yang ada petugas pengamanan gedung dapat segera memberikan tidakan yang tepat dan cepat terhadap kasus-kasus tersebut. Rangkaian sensor maling 5V Laser Diode Photo Transistor Q1 S2 D4 1N4001 Q2 RLY 3 SPDT Gambar 3.3 Rangkaian sensor maling pada pintu Zona I Rangkaian sensor kebakaran 1 100k M2 RLY 4 SPDT S3 LED1 R R3 LED2 I1a 2 100nF 3 100uF S4 + R4 220k D2 1N I1b 4082 R5 D3 1N4148 Gambar 3.4 Rangkaian sensor kebakaran pada Zona I 2 S5 M3 RLY 5 SPDT R6 100k 4 100nF R7 LED I1c R8 LED5 II Out Gambar 3.5 Rangkain sensor kebakaran pada zona II, III, IV dan V I Out LED3 5

6 Rangkaian pemroses data I In II In III In IV In V In D5 1N RLY 10 RLY 9 SPDT Q3 NPN Gambar 3.9 Rangkaian pemroses data. Rangkaian sirene 12 1uF 9 R20 22k 8 1uF U1 Vcc Dis Thr tl 9 1uF Gnd Trg Out Rst R21 R uF R23 R24 100k U2 Vcc Gnd Dis Trg Thr Out tl Rst uF Gambar 3.10 Rangkaian sirene. I pertama berfungsi sebagai multivibrator astabil dan I kedua berfungsi sebagai multivibrator astabil dengan tegangan input kontrol (VO/ Voltage ontrol Oscilator). Timer pertama akan menghasilkan gelombang persegi dimana besarnya frekuensi ditentukan oleh nilai 8 dan 12, 9 dan R20. Keluaran timer pertama akan menjadi tegangan kontrol terhadap timer kedua setelah melalui rangkaian R, sehingga keluaran pada pin-3 besarnya frekuensi akan tergantung besarnya tegangan yang masuk melalui pin-5. Outputnya masih berupa gelombang persegi namun frekuensinya berubah-ubah tergantung tegangan masukan di pin-5. Frekuensi inilah yang menjadi penggerak speaker. R25 Rangkaian monitoring display R26 R27 220k SPK uF Vcc Dis Thr tl Gnd Trg Out Rst RLY11 R28 DISP1 I In RLY12 R29 DISP2 II In R30 DISP3 RLY13 III In DISP4 Gambar 3.11 Rangkaian monitoring display. RLY14 R31 IV In Monitoring display terdiri dari lima buah 7-segmen cammon anoda yang memantau kelima zona yang ada dan sebuah astabil multivibrator dengan timer. ontoh, untuk zona I pada saat tidak terjadi kebakaran (berlogika 0) maka relay 11 tidak mendapat masukan arus dan tegangan sehingga ia tidak bekerja (off) dan pada kondisi ini 7-segmen akan menyala tanpa berkedip-kedip. Jika pada zona I ada kebakaran (berlogika 1) maka relay 11 akan mendapat masukan arus dan tegangan sehingga ia bekerja (on) dan pada kondisi ini 7-segmen akan berkedipkedip karena memperoleh catu dari multivibrator astabil. RLY15 DISP5 R32 V In 6

7 4. PENGUJINN LT DN PEMHSN Tujuan Pengujian Untuk mengetahui apakah alat dapat bekerja secara baik dan benar, apakah setiap komponen bekerja sesuai karakteristik yang dimilikinya atau tidak. Dengan melihat hasil pengujian kita akan dapat menganalisa dan membuat kesimpulan. Hasil Pengujian dan Pembahasan Pengujian rangkaian dan waktu tanggap sensor maling Titik Uji 5V Photo Transistor D4 1N4001 Q1 Laser Diode Q2 S2 RLY 3 SPDT Gambar 4.1 Titik-titik pengujian pada rangkaian sensor maling. Tabel 4.1 Data hasil pengujian rangkaian sensor maling. Kondisi ada sinar Laser V I (V) (m) Keterangan Kondisi tidak ada sinar Laser V I (V) (m) 11 57,8 Q1 dan Q ,2 4 0,16 saturasi 0 0 0,5 26,1 10 0,1 Keterangan Q1 dan Q2 tersumbat Tabel 4.2 Data hasil pengujian waktu tanggap sensor maling. Percobaan Waktu tanggap (s) 1 0,24 2 0,21 3 0,20 4 0,19 5 0,14 6 0,20 7 0,17 8 0,13 9 0, ,19 Rata-rata 0,184 Keterangan Uji coba dilakukan dengan membuka pintu miniatur alat hingga sirene berbunyi. Jarak antara sinar Laserphototransistor 20 cm Pengujian rangkaian dan waktu tanggap sensor kebakaran 1 100k M2 S3 RLY 4 SPDT LED1 R R3 LED2 I1a 2 100nF 3 100uF + S4 R4 220k D D2 1N D3 1N4148 I1b R5 Gambar 4.2 Titik-titik pengujian pada rangkaian sensor kebakaran. E I Out LED3 Tabel 4.3 Data hasil pengujian disaat tidak ada api. Komponen Resistansi (KΩ) rus (m) (V) 1 1,20 0,05 11,20 2 1,31 0,025 11,23 3 1,46 0,04 11,30 4 2,15 0,04 11,30 5 1,52 0,03 11,20 Tabel 4.4 Data hasil pengujian disaat ada api Komponen Resistansi (KΩ) rus (m) (V) 1 0, ,3 2 0, ,92 3 0, ,96 4 0, ,68 5 0, ,19 Keteranga n Uji coba dilakukan dengan menutup rapat Keterangan Uji coba dilakukan dengan sumber api (korek api) pada jarak 10 cm dari Tabel 4.5 Data hasil pengujian waktu tanggap Percobaan Waktu tanggap (s) 1 0,48 2 0,67 3 0,32 4 0,53 5 1,33 6 3,51 7 0,26 8 2,47 9 1, ,39 Rata-rata 1,168 Keterangan Uji coba dilakukan dengan sumber api (korek api) pada jarak 10 cm dari hingga sirene berbunyi. 7

8 Pengujian rangkaian pemroses data I In II In III In IV In D V In D5 8 1N4148E RLY 10 RLY 9 SPDT Q3 NPN Gambar 4.3 Titik-titik pengujian rangkaian pemroses data. Tabel 4.9 Hasil pengujian rangkaian pemroses data. Input (titik uji) D Level (V) Output (titik uji E) = 0,05V = 10V Pengujian rangkaian sirene 12 1uF U1 9 Vcc Gnd Dis Trg Thr Out tl Rst R20 22k 8 9 1uF 1uF R21 R uF R23 R24 100k D Level (V) 0 = 0,03V 1 = 9V U2 Vcc Gnd Dis Trg Thr Out tl Rst uF Gambar 4.4 Titik-titik pengujian pada rangkaian sirene. E R25 SPK Output pin-3 T..1 Output pin-3 T..2 Output pin-3 T.E cc 0V cc 0V cc 0V 22ms 0,037s 15ms 0,04s 0,03s 48ms 0,069s 0,69ms 48,69ms Gambar 4.5 Hasil pengujian (titik dan E) bentuk gelombang output rangkaian sirene. Pengujian rangkaian monitoring display R26 R27 220k uF Vcc Dis Thr tl Gnd Trg Out Rst RLY11 R28 DISP1 I In RLY12 R29 D DISP2 II In R30 E DISP3 RLY13 III In RLY14 R31 F DISP4 IV In RLY15 R32 G DISP5 V In Gambar 4.6 Titik pengujian rangkaian monitoring display. cc 0V 0,505s 0,503s 1,008s Gambar 4.7 Hasil pengujian output pin-3 timer multivibrator astabil. Tabel 4.10 Hasil pengujian display monitoring. Kondisi Input Relay Rly 11 Rly 12 Rly 12 Rly 13 Rly Kondisi 7-segmen pada relay terkait 1. Menyala berkedipk edip pada saat berlogika 1 2. Menyala tanpa berkedipkedip saat berlogika 0 8

9 5. PENUTUP Simpulan Setelah melakukan pengambilan data uji coba dan dilakukan analisa secara singkat, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Rangkaian sensor maling menggunakan phototransistor dan sinar Laser. Sensor bekerja dengan memanfaatkan saat dimana sinar Laser terpotong oleh gerak daun pintu/jendela yang dibuka secara paksa oleh pencuri sehingga mentrigger alarm hingga berbunyi. erdasarkan hasil pengujian ternyata sensor maling dapat bekerja cukup baik, hal ini dilihat dari singkatnya waktu rata-rata yang dibutuhkan sensor untuk merespon gejala fisis terkait sebesar 0,184 s. 2. Rangkaian sensor kebakaran (api) menggunakan sebagai sensornya. Ketika mendapatkan api disekitarnya maka alarm akan berbunyi dengan waktu respon yang cukup baik. Hal ini bisa dilihat dari besarnya waktu tanggap rata-ratanya sebesar 1,168 s. 3. Sebagai pemroses data masukan alat ini menggunakan sebuah gerbang OR, sebuah transistor dan relay untuk mengatur pengaktifan sirene dan monitoring display. Sirene dua nada dibangkitkan oleh timer sebagai multivibrator astabil. 4. Sistem alarm secara keseluruhan bekerja dengan baik dimana sensorsensornya memiliki waktu tanggap yang cepat. Dengan melihat data pengujian alat untuk masingmasing blok rangkaian terlihat faktor kesalahan yang relatif kecil. Saran Untuk melakukan pembuatan alat dan penelitian sejenis penulis menyarankan beberapa hal agar diperoleh hasil yang baik dan memuaskan, yaitu: 1. Persiapkan penguasan terhadap teori-teori dasar komponen yang digunakan secara baik. Hal ini akan sangat sangat berguna dalam melakukan analisa kinerja alat. 2. Untuk memperoleh alat sensor yang memiliki waktu respon yang sangat kecil selektiflah dalam memilih komponen sensor, belilah yang berkualitas walaupun agak lebih mahal dari umumnya karena disinilah jantung dari rangkaian ini. 3. Lakukan pengujian terhadap komponen dan rangkaiannya diatas protoboard sebelum dilakukan perakitan untuk menghindari kesalahan dan keruksakan komponen saat dirangkai. 4. uatlah rancangan P sesederhana mungkin agar mudah dalam melakukan alokasi kerusakan jika terjadi. 5. Rancang box alat sekuat mungkin sehingga tahan terhadap guncangan mekanik. 6. Lakukan sekali lagi pengujian dengan alat alat ukur yang memiliki presisi yang baik agar diperoleh informasi kinerja alat secara menyeluruh dan valid. DFTR PUSTK [1] Tooley, Michael, Rangkaian Elektronik Prinsip dan plikasi, Edisi ke-2, Erlangga, Jakarta, [2] nonim, Sistem Komunikasi Serat Optik, PT Telkom, andung, [3] Pratomo, ndi, Rangkaian Elektronik Praktis, Puspa Swara, Jakarta, [4] M. armawi dan M. O. Tjia, Integrated Electronics: Rangkaian dan Sistem nalog dan Digital, Jilid I, Erlangga, Jakarta,

10 [5] Malvino, Prinsip-prinsip Elektronik, edisi ke-2, Erlangga, Jakarta [6] Malvino Leach, terjemahan oleh Ir Irwan Wijaya, Prinsip-prinsip dan Penerapan Digital, Erlangga, Jakarta, [7] Januar, Jafet, Menggambar Rangkaian Elektronika dan Menjalankan Simulasi dengan ircuit Maker 5.0 for Windows, Elex Media Komputindo, Jakarta, [8] Wasito, Data Sheet ook 1, Elex Media Komputindo, Jakarta,