BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Alat pendeteksi kadar alkohol adalah alat yang menggunakan sensor MQ-3 dan tampilan berupa LCD (Liquid Crystal Display). Sensor MQ-3 ini digunakan untuk mendapatkan persentase dari kadar alkohol pada minuman. Dari persentase tersebut kita dapat mengetahui kadar alkohol dan golongan dari alkohol tersebut. Penelitian yang menggunakan sensor MQ-3 sudah banyak dilakukan terutama berkaitan tentang kadar alkohol pada zat cair. Alat pendeteksi kadar alkohol dengan menggunakan sensor MQ-3 berbasis mikrokontroler ATmega328 diharapkan mampu mempermudah pendeteksian kadar alkohol dan golongan alkohol pada minuman yang diperjualbelikan di masyarakat. Berikut ini beberapa referensi yang bisa dijadikan acuan untuk menjelaskan penelitian tentang rancang bangun alat pendeteksi kadar alkohol pada minuman beralkohol berbasis ATmega Anggraeni Dwi Haryowati (2010) mempublikasikan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Deteksi Alkohol Pada Urine Dengan Sensor TGS 2620 Berbasis AT89s51. Diperoleh bahwa hasil uji sistem keseluruhan menunjukkan bahwa pada saat urine terdeteksi kadar alkohol ditunjukkan dengan informasi pada komputer bahwa urine positive alkohol dengan kadar tertentu berdasarkan kenaikan tegangan keluarannya. (Jurnal Berkala Fisika, 2010) 2. Ade Vikri Satria (2013) mempublikasikan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Alkohol Pada Cairan Menggunakan Sensor MQ-3 Berbasis Mikrokontroler AT89s51. Diperoleh bahwa hasil Sensor MQ-3 dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan kadar alkohol pada cairan. (Jurnal Fisika Unand, 2013) 3. Syahrul dkk (2013) mempublikasikan penelitian yang berjudul Pengatur Kadar Alkohol Dalam Larutan. Diperoleh bahwa hasil Alat yang dirancang dapat mengatur kadar alkohol dalam sebuah larutan, dengan nilai kadar 5

2 6 alkohol 10%, 20%, 0%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% dan 95% secara otomatis. (Jurnal Teknik Komputer Unikom, 2013) 4. Budiastra dkk (2009) mempublikasikan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Alkohol Pada Minuman Berbasis Mikrokontroler AT89s51. Diperoleh bahwa Alat penguji kadar alkohol yang dirancang telah bisa mengukur perubahan kadar alkohol 0% - 95% dengan tingkat ketelitian 80%. (Jurnal Teknologi Elektro, 2009) 2.2 Pengertian Alkohol Alkohol adalah senyawa organik yang mengandung gugus fungsi hidroksi (-OH). Alkohol bisa berasal dari Alkana, Alkena, maupun Alkuna dengan adanya pergantian gugus alkil dengan gugus hidroksi pada atom karbon jenuh. Dalam kimia, alkohol (atau alkanol) adalah istilah yang umum untuk senyawa organik apa pun yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada atom karbon dan terikat pada atom hydrogen. (Anonim.2013 ) Klasifikasi Alkohol Alkohol dapat dibagi kedalam beberapa kelompok tergantung pada bagaimana posisi gugus -OH dalam rantai atom-atom karbonnya. Masing-masing kelompok alkohol ini juga memiliki beberapa perbedaan kimiawi. a. Alkohol Primer Pada alkohol primer(1 ), atom karbon yang membawa gugus -OH hanya terikat pada satu gugus alkil. Beberapa contoh alkohol primer dapat dilihat pada Gambar 2.1 Gambar 2.1 Contoh Alkohol Primer ( Sumber : anonim,2013 )

3 7 Pada masing-masing contoh di atas, hanya ada satu ikatan antara gugus CH 2 yang mengikat gugus -OH dengan sebuah gugus alkil.ada pengecualian untuk metanol, CH 3 OH, dimana metanol ini dianggap sebagai sebuah alkohol primer meskipun tidak ada gugus alkil yang terikat pada atom karbon yang membawa gugus -OH. b. Alkohol sekunder Pada alkohol sekunder (2 ), atom karbon yang mengikat gugus -OH berikatan langsung dengan dua gugus alkil, kedua gugus alkil ini bisa sama atau berbeda. Beberapa contoh alkohol sekunder dapat dilihat pada Gambar 2.2 Gambar 2.2 Contoh Alkohol Sekunder ( Sumber : anonim, 2011 ) c. Alkohol tersier Pada alkohol tersier (3 ), atom karbon yang mengikat gugus -OH berikatan langsung dengan tiga gugus alkil, yang bisa merupakan kombinasi dari alkil yang sama atau berbeda. Beberapa contoh alkohol tersier dapat dilihat pada Gambar 2.3 Gambar 2.3 Contoh Alkohol Tersier ( Sumber : anonim, 2011 )

4 Jenis Jenis Alkohol Beberapa jenis alkohol yang sering digunakan dalam kehidupan seharihari adalah sebagai berikut. a. Metanol dan Etanol Dua alkohol paling sederhana adalah metanol dan etanol (nama umumnya metil alkohol dan etil alkohol) yang strukturnya dapat dilihat pada Gambar 2.4 Gambar 2.4 Struktur Alkohol Jenis Metanol dan Etanol ( Sumber : anonim,2013 ) Dalam peristilahan umum, "alkohol" biasanya adalah etanol atau grain alcohol. Etanol dapat dibuat dari fermentasi buah atau gandum dengan ragi, Etanol juga dapat diperoleh melalui peragian tetes (sisa pemurnian gula tebu), atau dari bahan lain yang mengandung gula alam. Etanol sangat umum digunakan, dan telah dibuat oleh manusia selama ribuan tahun. Etanol adalah alkohol biasa. Etanol juga salah satu obat rekreasi (obat yang digunakan untuk bersenangsenang) yang paling tua dan paling banyak digunakan di dunia. Dengan meminum alkohol cukup banyak, orang bisa mabuk. Semua alkohol bersifat toksik (beracun), tetapi etanol tidak terlalu beracun karena tubuh dapat menguraikannya dengan cepat. Metanol dikenal sebagai alkohol kayu karena dapat dihasilkan melalui penyulingan destruktif kayu. Senyawa ini sangat beracun dan dapat menyebabkan buta dan kematian jika ditelan. Fungsi dari alcohol Metanol adalah pelarut, antifreeze radiator mobil, sintesis formaldehid, metilamina, metilklorida, metilsalisilat, dll. Fungsi dari alcohol jenis Etanol adalah minuman beralkohol, larutan 70 % sebagai antiseptik, sebagai pengawet, dan sintesis eter, koloroform, dll.

5 9 b. Amil Alkohol Amil alkohol adalah salah satu dari 8 alkohol dengan rumus C 5 H 11 OH. Sebuah campuran amil alkohol (juga disebut amil alkohol) dapat diperoleh dari alkohol Fusel. Amil alkohol digunakan sebagai pelarut dan pada esterfication misalnya dalam produksi asetat amil. c. Gliserol Kegunaan gliserol sangat banyak, terutama sebagai bahan baku pembuatan resin sintetis, getah ester, obat - obatan, kosmetika, dan pasta gigi. d. Eritritol Erythritol sangat mirip dengan gula dalam hal penampilan dan rasa, meskipun bukan itu sangat manis dibandingkan dengan Gula halus. Cukup seperti gula halus, Anda dapat menemukan Eritritol dalam pasir atau bahkan dalam bentuk bubuk. Eritritol diasumsikan gula alkohol yang mirip dengan Sorbitol dan xylitol. e. Xylitol Xylitol adalah pemanis alami dari golongan penitol yang dapat menggantikan gula pada makanan atau bahan perlengkapan kebersihan mulut seperti dalam pasta gigi untuk sikat gigi, permen karet, cairan kumur-kumur, dan lain sebagainya. Manfaat dari xylitol adalah untuk mencegah gigi berlubang, mengembalikan mineral gigi yang hilang dengan cepat, menghambat tumbuhnya plak atau karies gigi, dan lain sebagainya. Gula xilitol ini pun aman dikonsumsi oleh penderita diebetas atau kencing manis Alkohol Dalam Minuman Minuman beralkohol adalah minuman yang mengandung etanol. Etanol adalah bahan psikoaktif dan konsumsinya menyebabkan penurunan kesadaran. Di berbagai negara, penjualan minuman beralkohol dibatasi ke sejumlah kalangan saja, umumnya orang-orang yang telah melewati batas usia tertentu Efek Samping Bila dikonsumsi berlebihan, minuman beralkohol dapat menimbulkan efek samping gangguan mental organik (GMO), yaitu gangguan dalam fungsi berpikir,

6 10 merasakan, dan berperilaku. Timbulnya GMO itu disebabkan reaksi langsung alkohol pada sel-sel saraf pusat. Karena sifat adiktif alkohol itu, orang yang meminumnya lama-kelamaan tanpa sadar akan menambah takaran/dosis sampai pada dosis keracunan atau mabuk. Mereka yang terkena GMO biasanya mengalami perubahan perilaku, seperti misalnya ingin berkelahi atau melakukan tindakan kekerasan lainnya, tidak mampu menilai realitas, terganggu fungsi sosialnya, dan terganggu pekerjaannya. Perubahan fisiologis juga terjadi, seperti cara berjalan yang tidak mantap, muka merah, atau mata juling. Perubahan psikologis yang dialami oleh konsumen misalnya mudah tersinggung, bicara ngawur, atau kehilangan konsentrasi. Efek samping terlalu banyak minuman beralkohol juga menumpulkan sistem kekebalan tubuh. Alkoholik kronis membuat jauh lebih rentan terhadap virus termasuk HIV. (Anonim.2013). Mereka yang sudah ketagihan biasanya mengalami suatu gejala yang disebut sindrom putus alkohol, yaitu rasa takut diberhentikan minum alkohol. Mereka akan sering gemetar dan jantung berdebar-debar, cemas, gelisah, murung, dan banyak berhalusinasi. Kandungan alkohol di atas 40 gram untuk pria setiap hari atau di atas 30 gram untuk wanita setiap hari dapat berakibat kerusakan pada organ/bagian tubuh peminumnya. Misalnya, kerusakan jaringan lunak yang ada di dalam rongga mulut, seputar tenggorokan, dan di dalam sistem pencernaan (di dalam perut). Organ tubuh manusia yang paling rawan akibat minuman keras adalah hati atau lever. Seseorang yang sudah terbiasa meminum minuman beralkohol, apalagi dengan takaran yang melebihi batas, setahap demi setahap kadar lemak di dalam hatinya akan meningkat. Akibatnya, hati harus bekerja lebih dari semestinya untuk mengatasi kelebihan lemak yang tidak larut di dalam darah. Dampak lebih lanjut dari kelebihan timbunan lemak di dalam hati tersebut akan memakan hati sehingga selnya akan mati. Kalau tidak cepat diobati akan terjadi sirosis (pembentukan parut) yang akan menyebabkan fungsi hati berkurang dan menghalangi aliran darah ke dalam hati. Kalau tidak segera diobati akan berkembang menjadi kanker hati.

7 11 Tidak hanya bagian lever yang akan rusak atau tidak berfungsi, bagian lain seperti otak pun bisa terganggu. Hal itu membuktikan bahwa minuman keras mengakibatkan penyakit yang bisa membawa kematian Perizinan Minuman Beralkohol Di Indonesia, minuman beralkohol yang diimpor diawasi peredarannya oleh negara. Dalam hal ini diamanatkan kepada Direktorat Jenderal Bea dan Cukai Kementerian Keuangan Indonesia (DJBC). Dalam istilah kepabeanan dan cukai; minuman beralkohol disebut sebagai Minuman Mengandung etil alkohol (MMEA). Impor/pemasukan MMEA dari luar negeri dilakukan oleh importir khusus. Di samping MMEA impor, bea cukai juga memiliki kewenangan untuk mengontrol secara penuh pendirian pabrik MMEA dalam negeri. Setiap badan usaha yang hendak memproduksi MMEA, maka wajib memiliki Nomor Pokok Pengusaha Barang Kena Cukai (NPPBKC). Pengawasan MMEA di Indonesia tidak hanya dilakukan oleh DJBC, namun juga oleh pemerintah daerah. Mengingat dampak negatif yang ditimbulkan akibat dari mengonsumsi MMEA tersebut. MMEA ini juga digolongkan dalam 3 golongan, yaitu golongan A (kurang dari 5%), golongan B (5% s.d. 20%), golongan C (lebih dari 20%). Untuk mengendalikan peredaran MMEA pemerintah melalui DJBC mengenakan tarif cukai pada tiap liter MMEA (penggunaan tarif spesifik). (Anonim.2013). 2.3 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional yang terkandung di dalam sebuah chip. Dengan kata lain, mikrokontroler merupakan suatu alat elektronika digital yang mempunyai input dan output I/O yang dapat dikendalikan dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini adalah mikrokontroler AVR. AVR adalah mikrokontroler yang basis arsitektur AVR RISC (Reduced Intrution Set Computer) 8 bit yang berdasarkan arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel tahun 1996.

8 12 Mikrokontroler AVR memiliki keunggulan dibandingankan dengan mikrokontroler lainnya. Keunggulan mikrokontroler AVR yaitu kecepatan dalam eksekusi program yang lebih cepat karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler MCS51 yang memiliki arsitektur CISC (Complex Intruction Set Computer). (Adrianto.2008). Selain itu mikrokontroler AVR memiliki fitur lengkap yaitu (ADC Internal, PWM, EEPROM Internal, Port I/O, Komunikasi Serial, I2C, timer/ counter, dan lain-lain Mikrokontroler ATmega328 AVR ATmega328 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 32Kbyte in-system Programmable Flash. Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan kecepatan maksimum 20MIPS pada frekuensi 20MHz. Konfigurasi pin dari ATmega328 ditunjukkan pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega328 ( Sumber : anonim,2011) Dalam perancangan dan pembuatan hardware rancang bangun alat pendeteksi kadar alkohol pada minuman beralkoholmenggunakan sensor MQ-3 berbasis ATmega328.Mikrokontroler AVR ATmega328 memiliki kapasitas memory flash sebesar 32Kbyte, memory EEPROM sebesar 1Kbyte, kapasitas memory SRAM

9 13 2Kbyte dan dapat menjalankan 131 instruksi dalam satu clock.. Tabel 2.1 adalah penjelasan dari masing-masing port mikrokontroler ATmega328. Port Mikrokontroller Port.B (PB7 PB0) Port.C (PC5 PC0) Tabel 2.1 Fungsi-Fungsi Port Pada Mikrokontroler ATmega328 Fungsi Port Didalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin dapat digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pin-pin yang terdapat pada portb yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer. Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing-masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source).

10 14 RESET (PC6) Port.D Tabel 2.1 Lanjutan Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapat pada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja. Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pullup resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O Mikrokontroler ATmega 328 Dengan Rangkaian Arduino UNO Dalam penelitian ini, mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATmega 328 dengan rangkaian arduino UNO. Terdapat beberapa perbedaan nama dan fungsi port I/O ketika ATmega 328 digunakan pada rangkaian arduino UNO. Perbedaan dan fungsi dari masing masing port I/O ATmega 328 pada rangkaian arduino dapat dilihat pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Fungsi Port I/O ATmega328 Pada Rangkaian Arduino uno Port I/O ATmega 328 Port I/O ATmega328 Arduino Fungsi PortC.0 PortC.5 PINA.1 PINA.6 Sebagai PIN input-output analog PortB.0 PortB.5 PortD.0 PortD.7 PIN.0 PIN.13 Sebagai PIN input-output digital PortB.3, PortB.2, Sebagai Output digital yang PIN.11, PIN.10, PIN.9, PortB.1, PortD.5, memiliki fasilitas Pulse Width PIN.5, PIN.6, PIN.3, PortD.6, PortD.3 Modulation (PWM)

11 LCD (Liquid Crystal Display) LCD Display Module M1632 buatan Seiko Instrument Inc. yaitu terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka, yang dapat menampung 16 huruf atau angka di setiap baris. Bagian kedua merupakan sistem pengontrol panel LCD, yang berfungsi mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi M1632 dengan mikrokontroler yang memakai tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD modul M1632 menjadi lebih sederhana. Untuk gambar LCD modul dapat dilihat pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 LCD 16x2 Display ( Sumber : anonim,2014 ) Agar LCD dapat berhubungan dengan mikrokontroler, M1632 sudah dilengkapi dengan 8 jalur data (DB0..DB7) yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun perintah pengatur kerjanya M1632. Selain itu dilengkapi pula dengan E, R/W dan RS seperti layaknya komponen yang kompatibel dengan mikroprosesor. Kombinasi sinyal E dan R/W merupakan sinyal standard pada komponen buatan Motorolla. Sebaliknya sinyal-sinyal dari Mikrontroler merupakan sinyal khas Intel dengan kombinasi sinyal WR dan RD. RS singkatan dari Register Select, yang dipakai untuk membedakan jenis data yang dikirim ke M1632, kalau RS=0 data yang dikirim adalah perintah untuk mengatur kerja M1632, sebaliknya kalau RS=1 data yang dikirim adalah kode ASCII yang ditampilkan. Demikian pula saat pengambilan data, saat RS=0 data yang diambil dari M1632 merupakan data status yang mewakili aktivitas M1632, dan saat RS=1 maka data yang diambil merupakan kode ASCII dari data yang ditampilkan. (Surya.2011)

12 Prinsip Kerja Sensor Gas Tipe Semikonduktor Sensor gas terdiri dari elemen sensor, dasar sensor dan tudung sensor. Elemen sensor terdiri dari bahan sensor dan bahan pemanas untuk memanaskan elemen. Elemen sensor menggunakan bahan-bahan seperti timah oksida S n O 2, wolfram oksida WO3, dan lain-lain, tergantung pada gas yang hendak dideteksi. Gambar berikut menunjukkan susunan (struktur) dasar sensor gas. Gambar 2.7 Susunan Dasar Sensor Gas ( Sumber : anonim,2014 ) Bila suatu kristal oksida logam seperti S n O 2 dipanaskan pada suhu tinggi tertentu di udara, oksigen akan teradsorpsi pada permukaan kristal dengan muatan negatif. Elektron-elektron donor pada permukaan kristal ditransfer ke oksigen teradsorpsi, sehingga menghasilkan suatu lapisan ruang bermuatan positip. Akibatnya potensial permukaan terbentuk, yang akan menghambat aliran elektron. Di dalam sensor, arus listrik mengalir melalui bagian-bagian penghubung (batas butir) kristal-kristal mikro S n O 2. Pada batas-batas antar butir, oksigen yang teradsorpsi membentuk penghalang potensial yang menghambat muatan bebas bergerak. Tahanan listrik sensor disebabkan oleh penghalang potensial ini. Gambar.2.8 menunjukkan model penghalang potensial antar butir kristal mikro S n O 2 pada keadaan tanpa adanya gas yang dideteksi.

13 17 Gambar 2.8 Model penghalang potensial antar butir kristal mikro S n O 2 pada keadaan tanpa adanya gas yang dideteksi ( Sumber : anonim,2014 ) Dalam lingkungan adanya gas pereduksi, kerapatan oksigen teradsorpsi bermuatan negatif pada permukaan semikonduktor sensor menjadi berkurang, sehingga ketinggian penghalang pada batas antar butir berkurang. Ketinggian penghalang yang berkurang menyebabkan berkurangnya tahanan sensor butir dalam lingkungan gas. Seperti pada Gambar 2.9 Gambar 2.9 Model penghalang potensial antar butir dalam lingkungan gas ( Sumber : anonim,2014 )

14 Sensor Gas Alkohol Gas yang dikeluarkan melalui nafas manusia mengandung berbagai macam zat dengan satuan konsentrasi yang sangat kecil. Salah satu zat tersebut adalah ethanol. Alkohol atau ethanol merupakan zat yang mudah menguap dengan satuan konsentrasi ppm ( Part Per Million ). Oleh karena itu, diperlukan suatu sensor gas yang sangat sensitif dalam mendeteksi gas ethanol tersebut. Model sensor yang digunakan adalah MQ 3 yang diproduksi oleh Hanwai Electronics. Sensor ini cocok digunakan untuk mendeteksi kadar alkohol secara langsung, misal pada nafas. Rangkaian driver untuk sensor MQ 3 sangat sederhana, hanya perlu 1 buah variabel resistor. Output dari sensor berupa teganggan analog yang sebanding dengan alkohol yang diterima. Antarmuka yang digunakn cukup sederhana, bisa menggunakan ADC yang dapat merespon teganggan 0 volt 3,3 volt saja. Nilai resistor yang dipasang harus dibedakan untuk berbagai jenis konsentrasi gas. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,04 mg/l (sekitar 200 ppm) konsentrasi alkohol di udara dan resistansi pada output sekitar 200KΩ (100KΩ-470KΩ). Gambar dari sensor MQ3 dapat dilihat pada Gambar 2.10 Gambar 2.10 Sensor Gas Alkohol MQ-3 ( Sumber : anonim,2011)

15 19 Gambar 2.11 Spesifikasi pin Sensor Gas Alkohol MQ-3 ( Sumber : anonim,2011 )