RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI KADAR EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN KOMUNIKASI DATA MENGGUNAKAN MODEM GSM Syarif Asyikin. #1, Paulus Susetyo Wardhana, ST. #2, Ir.Rika Rokhana,ST,MT. #3 # Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus PENS-ITS Sukolilo, Surabaya 1 syarif@student.eepis-its.edu 2 wardhana@lecturer.eepis-its.edu 3 rika@lecturer.eepis-its.edu Abstrak Meningkatnya jumlah kendaraan bermotor menyebabkan mobilitas masyarakat dalam melaksanakan aktifitas semakin lancar. Namun pertumbuhan jumlah kendaraan bermotor yang tinggi apabila tidak diikuti dengan peningkatan sarana penunjang diantaranya yaitu luas jalan dan manajemen pengaturan yang baik akan menyebabkan kemacetan yang pada gilirannya akan meningkatkan pencemaran (polusi) udara oleh gas buang. Aktivitas transportasi / kendaraan bermotor, industri, rumah tangga, maupun perkantoran menghasilkan polutan yang menyebabkan polusi udara. Diantara sumber polutan yang lainnya, kendaraan bermotor merupakan sumber polutan terbesar. Dan kandungan polutan yang dihasilkan kendaraan bermotor diantaranya yaitu gas CO (Carbonmonoxide). NO (Nitrogen Oxide), dan HC (Hidrocarbon). Dampak polutan-polutan ini dapat menimbulkan bahaya bagi kesehatan, bahkan dapat menyebabkan kematian. Lalu bagaimana agar orang-orang dapat mengetahui bahwa udara di sekitarnya mengandung gas polutan tersebut? Pada Tugas Akhir ini dirancang suatu perangkat detektor untuk mendeteksi kadar emisi gas buang kendaraan berikut tingkat konsentrasinya dengan dukungan Modem GSM serial sebagai sistem komunikasi datanya. I. PENDAHULUAN Meningkatnya jumlah penduduk dan taraf hidup masyarakat menyebabkan semakin meningkatnya kebutuhan dan daya beli masyarakat khususnya pada kendaraan bermotor sebagai alat transportasi yang menyebabkan peningkatan jumlah kendaraan bermotor. Disisi lain, dengan bertambahnya jumlah kendaraan bermotor berdampak langsung pada polusi udara oleh gas buang kendaraan bermotor. Dampak polusi gas buang ini akan semakin terasa pada jalan yang macet, dimana kemacetan tersebut karena pertumbuhan jumlah kendaraan bermotor yang tidak diikuti dengan pertumbuhan sarana penunjangnya yaitu luas jalan, tempat parkir, dan manajemen pengaturan lalu lintas yang baik Pada umumnya masyarakat di kota besar khususnya para pejalan kaki yang melewati persimpangan jalan sebagai salah satu titik rawan kemacetan tidak menyadari secara langsung bahwa udara yang dihirupnya mengandung gas buang kendaraan yang apabila dihirup dalam waktu yang cukup lama dan dalam konsentrasi yang cukup tinggi dapat membahayakan bagi kesehatan. Pada Tugas Akhir ini dirancang sebuah alat detektor untuk mendeteksi kadar emisi gas buang kendaraan pada persimpangan jalan dengan seven segment sebagai media penampil informasi hasil deteksi dan sistem komunikasi berupa SMS. Dengan terselesaikannya pembuatan alat ini diharapkan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat untuk mengetahui kadar emisi gas buang kendaraan pada persimpangan jalan yang akan dilaluinya. II. TEORI PENUNJANG A. Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Emisi gas buang dari kendaraan bermotor merupakan salah satu polutan yang mencemari lingkungan. Meningkatnya jumlah kendaraan bermotor yang beredar di masyarakat menyebabkan emisi gas buang juga semakin meningkat. Emisi gas buang itu sendiri adalah sisa hasil dari suatu proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin yang tidak sempurna. Komposisi emisi gas Karbonmonoksida (CO), senyawa Nitrogen Oksida (NO x ), senyawa Hidrokarbon (HC). B. Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) Perhitungan indeks untuk indikator kualitas udara dilakukan berdasarkan Keputusan Kepala Bapedal No. 107 Tahun 1997 tentang Pedoman Perhitungan dan Pelaporan serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU). Papan display ISPU 1
C. Sensor Gas MQ7 MQ-7 adalah sebuah sensor gas CO(Carbon Monoksida) yang cukup mudah penggunaannya. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi gas CO dengan jangkauan deteksinya mulai dari 10 sampai 10.000ppm. Bentuk sensor ini mirip dengan sensor MQ-3 yang digunakan untuk mendeteksi alkohol. Kemasan sensor MQ-7 tersedia dalam dua macam yaitu dari bahan metal dan plastic. Sensor gas MQ7 kemasan plastik Sensor ini memiliki sensitivitas yang tinggi dan waktu respon yang cepat. Output sensor berupa resistansi analog. Rangkaian drivenya pun sangat sederhana, yang dibutuhkan hanya suplai daya 5V untuk heater coil, menambahkan resistansi beban (RL), dan menghubungkan output ke ADC. konsumsi daya dibandingkan kecepatan pemrosesan. ATmega16 mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash onchip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang. F. Display Seven Segmen Seven segmen adalah kumpulan dari 8 buah led yang dibentuk menyerupai angka 8 yang terdiri dari 7 segmen dan ditambah 1 segmen berupa titik (dot) untuk menampilkan angka. Seven segmen merupakan display visual yang sering digunakan pada perangkat-perangkat digital seperti jam digital, penunjuk antrian, display data digital, dan termometer. Seven segment terdiri dari 2 jenis konfigurasi yaitu katoda bersama atau common cathoda (CC) dan anoda bersama atau common anoda (CA). D. Sensor Gas TGS2201 TGS 2201 merupakan sensor gas untuk mengetahui banyaknya gas yang dikeluarkan oleh gasoline dan diesel. TGS 2201 berisi dua elemen sensor yang tidak saling terhubung pada sebuah substrate dan menghasilkan keluaran sinyal terpisah untuk merespon gas buang mesin diesel dan mesin bensin. Seven segmen Common Katoda dan Common Anoda G. Modem GSM Serial Wavecom Fastrack M1306B Fastrack M1306B adalah sebuah perangkat Modem wireless plug and play yang di produksi oleh Wavecom dengan konektivitas GSM/GPRS untuk aplikasi-aplikasi machine to machine. Fastrack M1306B terbukti untuk diandalkan karena kinerjanya yang stabil pada jaringan nirkabel worldwide. Sensor Gas TGS2201 E. Mikrokontroler AVR Atmega16 ATmega16 adalah mikrokontroler AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi dengan konsumsi daya yang rendah berbasis arsitektur RISC. ATmega16 mengeksekusi banyak instruksi dalam satu siklus clock tunggal dan mencapai throughputs mendekati 1 MIPS per MHz sehingga memungkinkan perancang sistem untuk mengoptimalkan Modem GSM Serial Wavecom Fastrack M1306B 2
III. PERENCANAAN SISTEM B. Perencanaan Hardware Pada perencanaan sistem ini, terdiri dari blok diagram perencanaan sistem, perencanaan hardware, dan perencanaan software. A. Perencanaan sistem Skema Rangkaian Minimum System C. Perencanaan Software Gambar 3.1 Blok diagram sistem Alat yang dibuat nantinya akan membentuk suatu perangkat pendeteksi kadar gas buang kendaraan bermotor dengan sistem komunikasi berupa Short Message Service (SMS). Untuk gas buang yang dideteksi nantinya akan diproses terlebih dahulu oleh sebuah rangkaian sensor dan kemudian nilai dari hasil pembacaan elemen sensor yang berupa data analog diubah menjadi data digital oleh ADC internal dari Mikrokontroler Atmega16 dengan resolusi 10bit. Data digital ini kemudian akan diproses oleh mikrokontroler Atmega16. Data yang telah diproses oleh mikrokontroler kemudian akan ditampilkan melalui modul seven segmen berupa jenis gas buang kendaraan bermotor berikut jumlah konsentrasinya, dan melalui komunikasi serial, data yang telah diproses oleh mikrokontroler ini juga dihubungkan ke Modem GSM untuk kemudian dikirim ke Handphone berupa pesan SMS. Pembuatan perangkat lunak untuk akuisisi data dari sensor ini digunakan untuk pengambilan data tegangan dari sistem sensor. Pada proses pengambilan data ini sensor yang digunakan masih berupa data analog oleh sebab itu dibutuhkan ADC sebagai konversi menjadi data digital. Karena mikrokontroler Atmega16 yang digunakan sudah memiliki internal ADC dengan resolusi 10bit, maka tinggal membaca data ADC yang kita gunakan. Kemudian data ADC yang telah dibaca tadi dikonversi dari bentuk data digital menjadi data sebenarnya dalam satuan ppm (part per million), setelah itu data telah siap untukditampilkan. Berikut ini adalah Flowchart dari program yang dibuat pada mikrokontroler Atmega16. 3
1. Tujuan Papan display ISPU di jl.gubeng, surabaya. Tujuannya yaitu untuk membandingkan hasil pendeteksian kadar konsentrasi gas dari alat TA dengan alat monitoring milik pemerintah yg telah terpasang di persimpangan jalan tersebut. 2. Setting Pengujian Flowchart Diagram Sistem IV. PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini akan dilakukan pengujian dan analisa terhadap perangkat keras dan algoritma yang telah dirancang dan dibuat pada bab sebelumnya. Tahapan dari pengujian yang akan dilakukan adalah : 1. Pengujian Sensor Gas 2. Pengujian komunikasi serial mikrokontroler Atmega16 dengan Modem GSM Serial Wavecom Fastrack M1306B Pengujian Sensor Gas Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat akurasi sensor untuk pendeteksian kadar konsentrasi gas CO, NO 2, dan HC dalam satuan ppm. Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan alat TA dengan alat monitoring gas milik pemerintah yang telah terpasang di Jl.Gubeng depan Hotel Sahid Surabaya. Pengujian ini dilakukan di dekat alat monitoring gas milik pemerintah atau yang biasa disebut dengan ISPU (Indeks Standar Pencemaran Udara) dengan menempatkan alat TA pada sebuah sisi dari dua jalan yang mengapit alat ISPU milik pemerintah. 3. Analisa Berdasarkan data yang diambil pada saat pengujian dapat dilihat bahwa pada sisi jalan disebelah kanan ISPU lebih di dominasi oleh gas CO dengan kadar tertinggi sampai 275ppm, NO 2 46ppm, sementara kadar HC lebih stabil yaitu pada 33ppm. Pada sisi jalan sebelah kanan ISPU kadar CO tertinggi hanya mencapai 160, NO 2 54ppm, sementara kadar HC tertinggi mencapai 48ppm. Adapun persentase error dari hasil perbandingan antara ISPU dengan alat TA sulit untuk ditentukan karena perbedaaan waktu pengambilan data dimana data ISPU tiap 24 jam, sementara alat TA mengambil data tiap detik. Tabel 4.1. Tabel Pengujian Sensor Gas Uji Pendeteksian Display ISPU Display Alat TA CO NO HC CO NO HC 1 75 50-93 51 40 2 75 50-93 53 41 3 75 50-98 48 40 4 75 50-106 48 38 5 75 50-106 42 33 6 75 50-124 46 33 4
7 75 50-126 44 33 8 75 50-130 44 33 9 75 50-106 46 38 10 75 50-106 48 40 11 75 50-106 51 41 12 75 50-98 53 42 13 75 50-98 54 43 14 75 50-98 54 44 15 75 50-93 49 48 16 75 50-93 48 47 17 75 50-109 48 46 18 75 50-109 44 42 19 75 50-111 43 41 20 75 50-112 43 41 21 75 50-130 43 40 22 75 50-133 41 38 23 75 50-154 41 38 24 75 50-160 40 36 25 75 50-145 38 33 26 75 50-120 38 33 27 75 50-109 36 33 28 75 50-109 32 33 29 75 50-93 38 38 30 75 50-93 38 41 Pengujian Komunikasi Serial Mikrokontroler Atmega16 Dengan Modem Gsm Serial Wavecom M1306b Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat akurasi pengiriman data apakah pesan sms yang diterima sama dengan yang ditampilkan pada seven segmen. Tabel 4.2. Pengujian SMS Kendaraan Sepeda Motor Supra Fit Sepeda Motor Shogun R125 Sepeda Motor Yamaha F1ZR Kadar Gas Buang Pada Seven Segmen (ppm) CO NO HC 125 0,14 33 106 0,13 33 145 0,16 34 sms diterima Sesuai dengan tampilan seven segmen Sesuai dengan tampilan seven segmen Sesuai dengan tampilan seven segmen Gambar berikut adalah reply sms data sensor dari yang dikirim oleh Modem ke Ponsel untuk kendaraan Sepeda Motor Supra Fit A. Kesimpulan SMS reply dari Modem V. PENUTUP Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan sistem yang kemudian dilanjutkan dengan tahap pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Tujuan dari tugas akhir ini telah dicapai yaitu untuk membuat sebuah alat detektor yang dapat mendeteksi kadar emisi gas buang kendaraan berikut jumlah konsentrasinya. 2. Data yang dideteksi oleh sensor berhasil ditampilkan melalui display seven segmen 3. Data sensor yang terdeteksi dapat dikirim melalui modem berupa pesan SMS dan sesuai dengan data yang tampil pada seven segmen. B. Saran Dari hasil proyek akhir ini masih terdapat beberapa kekurangan dan dimungkinkan untuk pengembangan lebih lanjut. Oleh karenanya penulis merasa perlu untuk memberi saran bahwa untuk pengembangan sisitem ini pengujiannya dilakukan dengan membandingkan alat TA dengan alat monitoring gas selain ISPU. DAFTAR PUSTAKA [1] Heri Ardianto. (2008), Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16, Informatika Bandung. [2] Ardi Winoto. (2008), Mikrokontroler AVR Atmega8/32/16/8535, Informatika Bandung. [3] Irfan Aulino Budi Satrio, Detektor Emisi Gas Buang Dalam Mobil Dengan Dilengkapi Antarmuka Komunikasi Serial, Makalah Tugas Akhir, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro. [4] http://www.sparkfun.com/products/9403, diakses pada 16 Nopember 2011. 5
[5] http://www.pololu.com/catalog/product/1482, diakses pada 16 Nopember 2011. [6] http://www.staceyk.org/airsensors/sensorsetup.php, diakses pada 16 Nopember 2012. [7] http://id.wikipedia.org/wiki/seven_segmen, diakses pada 18 Januari 2012 [8] http://www.surabaya.go.id/ispu/kepmen.pdf, diakses pada 30 Januari 2012. [9] http://www.scribd.com/doc/48963460/indus-n-ispu, diakses pada 01 Januari 2012. 6