ALAT PENDETEKSI KADAR GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR Mardhiah Masril 1 ABSTRACT Air is an important factor in life, but with increasing development in the face of the earth causes air pollution. One of the biggest causes of air pollution are motor exhaust fumes. Motorized smoke contains gases that are harmful to human health in the form of carbon monoxide (CO). and nitrogen dioxide (NO2). Harmful gases can cause poisoning and even death to humans. Now is the importance of science and technology that is environmentally friendly. Given the sciencefriendly environment to encourage people to design a tool that could be beneficial to humans, so the design and manufacture of TGS 2201 sensor for measuring vehicle exhaust emissions that are placed in the car, which aims to determine the level of the incoming exhaust gas in the car and can reduce number of poisoning and even death to humans. Keywords : Microcontroller, Carbon Monoxide, Nitrogen Dioxide, TGS 2201 INTISARI Udara merupakan faktor penting dalam kehidupan, namun dengan meningkatnya pembangunan di muka bumi menyebabkan polusi udara. Salah satu penyebab terbesar polusi udara adalah asap knalpot bermotor. Asap Bermotor mengandung gas yang berbahaya bagi kesehatan manusia yaitu dalam bentuk karbon monoksida (CO). dan nitrogen dioksida (NO2). Gas-gas berbahaya dapat menyebabkan keracunan dan bahkan kematian bagi manusia. Sekarang adalah pentingnya ilmu pengetahuan dan teknologi yang ramah lingkungan. Mengingat lingkungan ilmu-ramah dapat mendorong orang untuk merancang alat yang dapat bermanfaat bagi manusia, sehingga desain dan pembuatan TGS 2.201 sensor untuk mengukur emisi gas buang kendaraan yang ditempatkan di dalam mobil, yang bertujuan untuk menentukan tingkat gas buang yang masuk di mobil dan dapat mengurangi jumlah keracunan dan bahkan kematian bagi manusia. Kata Kunci: Mikrokontroler, Karbon Monoksida, Nitrogen Dioksida, TGS 2.201 1 Dosen UPI YPTK Padang 102
PENDAHULUAN Kemajuan teknologi komputerisasi yang begitu pesat telah membawa kita pada suatu revolusi industri yang dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama penggunaan komputer telah membentuk arah perkembangan manusia menjadi suatu masyarakat yang serba canggih. Seiring dengan kemajuan teknologi, komputer dapat dijadikan sebagai sebuah alat yang dapat mengontrol peralatan luar (external device), termasuk peralatan yang diaplikasikan dalam bidang otomotif. Pada kendaraan bermotor umumnya memiliki alat pendeteksi kadar gas buang dimana hanya dimiliki oleh mobil-mobil kelas mewah ke atas yang langsung dirancang dari pabrikan yang mengeluarkan mobil tersebut. Tetapi pada kendaraan kelas menengah ke bawah tidak memiliki alat pendeteksi kadar gas buang, dengan demikian penulis merancang alat pendeteksi kadar gas buang yang bisa digunakan pada kendaran kelas menengah ke bawah, di samping biaya murah, sumber daya yang digunakan hanya memerlukan daya dari aki (accumulator) sehingga lebih efisien dipasang pada kabin mobil. Sehingga mempermudah kita mengetahui tingkat polusi udara dalam kabin mobil. PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Mikrokontroler ATMEGA8535 Mikrokontroller ATmega8535 merupakan salah satu mikrokontroler keluaran ATMEL dengan 8 Kilobyte flash perom (Programble and Erasable Read Only Memory), ATmega8535 memiliki memori dengan teknologi nonvolatile memori, isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-kali. Memori bisa digunakan sesuai dengan program dan fungsinya. Mikrokontroler ATmega 8535 secara garis besar terdiri dari CPU yang terdiri dari 32 buah register, saluran I/O, ADC, Port antarmuka, Port serial. Mikrokontroler ATmega 8535 merupakan anggota keluarga mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s Risc Processor)[1]. Konfigurasi Pin dan Penjelasan Susunan pin-pin mikrokontroler ATmega 8535 diperlihatkan pada gambar 2.1 Penjelasan masingmasing pin sebagai beriku Gambar 1. Susunan pin (kaki) Mikrokontroler Atmega8535 (www.atmel.com) 1. Pin 1 8 adalah Port B (PB0 PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/ counter, komparator analog, dan SPI. 2. Pin 9 (reset) adalah pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler, dan bekerja bila diberi pulsa rendah (aktif low) selama minimal 1.5 us. 3. Pin 10 (Vcc) merupakan pin masukan positif catu daya. Setiap peralatan eletronika digital tentunya butuh sumber catu daya yang umumnya sebesar 5V itulah sebabnya di PCB kit mikrokontroler selalu ada IC regulator 7805. 103
4. Pin 11 (Ground) sebagai pin ground. 5. Pin 12 dan Pin 13 (XTAL 2 dan XTAL 1) sebagai pin masukan clock exsternal. Suatu mikrokontroler membutuhkan sumber detak atau clock agar dapat mengeksekusi instruksi yang ada di memori. Semakin tinggi nilai kristalnya maka semakin cepat mikrokontroler tersebut. 6. Pin 14 21 adalah Port D (D0 - D7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog, interupsi internal dan komunikasi serial. 7. Pin 22 29 adalah Port C (PC0 PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu TWI, komparator analog, dan timer osilator. 8. Pin 30 (AVCC) sebagai pin masukan tegangan untuk ADC. 9. Pin 31 (GND) sebagai pin ground. 10. Pin 32 (AREF) sebagai pin masukan tegangan referensi analog untuk ADC. 11. Pin 33-40 adalah Port A (PA0 PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat diprogram sebagai pin masukan 8 chanel ADC Sensor TGS 2201 Referensi yang menjelaskan pengertian sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyalsinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya (Sharon, dkk. 2001). Penelitian ini menggunakan sensor TGS 2201 yang peka terhadap emisi gas buang kendaraan berbahan bakar bensin dan solar. Bentuk fisik dari sensor TGS 2201 dilihat pada gambar 1. Gambar 1. Sensor TGS 2201 Spesifikasi Sensor TGS 2201 adalah sebagai berikut: 1. Elemen sensor rangkap dua, elemen I dan elemen II. 2. Sensitifitas tinggi untuk mendeteksi emisi gas buangan dari mesin berbahan bakar bensin dan solar. 3. Dapat digunakan dalam waktu yang lama dan harganya murah. 4. Menggunakan rangkaian elektronika yang sederhana. Unsur sensor TGS 2201 terdiri dari suatu lapisan semi konduktor oksidalogam yang terbentuk pada oksida aluminium substrate, keduanya digabungkan bersamaan dengan pemanas (heater). Bila didekatkan pada suatu gas, daya konduksi sensor akan berubah tergantung pada konsentrasi gas yang ada di udara. Berubahnya daya konduksi pada sensor akan mengakibatkan perubahan hambatan output sensor. Rangkaian elektronika sederhana dapat mengkonversi perubahan hambatan output sensor menjadi sinyal input rangkaian yang berhubungan dengan konsentrasi gas, yaitu gas. TGS 2201 terdiri dari dua elemen sensor yang terpisah di atas lapisan dasar dan menghasilkan sinyal output yang terpisah untuk merespons gas buangan dari mesin bensin dan diesel. Spesifikasi ini membuat sensor TGS 2201 ideal untuk aplikasi sistem kontrol pembakaran otomatis pada ventilasi mobil. 104
a. Elemen I Gas buang pada mesin berbahan bakar solar Apabila konsentrasi NO2 di udara sangat tinggi bisa menyebabkan kematian. WHO menyarankan pajanan NO2 tidak boleh melampaui 1 untuk waktu 1 jam dan 0,3 untuk waktu 8. (http://emisigasbuang.blogspot.co m) Komponen utama gas buang mesin bensin adalah NO2. Gambar berikut ini menunjukkan karakteristik sensitifitas umum untuk elemen I, semua data telah dikumpulkan pada kondisi tes standar (lihat gambar di bawah ini). Sumbu-X menunjukkan dari gas NO2. Sumbu-Y menunjukkan rasio resistansi sensor (Rs/Ro) yang didefinisikan sebagai berikut: Rs = Resistansi sensor yang ditunjukkan alat ukur pada konsentrasi gas yang bervariasi. Ro = Resistansi sensor pada keadaan udara yang bersih. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 2 (www.figaro.com) Gambar 2. Elemen I gas buang pada mesin berbahan bakar solar b. Elemen II Gas buang pada mesin berbahan bakar bensin Akibat yang ditimbulkan bila banyak menghirup polusi gas CO (Carbon monoksida) dapat menghambat pertukaran oksigen di dalam darah. Apabila konsentrasi CO di udara 30-40 menyebabkan sistem syaraf kaku. Apabila konsentrasi CO di udara 100 menyebabkan nafas lebih pendek atau sesak nafas dan kepala pusing ketika badan digerakkan. Apabila konsentrasi CO di udara sangat tinggi bisa menyebabkan kematian. WHO menyarankan pajanan CO tidak boleh melampaui 25 untuk waktu 1 jam dan 10 untuk waktu 8 jam. 105
(http://emisigasbuang.blogspot.co m) Komponen gas buang pada mesin berbahan bakar bensin adalah CO, H2 dan Hidrokarbon yang tak terbakar. Gambar berikut ini menunjukkan karakteristik sensitifitas umum untuk elemen II. Semua data telah dikumpulkan pada kondisi tes standar (lihat gambar di bawah ini). Sumbu-X menunjukkan dari gas CO. Sumbu-Y menunjukkan rasio resistansi sensor (Rs/Ro) yang didefinisikan sebagai berikut: Rs = Resistansi sensor yang ditunjukkan alat ukur pada konsentrasi gas yang bervariasi. Ro = Resistansi sensor pada keadaan gas yang bersih. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 4. (www.figaro.com) Gambar 3. Elemen II gas buang pada mesin berbahan bakar bensin 106
Untuk mengetahui spesifikasi sensor TGS 2201 dilihat pada tabel 1 Tabel 1. Spesifikasi Sensor TGS 2201 LED (Light Emitting Diode) Kebanyakan semikonduktor akan memancarkan cahaya apabila ditembaki energi. Penembakan energi ini dapat tejadi dalam bentuk elektron, cahaya atau panas [2]. Dioda Emisi Cahaya (Light Emiting Diode) menggunakan sifat ini, dimana LED adalah dioda yang dipasang dalam wadah tembus pandang yang akan menyala/memancarkan cahaya bila dilalui arus. Dengan menggunakan unsur-unsur seperti : gelium, arsen dan posfor, maka bisa didapatkan LED yang menghasilkan cahaya merah atau cahaya tak tampak. Gambar 4. Simbol LED dalam Bentuk Elektrik 107
HASIL DAN PEMBAHASAN Context diagram Contex diagram adalah gambaran secara umum tentang suatu sistem yang terdapat dalam organisasi yang memperlihatkan batasan sistem (boundary system), entity-entity luar yang berinteraksi secara umum dengan sistem dan informasi utama mengalir diantara entity-entity dan sistem [3]. Dalam proses perancangan alat ini, diperlukan gambaran yang memperlihatkan hubungan sebuah proses dengan dunia luarnya (gambar 5) Gambar 5. Context diagram sistem pendeteksi kadar gas buang Context diagram diatas ini terdiri dari satu sistem pendeteksi kadar gas buang pada kendaraan dan beberapa entity yaitu Sensor TGS 2201 digunakan sebagai media pendeteksian yang berfungsi untuk mendeteksi kadar gas buang yang masuk dalam kabin mobil. Sedangkan Mikrokontroler merupakan piranti pemrosesan utama dari masukan yang diterima dari sensor. Output dari sistem ini terdapat pada tiga entity yaitu lampu indikator untuk memberitahukan tingkat bahaya gas buang yang telah terdeteksi oleh sensor. Sedangkan LCD sebagai tampilan informasi tingkat bahaya gas buang dalam bentuk angka dan Fan berfungsi untuk mempercepat proses sirkulasi udara yang tercemar oleh gas buang dalam kabin, yang hanya akan aktif ketika lampu indikator merah menyala. Blok diagram Pada gambar dibawah ini dapat dilihat bentuk blok diagram dari sistem pendeteksi gas buang pada kendaraan 108
Gambar 6. Blok diagram sistem pendeteksi gas buang pada kendaraan Sensor akan mendeteksi kadar gas CO maupun NO2 kemudian mengirimkan sinyal analog ke mikrokontroler yang selanjutnya akan diproses menjadi sinyal digital. Setelah itu, mikrokontroler akan mengirimkan instruksi ke LCD untuk menampilkan kadar gas CO dan NO2 yang telah terdeteksi oleh sensor. Mikrokontroler juga akan mengaktifkan lampu indikator sesuai dengan kadar gas yang terdeteksi. Jika lampu indikator merah menyala menyala yang menandakan kadar salah satu gas telah mencapai 50 untuk CO dan 0,4 untuk NO2, maka mikrokontroler akan mengirimkan instruksi untuk mengaktifkan fan. Pengujian sistem Pada pengujian sensor, pengambilan data dilakukan dengan cara mendekatkan sensor di knalpot mobil yang berbahan bakar bensin untuk mendetekdi gas CO dan mobil yang berbahan bakar solar untuk mendeteksi gas NO2. Berikut ini adalah tabel yang merupakan hasil pengujian gas CO dan NO2 dapat dilihat pada table 2. Tabel 2. Pengujian gas CO Tegangan Tegangan Output Input (Volt) (Volt) 5,0 0,1 5,0 0,2 5,0 0,3 Kadar gas CO 10 20 30 5,0 0,4 5,0 0,5 5,0 0,6 5,0 0,7 5,0 0,8 40 50 60 70 80 Dari tabel di atas dapat diambil kesimpulan, bahwa sensor TGS 2201 dapat mendeteksi gas CO dengan jumlah kadar maksimal yaitu 1000. Pada alat yang dirancang maksimal gas CO yang dapat terdeteksi adalah 80. Untuk pengujian gas NO2 dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Pengujian gas NO2 Tegangan Input (Volt) Tegangan Output (Volt) 5,0 0,05 5,0 0,10 5,0 0,15 5,0 0,20 5,0 0,25 5,0 0,30 5,0 0,35 5,0 0,40 Kadar gas NO2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 109
Dari tabel di atas dapat diambil kesimpulan, bahwa sensor TGS 2201 dapat mendeteksi gas NO2 dengan jumlah kadar maksimal yaitu 10. Pada alat yang dirancang maksimal gas NO2 yang dapat terdeteksi adalah 0,8. KESIMPULAN Berdasarkan analisa dan hasil penelitian dalam perancangan dan pembuatan alat ini, dapat diambil kesimpulan bahwa alat yang dibuat ini bisa bekerja dengan baik sehingga mempermudah pengemudi mobil mengetahui tingkat bahaya gas buang dalam mobil yang ditampilkan melalui LCD dan LED indikator sehingga pengemudi dapat terhindar dari bahaya keracunan. DAFTAR PUSTAKA [1] Depari, Ganti. 1992. Belajar Teori dan Ketrampilan Elektronika. Bandung:PT. Elex Media Computindo [2] Jogiyanto, HM. 1992. Intisari Elektronika. Jakarta : PT. Elex Media Computindo [3] Lingga Wardhana. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8535. yogyakarta : Andi Yogyakarta. http:// elektronikaelektronika.blogspot.com http:// en.wikipedia.org http:// www.atmel.com http:// www.figaro.com http:// www.datasheet4u.com http://abangelektronika.blogspot.com http://emisigasbuang. blogspot.com 110