BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Pada bab ini akan dibahas mengenai proses perancangan alat mulai dari perancangan sistem mekanik sampai perancangan sistem elektronik sehingga semua sistem alat dapat bekerja dengan baik. Adapun penerapan sistem dibuat sesuai blok diagram yang telah dibuat sebagai prinsip kerja sistem. Perancangan Alat pendeteksi asap kebakaran dan gas ini menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai microcontroller dan ethernet shield sebagai modul web server yang dirancang berdasarkan pemikiran dan beracuan pada sumber yang berhubungan dengan alat. Alat ini dirancang melalui tiga tahapan proses perancangan yaitu perancangan mekanikal, elektrikal dan pemrograman. 3.1 Blok Diagram Sebelum tahap proses perancangan dilakukan, perlu dibuat blok diagram sebagai prinsip kerja sistem dan acuan supaya perancangan sesuai dengan keinginan dan alat dapat bekerja sesuai dengan sistem yang diterapkan. Adapun blok diagram yang telah dibuat sebagai acuan dan prinsip kerja sistem yaitu pada Gambar 3.1 35
36 SENSOR MQ2 INPUT HALAMAN WEB ARDUINO MEGA DAN ETHERNET SHIELD PROSES LCD RELAY BUZZER EXHAUST FAN OUTPUT Gambar 3.1 Blok Diagram Dari Gambar 3.1 diatas menjelaskan bahwa prinsip kerja sistem menggunakan 3 tahapan yaitu masukan (input), proses data/program, dan keluaran (output) dimana masing-masing tahapan menggunakan komponen yang letakan sesuai fungsinya. Tahap pertama yaitu menggunakan komponen sensor Mq-2 sebagai masukan (input) pada sistem kerja alat. Tahap kedua yaitu proses/kontrol dimana pada tahap ini menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai kontrol utama untuk mengolah program data atau perintah dan ethernet shield digunakan sebagai pengirim data dari Mikrokontroller Atmega 2560 ke web server. Tahap ketiga yaitu keluaran (output) dimana pada tahap ketiga ini menggunakan komponen yang terdiri dari LCD, buzzer, dan fan exhaust 12 V.
37 Berikut adalahh penjelasan dari blok diagram pada Gambar 3.1 3.1.1 Tahap Masukan (Input) Tahap masukan (Input) ini menggunakan sensor Mq-2 dimana sensor Mq-2 akan mendeteksi adanya asap dan gas pada ruangan. Setelah asap dan gas terdeteksi, maka sensor akan mengirimkan data kepada Arduino mega untuk di proses. 3.1.2 Tahap Proses Tahap proses ini menggunakan Arduino Mega 2560 dimana arduino sebagai kontrol/prosessor untuk menerima data yang dikirim oleh sensor Mq-2 yang kemudian diproses untuk mengirimkan dan memberikan respon kepada bagian output. Pada tahap proses ini juga menggunakan ethernet shield sebagai pengirim data dari sistem kontrol/prosessor ke web server melalui jaringan kompter. 3.1.3 Tahap Keluaran (Output) Tahap keluaran (Outout) ini adalah tahap terakhir dimana pada tahap ini semua komponen akan bekerja sesuai fungsinya untuk menjalankan sistem secara keseluruhan. Pada tahap ini menggunakan beberapa komponen yaitu 1. LCD LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi sebagai output untuk menampilkan display berupa karakter karakter.
38 2. Relay Relay berfungsi sebagai output untuk kontrol saklar pada fan exhaust 12 V. 3. Fan exhaust 12 V Fan exhaust 12 V berfungsi untuk mengeluarkan asap atau gas dari ruangan apabila terdeteksi asap atau gas pada ruangan. 4. Power supply 12 V Power supply 12V berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian Relay untuk menggerakan fan exhaust. Ketika tegangan 12 VDC masuk ke Relay maka kondisi fan exhaust akan bekerja. 5. Buzzer Buzzer berfungsi sebagai output untuk indikator bunyi pada saat terdeteksi asap 3.2 SISTEM KERJA ALAT Sistem kerja alat akan dijelaskan sebagai berikut. Pada saat Arduino dihidupkan dan telah terkoneksi pada PC/notebook serta terhubung oleh jaringan internet, sistem dapat diakses client melalui web browser (Windows Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, Opera Mini, Dll), Client bisa berupa Laptop, notebook maupun smartphone. Sebelum melakukan pemantauan dan kontrol pada sistem, client harus terhubung pada server dengan cara mengakses dan memasukan alamat IP yang sudah terprogram pada web browser. Setelah mengakses alamat IP dan terhubung pada server, client dapat melakukan pemantauan dan kontrol pada sistem. Jika sensor mq-2 mendeteksi adanya asap atau
39 gas maka buzzer akan berbunyi dan LCD akan memberitahukan status pada ruangan sehingga fan exhaust langsung aktif serta status ruangan akan dikirim ke web server untuk dipantau melalui web dengan jarak jauh. 3.3 PERANCANGAN MEKANIKAL Perancangan mekanikal yaitu meliputi semua bahan yang digunakan untuk membuat sebuah kerangka rancangan alat. Perancangan alat tugas akhir ini menggunakan acrylic, papan kayu, dan wallpaper dinding sebagai hiasan. 3.3.1 Desain Kerangka Miniatur Ruangan Pada perancangan miniatur ruangan dibuat menggunakan acrylic sebagai dinding serta papan kayu sebagai atap dan alas. Bagian atap diberikan engsel pada bagian sudutnya agar dapat dibuka dan ditutup sehingga apabila terjadi kesalahan teknis bisa dengan mudah diantisipasi. Pada setiap sudut dinding diberikan siku sebagai penghubung antar dinding. Untuk menghubungkan komponen sistem kelistrikan ke kerangka yaitu menggunakan baut. Hasil pembuatan rangka dapat dilihat pada Gambar 3.2
40 Gambar 3.2 Kerangka Tampak Depan Tampak depan terdapat LCD dan buzzer yg dipasang untuk menujukan keterangan status ruangan. Adapun kerangka tampak belakang yang ditunjukan pada Gambar 3.3 Gambar 3.3 Kerangka Tampak Belakang
41 Tampak belakang terdapat exhaust fan dan ruang kontrol yang dibuat untuk meletakkan arduino dan komponen kontrol lainnya. 3.4 PERANCANGAN ELEKTRIKAL Dalam perancangan sistem Monitoring Pendeteksi Asap Kebakaran Dan Kebocoran Gas LPG Dengan Exhaust Fan Berbasis Arduino Mega Ethernet Shield menggunakan beberapa komponen yang dirangkai sebagai pendukung berjalanya sistem alat. Terdapat beberapa rangkaian yang terdapat pada sistem yaitu rangkaian input, output, dan mikrokontroler Arduino web server. 3.4.1 Rangkaian Sensor MQ-2 Rangkaian sensor mq-2 merupakan rangkaian yang termasuk dalam sistem rangkaian input, dimana sensor mq-2 adalah sistem komponen yang pertama bekerja untuk mendeteksi adanya asap atau gas pada ruangan dan mengirimkan data pada mikrokontroler Arduino web server. Berikut adalah rangkaian sensor mq-2 pada Gambar 3.4 Gambar 3.4 Rangkaian Sensor MQ-2
42 Sensor MQ-2 ini berupa inputan analog. Sensor MQ-2 memiliki 3 kaki yaitu kaki untuk jalur VCC, Ground dan data. Pada rangkaian sensor mq-2 ini kaki A0 dihubungkan ke arduino mega sebagai inputan. 3.4.2 Rangkaian Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan pada alat ini yaitu Arduino Mega 2560 dan Ethernet Shiled yang berfungsi untuk menghubungkan arduino dengan jaringan internet. Ethernet shield dipasang diatas arduino mega, seperti terlihat pada Gambar 3.5 dibawah ini. Gambar 3.5 Arduino Web Server Arduino Web Server adalah gabungan antara arduino mega dengan ethernet shield. Arduino Web Server adalah komponen yang berfungsi untuk memproses data yang diterima dari pendeteksian sensor mq-2. Pada alat ini Arduino Web Server digunakan sebagai mikrokontroler agar dapat
43 melakukan monitoring dan kontrol melalui internet. Rangkaian mikrokontroler dihubungkan pada sensor mq-2 sebagai input yang kemudian diproses untuk mengaktifkan exhaust fan, buzzer, dan LCD sebagai output melalui pin pin yang ada pada Arduino. Pin pin arduino mega yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1 No Nama Pin arduino 1 SENSOR MQ-2 A1 2 LCD (SCL) 21 3 LCD (SDA) 20 4 BUZZER 8 5 RELAY 40 6 MISO 50 7 MOSI 51 8 SCK 52 9 HARDWARE SS 53 10 Tabel 3.1 Pin arduino mega yang digunakan SS ETHERNET CONTROLLER 10 Penjelasan pin pin arduino mega yang terhubung pada komponen elektronika dan ethernet shield, pin pin yang dipakai untuk komunikasi SPI bus arduino mega dengan ethernet shield tidak dapat digunakan untuk keperluan yang lain, bus SPI pada arduino mega menggunakan pin digital 50, 51, 52 dan 53. 3.4.3 Rangkaian Output ( LCD 16x2 I2C, Buzzer, Exhaust Fan) Rangkaian Output ini terdiri dari LCD 16x2 I2C, Buzzer, Exhaust Fan. Rangkaian output ini dibuat untuk mengaktif komponan setelah mendapatkan
44 perintah dari rangkaian mikrokontroler yang mendapat respon dari input yaitu sensr mq-2. 1. Rangkaian LCD Rangkaian LCD ini dirangkai untuk mengaktifkan LCD yang berfungsi untuk menampilkan informasi berupa karakter setelah inputan mendeteksi adanya asap dan mengirimkan data ke arduino. Terdapat 4 kaki pada LCD yang masing-masing kaki dihubungkan ke pin arduino SCL, SDA, vcc, dan ground. Adapun rangkian LCD seperti Gambar 3.6 Gambar 3.6 Rangkaian LCD 2. Rangkaian Buzzer Rangkaian buzzer dirangkai untuk mengaktifkan buzzer yang berfungsi untuk memberikan informasi berupa suara apabila ruangan terdeteksi asap atau gas. Terdapat tiga kaki yang terhubung pada pin 8, vcc, dan ground. Adapaun rangkaian buzzer terdapat pada Gambar 3.7
45 Gambar 3.7 Rangkaian Buzzer 3. Rangkaian Relay Exhaust Fan Rangkaian relay dirangkai untuk mengaktifkan relay sehingga exhaust fan aktif dan mengeluarkan asap atau gas pada ruangan. Terdapat tiga kaki yang terhubung pada arduino yaitu pada pin vcc, ground, dan pin 40. Terminal COM terhubung ke terminal positif (+) pada power supply dan terminal NO terhubung ke terminal positif (+) pada exhaust fan. Adapaun rangkaian buzzer terdapat pada Gambar 3.8 Gambar 3.8 Rangkaian Relay Exhaust Fan
46 3.5 PEMROGRAMAN Pemrograman adalah kegiatan yang memasukan perintah/program pada mikrokontroler berbentuk kode-kode yang bertujuan agar sistem alat dapat bekerja sesuai yang telah diperintahkan. Pemrograman pada umumnya dilakukan pada tahap akhir, setelah perancangan mekanik dan elektrik terselesaikan. 3.5.1 Program Sensor MQ-2 Program sensor MQ-2 ini dimasukan kedalam softwere Arduino IDE (Integrated Develpoment Environment) sebagai inputan pada sistem alat tugas akhir ini. Program sensor MQ-2 dibuat untuk mengatur batas nilai normal yang dideteksi oleh sensor yang kemudian diproses oleh mikrokontroler dan setelah itu ditampilkan untuk menginformasikan hasil pendeteksian sensor kedalam halaman web. Berikut adalah program yang disisipkan kedalam arduino. Int sensorpin = A1; int asap = 0; void setup() { pinmode(a1, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { asap = analogread(a1); if (asap>200) { // ========= Data diatas 200 ========== Serial.print("POTENSI KEBAKARAN = " ); Serial.println(asap); } else { // =========== Data dibawah 200 ============= Serial.print("TIDAK ADA BAHAYA= " );
47 } Serial.println(asap); delay (100); } 3.5.2 Program Desain Web Halaman web dibuat untuk menampilkan informasi hasil pendeteksian sensor pada alat dan mengontrol aktivasi alat melalui halaman web yang telah dibuat yang ditampilkan pada monitor komputer. Bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat halaman web tersebut yaitu bahasa pemrograman HTML. Dimana pemrograman HTML tersebut disisipkan kedalam arduino. Untuk menuliskan kode pemrograman HTML kedalam arduino adalah dengan cara menuliskan syntax client.print( <kode html> ) atau client.println( <kode html> ). Pemrograman HTML pada arduino dapat dilihat pada kode program dibawah ini. //============ HTTP Header =============== client.println("http/1.1 200 OK"); client.println("content-type: text/html"); client.println("connection: close"); client.println("refresh: 1"); client.println("<!doctype HTML>"); client.println();
48 Program tersebut kemudian di upload melalui softwere Arduino IDE (Integrated Develpoment Environment) sehingga akan tampil halaman web pada Gambar 3.8 Gambar 3.9 Tampilan Halaman Web 3.5.3 Pemrograman LCD, Buzzer, Dan Exhaust Fan Pada alat tugas akhir ini menggunakan LCD 16x2 I2C dan program yang digunakan yaitu terdapat pada library pada arduino yang membahas cara kerja pemrograman LCD.
49 Program LCD bekerja sebagai output yang menampilkan informasi yang telah diproses oleh Arduino Mega 2560. Begitu juga dengan Buzzer dan Relay yang mengontrol Exhaust fan. Program LCD yang digunakan terdapat pada library pada arduino membahas cara sebuah kerja pemrograman LCD. Prinsip kerja dalam sebuah pemrograman LCD ini hanya sebagai indikator output data yang diperintahkan oleh arduino mega 2560.. int steps = 0; String readstring = String(3); String startrelay = String(40); String startbuzzer = String(8); //Deklarasi untuk Mac, IP Address serta port byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; IPAddress ip (192,168,43,5);//IP byte gateway [] = {192,168,43,1}; byte subnet [] = {255,255,255,0}; EthernetServer server(80); 3.5 Flow Chart Flow sistem deteksi kebakaran menggunakan sensor gas berbasis web ditunjukan pada Gambar 3.10
50 Mulai Inisialisasi Terhubung Terhubung ke ke client client T T Web Server Y Sensor MQ2 T Sistem ON Sistem OFF Pin 8 = LOW Pin 8 = HIGH Buzzer ON Buzzer OFF Pin 40 = LOW Pin 40 = HIGH Fan = Nyala Fan = Mati LCD Potensi Kebakaran LCD Tidak ada bahaya Button OFF Gambar 3.10 Flow Chart
51 Dari flowchart diatas dapat dijelaskan bahwa sistem dimulai terlebih dahulu kemudian proses inisialisasi dimuali dengan cara mensikronkan alamat IP pada ethernet sehingga dapat terhubung dengan internet. Kemudian setelah proses inisialisasi selesai dan berhasil terhubung, maka alat dapat terhubung dengan client sehingga data didapat dari server dan di tampilkan melalui web browser dengan menggunakan PC atau smartphone. Web server akan menampilkan data kadar gas yang didapat dari sensor MQ-2. Untuk mengaktifakan sistem secara keseluruhan maka harus dilakukan proses aktivasi sistem dengan mengklik tombol ON yang ada pada tampilan web. Jika kadar gas melebih nilai 200, maka exhaust fan dan buzzer dapat bekerja, dan LCD menginformasikan bahwa adanya POTENSI KEBAKARAN. Apabila kadar gas dianggap sudah dalam kondisi normal dapat mengklik tombol OFF untuk mennonaktifkan exhaust fan.