PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KEBAKARAN OTOMATIS PADA SPBU BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 Dody Hidayat 1, Robbi Rahim 2 Magister Teknik Informatika Universitas Sumatera Utara Jl. Dr.Mansur No.09 Padang Bulan Medan 20155 Sumatera Utara E-mail:hidayatdody91@gmail.com ABSTRACT Fire always cause things are not desirable, either in relation to property damage, loss of material as well as danger to human lives. The purpose of the automatic fire protection system design based on AT89S51 microcontroller gas stations are expected to provide an early response in the event of a fire at the gas station. The design of this system works automatically by using AT89S51 microcontroller. Microcontroller is a small chip that can be programmed and perform its function as a system controller or controllers. Working system of the design tool is composed of several pieces of the system input sensor supporting fire protection consisting of a smoke sensor MQ-2, LM35 temperature sensor and UV-Tron flame sensor. All three of these sensors will be connected directly to a microcontroller AT89S51 and as the output of a design tool is the LCD as display hot temperature, the buzzer as a sign that the fire and then will remove toxic fire (fire Extinguisher) in case of fire. Keywords: Microcontroller AT89S51, Smoke Sensor MQ-2, UV -Tron Flame Sensor, Temperature Sensor LM35 1. PENDAHULUAN Semakin berkembangnya zaman, semakin pesat pula perkembangan dalam dunia teknologi. Teknologi yang canggih semakin memberikan kemudahan bagi kita yang melakukan aktifitas tertentu. Sistem otomatisasi yang digunakan untuk proteksi kebakaran memberikan kontribusi dalam penanggulangan dini terhadap bahaya kebakaran. Fasilitas otomastisasi sangat membantu manusia dalam melakukan pekerjaaannya secara efektif dan efisien. Perancangan alat yang akan dibuat adalah sistem proteksi kebakaran otomatis pada SPBU berbasis mikrokontroler AT89S51. Kebakaran merupakan suatu bencana yang sangat merugikan dan senantiasa menimbulkan halhal yang tidak diinginkan, baik menyangkut kerusakan harta benda, kerugian materi serta bahaya terhadap keselamatan jiwa manusia. Pada perancangan alat ini studi kasus yang akan dilakukan pada SPBU dimana dalam penanggulangan masalah kebakaran, banyak sekali ditemukan kesulitan-kesulitan, seperti sukarnya ditemukan sumber api yang menyala sehingga api menjalar ketempat lain dan berakibat fatal dan proses pemadaman api dimana masih mengunakan sistem manual. Untuk mengantisipasi hal tersebut, diperlukan suatu alat otomatisasi yang dapat memproteksi bahaya kebakaran secara dini dan memadamkan api bila terjadi kebakaran sehingga keadaan mudah dikendalikan. Perancangan alat ini dikendalikan oleh oleh mikrokontroler AT89S51 dengan perangkat pendukung berupa sensor dan pemadam api (fire Extinguisher). 2. METODE 2.1 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil ( special purpose computers ) di dalam satu IC yang berisi CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial dan parelel, port input/output, ADC. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suatu program (Andrianto, 2013). Pada saat ini penggunaan mikrokontroler dapat kita temui pada bebabagai peralatan, misalnya Peralatan yang terdapat di rumah, seperti telepon digital, microwave oven, telivisi, mesin cuci, sistem keamanan rumah, PDA, dll. Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai aplikasi misalnya untuk penegndalian, otomatisasi industri, akuisi data, telekomunikasi dan lain-lain. Keuntungan menggunakan mikrokontroler yaitu harganya murah, dapat diprogram berulang kali, dan dapat kita program sesuai dengan keinginan kita. 2.1.1 Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokomputer CMOS 8 bit yang memiliki 4 KB Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM). Mikrokontroler berteknologi memori non-volatile (tidak kehilangan data bila kehilangan daya listrik). Set instruksi dan kaki keluaran AT89S51 sesuai dengan standar industri 80C51 dan 80C52( http://www.atmel.com).
Atmel AT89S51 adalah mikrokontroler yang sangat bagus dan fleksibel dengan harga yang relatif murah untuk banyak aplikasi sistem kendali berkerapatan tinggi dari Atmel ini sangat kompatibel dengan mikrokontroler MCS-51 misalnya mikrokontroler AT80S51 yang terkenal dan banyak digunakan dan telah menjadi standar industri baik dalam jumlah pin IC maupun set instruksinya. Mikrokontroler AT89S51 memiliki fasilitasfasilitas pendukung yang membuatnya menjadi mikrokontroler yang sangat banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Fasilitas-fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89S51 adalah : a. Sesuai dengan produk-produk MCS-51. b. Terdapat memori flash yang terintegrasi dalam sistem. Dapat ditulis ulang hingga 1000 kali. c. Beroperasi pada frekuensi 0 sampai 24MHz. d. Tiga tingkat kunci memori program. e. Memiliki 128 x 8 bit RAM internal. f. Terdapat 32 jalur masukan/keluaran terprogram. g. Tiga pewaktu/pencacah 6-bit (untuk AT89S52) & dua pewaktu/pencacah 16-bit (untuk AT89S51) h. Memiliki 8 sumber interupsi(untuk AT89S52) & 6 sumber instruksi untuk AT89S51 i. Kanal serial terprogram. j. Mode daya rendah dan mode daya mati. 2.1.2 Fungsi Pin-pin Mikrokontroler AT89S51 Gambar 1. Mikrokontroler AT89S51 Pada gambar gambar 1 dapat dilihat konfigurasi fungsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 sebagai berikut : Pin 1 sampai pin 8 Pin 1 8 adalah port 1 yang merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah dengan internal pull-up yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti mengendalikan empat input TTL. Port ini juga digunakan sebagai saluran alamat saat pemrograman dan verifikasi. Pin 9 Merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroler ini. Pin 10 sampai pin 17 Pin 10 pin 17 merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah dengan internal pull-ups yang memiliki fungsi pengganti. Bila fungsi pengganti tidak dipakai maka dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serbaguna. Selain itu, sebagian port 3 dapat berfungsi sebagai sinyal kontrol saat proses pemrograman dan verifikasi. Pin 18 dan pin 19 Pin-pin ini merupakan jalur masukan ke penguat osilator berpenguat tinggi. Mikrokontroler ini memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada chip, kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Oleh karena itu, pin 18 dan 19 ini sangat diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal. Selain itu XTAL 1 juga dapat digunakan sebagai input untuk inverting osilator amplifier dan input rangkaian internal clock, sedangkan XTAL 2 merupakan output dari inverting oscillator amplifier. Pin 20 Pin 20 merupakan ground sumber tegangan dan diberi simbol gnd. Pin 21 sampai pin 28 Pin-pin ini adalah port 2 yang merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah dengan internal pullups. Saat pengambilan data dari program memori eksternal atau selama pengaksesan data memori eksternal yang menggunakan alamat 16 bit (MOVX@DPTR), port 2 berfungsi sebagai saluran /bus alamat tinggi (A8-A15). Akan tetapi, saat mengakses data memori eksternal yang menggunakan alamat 8 bit (MOVX@DPTR), port 2 mengeluarkan isi P2 pada special function register. Pin 29 Pin 29 merupakan program Store Enable (PSEN) merupakan sinyal pengontrol untuk mengakses program memori eksternal agar masuk ke dalam bus selama proses pemberian/pengambilan instruksi (fetching). Pin 30 Pin 30 sebagai Adress Lacth Enable (ALE)/PROG merupakan penahan alamat memori eksternal (pada port 1) selama mengakses ke memori. Pin ini juga berfungsi sebagai pulsa/sinyal input pemograman (PROG) selama proses pemograman. Pin 31
Pin 31 adalah External Access Enable (EA) merupakan sinyal kontrol untuk pembacaan memori program. Apabila diset rendah (L) maka mikrokontroler akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program eksternal, sedangkan jika diset tinggi (H) maka mikrokontroler akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program internal ketika isi program counter kurang dari 4096. Port ini juga berfungsi sebagai tegangan pemograman (Vpp=+12V) selama proses pemograman. Pin 32 sampai pin 39 Pin 32-pin 39 adalah port 0 yang merupakan saluran bus I/O 8 bit open collector, dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Saat proses pemograman dan verifikasi, port 0 digunakan sebagai saluran/bus data. Pull-up eksternal diperlukan selama proses verifikasi. Pin 40 Pin 40 merupakan sumber tegangan positif yang diberi simbol Vcc. 2.2 Sensor Asap MQ-2 Sensor gas dan asap MQ-2 ini mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Secara umum sensor didefenisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. (Fatah, 2011) Sensor asap MQ-2 merupakan sensor yang biasanya digunakan untuk mengetahui kualitas udara atau untuk mengetahui kandungan yang terjadi dalam udara. Sensor MQ-2 tersebut terbuat dari bahan peka gas yaitu SnO2. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas tersebut di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap di udara. Ketika sensor mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut, maka resistansi elektrik sensor akan turun. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari sensor MQ 2 ini, kandungan gas tersebut dapat diukur. Sensor api Hamamatsu UV Tron R2868 adalah detector ultraviolet yang menggunakan efek fotolistrik dari logam dan pelipat gandaan efek gas. Cara ini menghasilkan sensitivitas yang sangat sempit 185-260 nm (Pracoyo, 2012). Bentuk fisik UV Tron R2868 dapat dilihat pada Gambar 3. Meskipun ukurannya kecil, R2868 memiliki sensitivitas lebar sudut dan memiliki respon cepat untuk mendeteksi ultraviolet dengan radiasi lemah yang dipancarkan dari api pada jarak lebih dari 5m. R2868 cocok untuk digunakan dalam detektor api, alarm api dan juga pada deteksi fenomena pelepasan (discharge) yang tak nampak seperti pelepasan karena tegangan tinggi pada jalur transmisi. Gambar 3. Sensor Api UV Tron R2868 2.4 Sensor Suhu LM35 Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan ( Fatah, 2011). Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Gambar 4. Sensor Suhu LM35 2.4.1 Karakterisitik Sensor LM35 Gambar 2. Sensor Asap MQ-2 2.3 Sensor Api UV Tron R2868 1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mvolt/ o C, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5 o C pada suhu 25 o C 3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 o C sampai +15 o C.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. 5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 μa. 6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 o C pada udara diam. 7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 ma. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ±1/4 o C. ini dimaksudkan agar LCD tersebut tidak pernah mengeluarkan data (pada kondisi baca) yang mengakibatkan tabrakan data dengan komponen lain di jalur bus. Penampil kristal cair memerlukan catu daya dari power supply sebesar +5 volt. Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah : 1. Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. 2. ineritas +10 mv/ o C. 3. Akurasi 0,5 o C pada suhu ruang. 4. Range +2 o C 150 o C. 5. Dioperasikan pada catu daya 4 V 30 V. 6. Arus yang mengalir kurang dari 60 μa 2.5 Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara (Sulistyowaty, 2012). Gambar 5. Buzzer Pada dasarnya prinsip kerja buzzer dapat dilihat pada gambar 5 hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer ini digunakan sebagai indikator (alarm). 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) Display LCD (Liquid Crystal Display) adalah penampil kristal cair yang terdiri atas tumpukan tipis atau sel dari dua lembar kaca yang sampingnya tertutup rapat. Permukaan luar dari masingmasing keping kaca mempunyai lapisan penghantar tembus cahaya (Priyadi, 2013). Sel mempunyai ketebalan sekitar 1x10-5 meter dan diisi dengan kristal cair. Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk pengaksesan LCD yaitu LCD selalu berada pada kondisi tulis (Write) yaitu dengan menghubungkan kaki R/W ke ground. Hal Gambar 6. LCD 3. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Dalam merancang alat dan sistem yang akan dibangun, terlebih dahulu dibutuhkannya analisis alat agar peracangan alat menghasilkan suatu rancangan yang bermanfaat dan bekerja optimal sesuai dengan yang diharapkan. Tujuan di buatnya perancangan alat ini adalah untuk mencegah penyebaran kebakaran dimana jangkauan akibat kebakaran pada SPBU sangatlah luas yang ada di sekitar terjadinya kebakaran yang bisa merugikan banyak pihak dan sekaligus sebagai pemadam api bila terjadi kebakaran. Perancanagan sistem proteksi kebakaran otomatis pada SPBU berbasis mikrokontroler AT89S51 dilengkapi dengan beberapa buah sensor yang saling berhubungan, alat pemadam api (fire Extinguisher), buzzer serta LCD dimana semua perangkat keras yang digunakan dihubungkan ke mikrokontroler AT89S51. Mikrokontroler sebagai otak kendali sistem tentu saja membutuhkan instruksi-instruksi agar dapat bekerja sesuai yang diinginkan.. Dibutuhkan program yang akan ditanamkan didalam chip mikrokontroler yang dibuat dalam bahasa assembly dan software 8051 IDE sebagai media aplikasi untuk membuat program. Perancangan sistem proteksi kebakaran otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51 memliki beberapa spesifikasi agar alat ini berjalan dengan optimal. Adapaun spesifikasi alat ini adalah : a. Mikrokontroler AT89S51 sebagai otak kendali sistem b. Sensor asap digunakan untuk mendeteksi adanya asap di kawasan SPBU c. Sensor api digunakan untuk mendeteksi adanya api di kawasan SPBU d. Sensor suhu untuk mendeteksi keadaaan suhu yang ada di kawasan SPBU e. LCD digunakan sebagai output tampilan temparatur suhu panas bila terjadi kebakaran di SPBU f. Buzzer digunakan sebagai alarm pertanda terjadinya kebakaran
g. Sebagai pemadam api bila terjadi kebakaran dibutuhkan racun api ( fire Extinguisher) yang bekerja otomatis untuk memadamkan api. Adapun flowchart dari perancangan sistem proteksi kebakaran otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 7: Asap Start Api Suhu T T T Sensor Asap Sensor Api Sensor Suhu Sensor Asap Sensor Suhu Sensor Api Y Y Y 3.1 Blog Diagram LCD, Buzzer, Fire hydrant End Gambar 7. Flowchart Rangkaian Diagram blok pada perancangan sistem proteksi kebakaran otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 8. A T 8 9 S 5 1 Racun Api Buzzer LCD Gambar 8. Blok Diagram Rangkaian Pada gambar 8 dapat dilihat prinsip kerja dari keseluruhan rangkaian elektronika yang akan dibuat. Sistem kerja dari keseluruhan blok rangkaian yang saling berhubungan antara input, proses dan output dapat membentuk sistem otomatis. Pada perancangan sistem proteksi kebakaran otomatis pada SPBU berbasis mikrokontroler AT89S51 ini terdiri dari 3 buah sensor pendeteksi kebakaran yang dirancang untuk menangkap sinyal kebakaran yaitu sensor asap MQ-2, sensor api UV Tron dan sensor suhu LM35. Ketiga sensor tersebut akan dihubungkan langsung ke rangkaian mikrokontroler. Dimana mikrokontroler AT89S51 adalah otak dari sistem kendali yang memproses sistem kerja dari rangkaian sensor-sensor. Sebagai output dari proses adalah tampilan LCD yang digunakan untuk menampilkan suhu tempratur panas dan buzzer sebagai pertanda bahwa terjadinya kebakaran. Untuk proses pemadaman api, sistem ini menggunakan racun api (fire Extinguisher) yang akan keluar secara otomatis bila terjadi kebakaran. 4. KESIMPULAN Dari analisis dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa perancanagan sitem proteksi kebakaran otomatis pada SPBU berbasis mikrokontroler AT89S51 diharapkan mampu memberikan kontribusi yang besar dalam penanggulangan dini terhadap bahaya terjadinya kebakaran. Perancangan alat yang akan dibuat menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai otak kendali sistem dan beberapan perangkat pendukung seperti sensor api, sensor asap, sensor suhu dan racun api (fire Extinguisher). Perancangan alat ini juga dapat memudahkan manusia dalam melakukan pekerjaannya yang mana dapat menggantikan sistem manual dengan sistem otomatis 5. DAFTAR PUSTAKA Andrianto, Heri. (2013). Pemrograman Mikrokontroler AVR ATmega 16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Informatika. Bandung Atmel Inc. Data Sheet AT89S51. diakses pada 18 Oktober 2014 dari http://www.atmel.com. USE Fatah,A,L,H.(2011). Prototipe Sistem Pendeteksi Dini Kebakaran Dengan SMS Sebagai Media Informasi Berbasis Mikrokontroler.STMIK LPKI.Jakarta H,N,Fatimah. (2012). Pendeteksi Kebakaran Dengan Menggunakan Sensor Suhu LM35. Makalah Elektronika:FMIPA.Universitas Sebeles Maret.Surakarta Priyadi, Bambang.(2013). Aplikasi Sensor Infra Red Digunakan Sebagai Kunci Lemari Elektronika Menggunakan Kartu Berlubang
Berbasis Mikrokontroler..Jurnal ELTEK, Vol 11, No.01, ISSN 1693-4024 Prcoyo,Agus.(2012). Analisis Dan Desain Library Penginderaan Sensor Api Hamamatsu UV TRON R2868. Jurnal ELTEK, Vol 10, No.02, ISSN 1693-4042 Sulistyowati,Rini.,Febriantoro,D.D. (2012).Perancangan Prototype Sistem Kendali dan Monitoring Pembatas Daya Listrik Berbasis Mikrokontroler.Institut adhi Tama.Surabaya