BAB III PERANCANGAN ALAT III.1. Diagram Blok Secara garis besar, diagram blok rangkaian pendeteksi kebakaran dapat ditunjukkan pada Gambar III.1 di bawah ini : Alarm Sensor Asap Mikrokontroler ATmega8535 Driver Alarm dan Lampu Lampu LCD Gambar III.1. Diagram Blok Rangkaian Gambar III.1. di atas merupakan gambar diagram blok rangkaian secara pendeteksi kebakaran. Dari gambar tersebut dapat kita lihat bahwa sensor asap berfungsi untuk mendeteksi adanya asap ataupun gas yang mudah terbakar (combustible gas). Kemudian sensor asap akan memberikan sinyal berupa tegangan analog kepada mikrokontroler ATmega8535. Mikrokontroler ATmega8535 merupakan pusat kendali dari seluruh rangkaian. Kemudian mikrokontroler ATmega8535 akan mengolah sinyal tersebut dan kemudian memberikan sinyal keluaran ( output) kepada driver alarm dan lampu yang 32
33 berfungsi untuk mengendalikan alarm dan lampu. Alarm dan lampu berfungsi sebagai indikator bahwa adanya asap yang terdeteksi. Sedangkan LCD berfungsi sebagai tampilan data polutan asap.. III.2. Perancangan Rangkaian Power Supply (PSA) Rangkaian Power Supply (PSA) merupakan bagian yang sangat penting dalam sebuah rangkaian, karena sebuah rangkaian yang menggunakan arus listrik tidak akan dapat bekerja dengan baik jika tidak mendapat supply arus yang baik. Rangkaian power supply berfungsi untuk men-supply arus dan tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian power supply yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 Volt dan 12 Volt. Keluaran 5 Volt digunakan untuk mengaktifkan rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega8535. Sedangkan keluaran 12 Volt dipakai untuk mengaktifkan driver alarm dan lampu berupa relay 12 Volt. Adapun rangkaian power supply ditunjukkan pada Gambar III.2. berikut : TIP32C LM7805CT 12 Volt Vreg 220V 50Hz 0Deg 1N5392GP 100ohm IN OUT 5 Volt 330ohm 1N5392GP 2200uF 1uF 100uF TS_PQ4_12 Gambar III.2. Rangkaian Power Supply (PSA) Sumber : Susiana Andalia, 2009. Perancangan Prototif Traffic Light Berbasis Mikrokontroler AT89S52
34 Trafo CT ( Center Tap) merupakan Transformator Stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan 220 Volt AC ( Alternating Current) yang bersumber dari jala-jala listrik PLN (Perusahaan Listrik Negara) menjadi tegangan 12 Volt AC. Kemudian tegangan 12 Volt AC ini akan disearahkan menjadi tegangan 12 Volt DC ( Direct Current) dengan menggunakan 2 buah dioda. Selanjutnya tegangan 12 Volt DC ini akan diratakan dengan menggunakan sebuah Capasitor Electrolyctic 2200 μf. Regulator LM7805 digunakan agar tegangan keluaran rangkaian power supply ini tetap berada pada kisaran 5 Volt DC walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukkannya, dan LED ( Light Emitting Diode) berfungsi sebagai indikator bahwasanya rangkaian Power Supply telah bekerja. Sedangkan transistor TIP32 berfungsi sebagai penguat arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian sehingga IC regulator (LM7805) tidak akan panas ketika rangkaian membutuhkan arus yang cukup besar. Sedangkan untuk keluaran 12 Volt DC diambil langsung dari keluaran 2 buah dioda, karena keluaran ini hanya digunakan untuk mengaktifkan driver alarm dan lampu yang berupa relay sehingga tidak membutuhkan arus yang begitu stabil. Karena relay dapat beroperasi dengan tegangan 8-15 Volt DC.
35 III.3. Perancangan Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8535 Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega8535 merupakan rangkaian kecil atau rangkaian yang sederhana yang harus dibuat agar mikrokontroler ATmega8535 dapat bekerja. Rangkaian mikrokontroler mega8535 berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh rangkaian. Rangkaian mikrokontroler ATmega8535 ini akan terus menerima data berupa tegangan analog dari sensor asap yakni sensor MQ7 untuk selanjutnya diproses oleh mikrokontroler ATmega8535 dan ditampilkan melalui LCD 16x2. Ketika data yang berupa tegangan analog yang dikirimkan oleh sensor asap melebihi dari nilai data atau tegangan analog yang telah ditentukan sebelumnya, maka rangkaian mikrokontroler ATmega8535 ini akan mengirimkan signal ataupun output pada rangkaian pengendali ( driver) alarm dan lampu sehingga alarm dan lampu akan aktif yang menandakan bahwa adanya asap yang terdeteksi yang melebihi dari nilai yang telah ditentukan sebelumnya. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC ( Integrated Circuit) mikrokontroler ATmega8535 sebagai prosesornya. Kapasitor 100nF dan resistor 1K Ohm berfungsi sebagai power on reset bagi mikrokontroler ATmega8535 dan kristal 11.059200 MHz berfungsi sebagai penentu nilai clock atau kecepatan kerja mikrokontroler ATmega8535. Pemilihan penggunaan kristal ini karena memiliki presentase error yang lebih kecil bila dibandingkan dengan kristal yang memiliki nilai lain (nilai genap). Sementara kapasitor 22pF berfungsi sebagai resistor terhadap kristal.
36 berikut ini : Rangkaian mikrokontroler ATmega8535 ditunjukkan pada Gambar III.3 Gambar III.3. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATmega8535 Sumber : : Afrie Setiawan, 2011. Mikrokontroler Atmega8535 dan Atmega16 III.4. Perancangan Rangkaian Pendeteksi Asap Untuk dapat mendeteksi adanya asap yang timbul dari suatu benda yang terbakar maka diperlukan suatu rangkaian berupa sensor yang dapat mendeteksi asap. Sebagai komponen utama yang digunakan untuk mendeteksi asap pada rangkaian pendeteksi kebakaran ini adalah sensor MQ7. Sensor MQ7 merupakan sebuah sensor yang dikeluarkan oleh Hanwei Electronics. Sensor ini dapat mendeteksi asap dan berbagai macam gas yang dapat terbakar. Sensor ini dapat mendeteksi asap dan gas pada 100ppm hingga 10000 ppm. Dengan sensitivitas deteksi sensor ini, maka sensor ini telah dapat digunakan untuk mendeteksi asap.
37 Apabila sensor MQ7 mendeteksi adanya asap ataupun gas yang dapat terbakar (Combustible Gas) maka tegangan keluaran ( Output) pada sensor akan naik, sehingga konsentrasi gas akan menurun dan terjadi proses deoksidasi. Akibatnya permukaan dari muatan negatif oksigen akan berkurang dan ketinggian permukaan sambungan penghalangpun akan ikut terjadi. Hal ini mengakibatkan penurunan resistansi sensor yang juga memiliki sebuah heater yang berfungsi sebagai pembersih dari kontaminasi udara di dalam ruangan sensor. Rangkaian ini menggunakan variable resistor dengan nilai tahanan sebesar 10K Ohm sebagai RL. Penggunaaan variable resistor berfungsi untuk mengatur sensitivitas sensor MQ7. Sedangkan Vc yang digunakan adalah tegangan sebesar 5 Volt DC. Berikut ini adalah gambar rangkaian sensor MQ7 ditunjukkan pada Gambar III.4 berikut : Gambar III.4. Rangkaian Pendeteksi Asap Sumber : www.hwsensor.com
38 III.5. Perancangan Rangkaian Pengendali Alarm Apabila rangkaian pendetekesi kebakaran ini mendeteksi adanya asap maka alarm akan aktif dan mengeluarkan bunyi sebagai indikator bahwa adanya asap yang telah terdeteksi. Adapun rangkaian alarm dapat dilihat pada Gambar III.5. sebagai berikut : Gambar III.5. Rangkaian Pengendali Alarm Sumber : http://repository.upnyk.ac.id/379/1/b-6 Pada alat ini alarm yang digunakan adalah buzzer 12 Volt DC. Buzzer ini akan berbunyi jika pin positifnya dihubungkan dengan sumber tegangan positif dan pin negatifnya dihubungkan dengan ground. Karena buzzer ini menggunakan sumber tegangan sebesar 12 Volt DC maka buzzer ini tidak dapat dihubungkan langsung dengan rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega8535 karena rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega menggunakan tegangan yang hanya sekitar 5 Volt DC. Untuk itu diperlukan relay yang berfungsi sebagai saklar alarm.
39 Pada rangkaian di atas transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan dan mematikan relay. Dari gambar dapat dilihat bahwa pin negatif relay dihubungkan ke collector dari transistor C9013. Ini menunjukkan bahwa ketika transistor berada dalam keadaan aktif maka collector akan terhubung dengan emiter, dimana emiter langsung terhubung dengan ground yang menyebabkan tegangan pada collector berubah menjadi 0 Volt, keadaan ini menyebabkan relay aktif sehingga sumber tegangan 12 Volt DC akan mengalir menuju buzzer sehingga buzzer akan aktif dan mengeluarkan bunyi. Sebaliknya ketika transistor berada dalam posisi tidak aktif maka collector tidak akan terhubung dengan emiter sehingga tegangan pada collector adalah 12 Volt DC, keadaan ini menyebabkan relay tidak bekerja atau mati, sehingga buzzer juga tidak akan aktif atau bunyi. Transistor yang digunakan dalam rangkaian pengedali alarm ini adalah transistor jenis NPN (Negative Positive Negative). Transistor jenis ini akan aktif apabila tegangan pada kaki basic lebih besar dari 0,7 Volt. Adapun resistor 1 Kohm yang terdapat pada kaki basic transistor berfungsi untuk mengurangi atau membatasi besar arus yang masuk pada kaki basic transistor agar tidak transistor tidak rusak. Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa transistor jenis NPN akan aktif apabila ada tegangan pada basic lebih besar dari 0,7 Volt, maka jika kaki basic dihubungkan dengan PB.0 ATmega8535 yang memiliki tegangan sebesar 5 Volt DC jika di set pada posisi high (0) dan memiliki tegangan 0 Volt DC jika di set
40 pada posisi low (1) maka dengan demikian kita sudah dapat mengendalikan (menghidupkan / mematikan) transistor melalui program. III.6. Perancangan Rangkaian Pengendali Lampu Apabila rangkain pendeteksi kebakaran ini mendeteksi adanya asap maka selain mengaktifkan alarm rangkaian pendeteksi kebakaran ini juga akan mengaktifkan lampu sebagai indikator adanya asap yang terdeteksi. Rangkaian pengendali lampu tampak seperti yang ditunjukkan pada Gambar III.6. berikut: Gambar III.6. Rangkaian Pengendali Lampu Sumber : http://repository.upnyk.ac.id/379/1/b-6 Adapun bola lampu yang dipakai sebagai indikator adalah bola lampu yang menggunakan tegangan 220 Volt AC. Sehingga tidak dapat dihubungkan secara langsung dengan rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega8535 yang menggunakan sumber tegangan arus searah 5 Volt DC. Untuk itu untuk menghubungkan rangkaian dengan bola lampu yang menggunakan sumber
41 tegangan 220 Volt AC digunakan sebuah relay sebagai contactor. Seperti yang kita ketahui bahwa relay merupakan salah satu komponen elektronika yang juga memiliki fungsi sebagai penghubung ( contactor) arus dan tegangan yang besar dengan menggunakan arus dan tegangan yang kecil untuk mengaktifkan saklarnya (switch). Relay merupakan komponen elektronika yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet yang berfungsi untuk menggerakan atau memindahkan posisi saklar. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 Volt DC, ini berarti jika positif relay (kaki 1) dihubungkan dengan sumber tegangan 12 Volt DC dan negatif relay dihubungkan dengan ground maka kumparan akan menghasilkan medan magnet. Kemudian medan magnet ini akan menarik logam yang mengakibatkan saklar berada pada posisi ON (kaki 3 terhubung dengan kaki 4). Dengan demikian kita dapat menggunakan kaki 3 dan kaki 4 yang terdapat pada relay sebagai saklar untuk menghidupkan dan mematikan lampu dengan cara mengaktifkan ataupun menonaktifkan relay saja. Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan dan menonaktifkan relay digunakan sebuah transistor jenis NPN ( Negative Positive Negative). Prinsip kerjanya sama dengan proses mengaktifkan dan menonaktifkan alarm yang telah dijelaskan sebelumnya. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif relay dihubungkan dengan collector dari transistor NPN ( C9013), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka collector akan terhubung dengan emiter dimana emiter terhubung dengan ground yang menyebabkan tegangan di collector
42 menjadi 0 Volt DC, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif maka collector tidak terhubung dengan emiter sehingga tegangan pada collector menjadi 12 Volt DC, keadaan ini menyebabkan relay tidak aktif. Kumparan pada relay akan menghasilkan tegangan singkat yang besar ketika relay dinonaktifkan dan ini dapat merusak transistor yang terpasang pada rangkaian ini. Untuk itu untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut maka sebuah LED (Light Emitting Diode) harus dihubungkan pada relay tersebut. LED dihubungkan secara terbalik sehingga secara normal LED ini tidak akan menghantarkan tegangan dan tegangan yang timbul ini akan habis terpakai untuk menghidupkan lampu LED. Penghantaran hanya terjadi ketika relay dinonaktifkan, pada saat normal arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke LED. Dengan adanya LED ini maka transisor tersebut tidak akan rusak. Lampu yang digunakan sebagai peringatan akan adanya asap yang terdeteksi ada dua buah yakni lampu 220 Volt AC yang berwarna merah dan lampu 220 Volt AC yang berwarna biru. Lampu 220 Volt AC yang berwarna biru menandakan bahwa adanya asap yang terdeteksi dalam jumlah yang sedikit. Sedangkan lampu 220 Volt AC yang berwarna merah menandakan bahwa adanya asap yang terdeteksi dalam jumlah banyak.
43 III.7. Flowchart Adapun flowchart perancangan alat pendeteksi kebakaran dengan menggunakan sensor asap dapat dilihat pada Gambar III.7 sebagai berikut : Mulai Ambil data dari sensor Tampilkan data ADC sensor asap pada LCD <=150 ADC <=200 Ya Hidupkan lampu biru dan buzzer dengan volume suara kecil Tidak ADC > 200 Ya Hidupkan lampu merah dan buzzer dengan volume suara besar Tidak Selesai Gambar III.7. Flowchart Perancangan Alat Pendeteksi Kebakaran dengan Menggunakan Sensor Asap Adapun penjelasan dari flowchart di atas adalah sebagai berikut : 1. Memulai pengaktifan alat. 2. Mengambil data tegangan analog yang berasal dari sensor asap (MQ7). 3. Menampilkan data sensor asap dalam bentuk nilai ADC pada LCD.
44 4. Memeriksa nilai data ADC sensor asap yang ditampilkan di LCD 5. Jika nilai data ADC asap lebih besar atau sama dengan 150 dan lebih kecil atau sama dengan 200 maka aktifkan lampu biru dan buzzer dengan volume suara yang kecil. 6. Jika nilai data ADC lebih besar dari 200 maka aktifkan lampu merah dan buzzer dengan volume suara yang besar. III.8. Konsep Prototype Alat pentedeteksi kebakaran ini bekerja dengan cara mendeteksi asap yang berada di sekitar ruang dimana sensor diletakkan. Ketika sensor asap mendeteksi adanya asap maka sistem mikrokontroler ATmega8535 akan memberi perintah atau output pada rangkaian pengendali alarm dan lampu 220 Volt AC. Alarm dan lampu 220 Volt AC berfungsi untuk memberikan peringatan bahwa adanya indikasi kebakaran di suatu ruang. Adapun gambar desain prototype alat pendeteksi kebakaran ditunjukkan pada Gambar III.8. sebagai berikut : A B C D F G H I E Gambar III.8. Desain Prototype Alat Pendeteksi Kebakaran
45 Adapun keterangan dari gambar alat pendeteksi kebakaran adalah sebagai berikut : A. Rangkaian alarm atau buzzer. B. Rangkaian sensor asap MQ7. C. Rangkaian power supply adaptor (PSA). D. Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATmega8535. E. Rangkaian penampil atau display LCD (Liquid Crystal Display). F. Lampu 220 Volt AC. G. Transformator step down. H. Rangkaian pengendali alarm dan lampu 220 Volt AC. I. Sakelar on-off.