Upload
pak-kodok
View
76
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Skripsi Sistem Deteksi Kebocoran Gas Elpiji
Citation preview
SISTEM PERINGATAN DINI KEBOCORAN GAS ELPIJI
DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR HS-133 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATmega8
Skripsi
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Fisika
Diajukan oleh:
FURKONUDIN
06620010
Kepada
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA
YOGYAKARTA
2011
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi, dan
sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam
naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 16 Februari 2011
Furkonudin
iii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Alhamdulillahirobbil ‘alamin, penulis bersyukur kehadirat Allah SWT
yang Maha Pengasih dan Penyayang serta senantiasa mencurahkan Rahmat dan
Hidayah kepada hamba-Nya sehingga penulisan Skripsi ini dapat terselesaikan.
Semoga keselamatan dan kesejahteraan senantiasa terlimpah kepada Nabi
Muhammad SAW, yang telah memandu manusia menuju jalan kebenaran di dunia
dan akhirat.
Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak, mulai dari persiapan hingga Skripsi ini selesai dikerjakan. Untuk
itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Musa Asyarie, selaku Rektor UIN Sunan Kalijaga
Yogyakarta.
2. Prof. Drs. H. Akh. Minhaji, M.A.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta.
3. Bapak Thaqibul Fikri Niyartama, M.Si selaku Kepala Jurusan Program Studi
Fisika, sekaligus sebagai Dosen Penasehat Akademik Penulis.
4. Ibu Widayanti, M.Si selaku Dosen Pembimbing I penulisan skripsi penulis,
terimakasih atas waktu dan saran yang telah diberikan.
5. Ibu Retno Rahmawati, M.Si selaku Dosen Pembimbing II penulisan skripsi
penulis, terimakasih atas motivasi untuk segera lulus, saran dan koreksi yang
telah diberikan.
iv
6. Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan
Kalijaga Yogyakarta yang telah mengajarkan dan membagikan ilmunya.
7. Seluruh staf dan karyawan dibagian Tata Usaha Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta.
8. Ayah dan ibunda tercinta yang selalu memberi dukungan, do’a dan nasihat
kepada penulis, nasihat ayah dan ibu kan ku ingat dan kukerjakan.
9. Kang Amir yang menjadi motivator bagiku untuk dapat terus menuntut ilmu.
10. Adikku I’ing dan Amy mengingatmu membuatku malu tuk berlama-lama
duduk dibangku kuliah.
11. Chayang Roik yang setia menemani walau bagaimanapun keadaanku.
12. Seluruh teman-teman Fisika angkatan 2006, Yamyam Suriba, Jheng Tom2,
Say, Mumun, Pak Danang, Muse, Fuad, Dyas, Madeceng, semoga
kebersamaan kita selama ini akan terus terjalin.
Dengan segala keterbatasan penulis menyadari bahwa masih banyak
kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Untuk itu Saran dan kritik yang
konstruktif dari semua pihak sangat penulis harapkan demi perbaikan dan
peningkatan skripsi ini.
Akhirnya, penulis hanya bisa mendoakan semoga Allah membalas semua
kebaikan-kebaikan mereka selama ini. Aamiin….
Yogyakarta, 16 Februari 2011
Penulis
v
PERSEMBAHAN
Motto:Motto:Motto:Motto:
1. “Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang
demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu”.
(Qs. Al-Baqarah : 45).
2. “Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan
kesanggupannya, dia mendapat pahala dari kebaikan yang dilakukannya
dan mendapat siksa dari kejahatan yang diperbuatnya”
(QS Al-Baqarah : 286)
3. Sebelum tidur, maafkan seluruh manusia, cuci hati dengan pemaafan
sebanyak tujuh kali, dan untuk yang kedelapan kalinya lumurilah dengan
ampunan, niscaya akan mendapatkan kedamaian hati.
4. Ilmu itu teman akrab dalam kesepian, sahabat dalam keterasingan,
pengawas dalam kesendirian, penunjuk jalan kearah yang benar, penolong
disaat sulit dan simpanan setelah kematian
Skripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untuk
1. Ayah dan ibunda tercinta
2. Kang Amir dan kedua adikku “Amy” n “I’ing”
3. Chayang Roik yang setia menemani bagaimanapun keadaanku
4. Seluruh Ummat manusia yang peduli dan ingin maju dengan pendidikan
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... i
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .................................................... ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii
PERSEMBAHAN ............................................................................................ v
DAFTAR ISI .................................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... x
INTISARI ........................................................................................................ xi
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1
I.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 3
I.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
I.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 4
I.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4
I.6 Keaslian Penelitian ..................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 5
II.2 Landasan Teori .......................................................................................... 6
II.2.1 Liquified Petroleum Gas (LPG) ...................................................... 6
II.2.2 Mikrokontroler ATmega8 ............................................................... 8
II.2.2.1 CPU (Central Processing Unit) .......................................... 13
II.2.2.2 Bagian Masukan/Keluaran (I/O) ......................................... 13
II.2.2.3 Special Function Register (SFR) ........................................ 14
II.2.3 Sensor .............................................................................................. 14
vii
II.2.3.1 Karakteristik Statik Sensor ................................................. 15
II.2.3.2 Sensor HS-133 .................................................................... 21
BAB III METODE PENELITIAN
III.1 Alat dan Bahan ........................................................................................ 25
III.2 Desain Blok .............................................................................................. 26
III.3 Prosedur Kerja Penelitian ......................................................................... 28
III.4 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) ................................................ 29
III.5 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8 ..................................... 29
III.6 Rangkaian Buzzer/Alarm ......................................................................... 30
III.7 Rangkaian Interface LCD ........................................................................ 31
III.8 Konversi Tegangan Output Menjadi Satuan ppm (part per million) ....... 32
III.9 Langkah Pengujian Sistem Deteksi Gas Elpiji ........................................ 34
III.10 Cara Kerja Sistem .................................................................................. 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Pengujian ........................................................................................ 36
IV.1.1 Pengujian Deteksi Stimulus Pada Hasil Perancangan Sistem Sensor 36
IV.1.2 Karakterisasi Sistem Sensor........................................................... 38
IV.2 Pembahasan.............................................................................................. 43
BAB V KESIMPULAN
V.1 Kesimpulan ............................................................................................... 47
V.2 Saran .......................................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 49
LAMPIRAN .................................................................................................... 51
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Bagian Dalam Sensor HS-133 ......................................................... 23
Tabel 4.1 Data pengujian jarak deteksi terhadap konsentrasi gas elpiji (ppm) 37
Tabel 4.2 Output tegangan sensor (V) dan konsentrasi gas (ppm) ................... 38
Tabel 4.3 Karakteristik Sistem Sensor HS-133................................................ 45
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega8 .................................. 9
Gambar 2.2 Presisi dan Akurasi ....................................................................... 16
Gambar 2.3 Grafik penentuan error repeatability sensor ................................ 17
Gambar 2.4 Grafik linieritas dan nonlinieritas ................................................. 21
Gambar 2.5 Grafik sensitivitas sensor HS-133 ................................................ 22
Gambar 2.6 Struktur bagian dalam sensor HS-133 ......................................... 22
Gambar 2.7. Rangkaian pengukuran parameter listrik H-133 ......................... 24
Gambar 3.1 Desain blok sistem deteksi ........................................................... 26
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ............................................................... 28
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) .................................... 29
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8 ......................... 30
Gambar 3.5 Rangkaian Buzzer/Alarm.............................................................. 31
Gambar 3.6 Rangkaian Interface LCD ............................................................ 32
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor HS-133 ........................................................... 33
Gambar 3.8 Diagram alir cara kerja sistem peringatan dini kebocoran gas..... 35
Gambar 4.1 Tampilan sistem saat mendeteksi gas elpiji ................................. 36
Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak deteksi terhadap konsentrasi gas (ppm) .. 37
Gambar 4.3 Grafik hubungan tegangan sensor terhadap konsentrasi gas (ppm) 39
Gambar 4.4 Grafik Hasil karaktersisasi sistem sensor .................................... 43
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Surat Persetujuan Skripsi .............................................................. 51
Lampiran 2 Perhitungan karakteristik sensor dengan metode least square ..... 52
Lampiran 3 Proses Pembuatan Alat ................................................................. 53
Lampiran 4 Listing Program Menggunakan Bahasa C .................................... 56
Lampiran 5 Kode ASCII Bahasa C .................................................................. 63
Lampiran 6 LPG Gas Sensor HS-133 Spesifications ....................................... 65
Lampiran 7 ATMEL Data Sheet ...................................................................... 69
xi
SISTEM PERINGATAN DINI KEBOCORAN GAS ELPIJI DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR HS-133 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATmega8
Furkonudin 06620010
INTISARI
Telah berhasil dibuat seperangkat sistem sensor peringatan dini kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor HS-133. Sistem sensor ini mampu mendeteksi dan menampilkan konsentrasi gas elpiji yang terdeteksi melalui LCD dalam satuan ppm. Sistem sensor yang menggunakan sensor HS-133 yang telah dihasilkan dari penelitian ini kemudian dikarakterisasi agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji.
Penelitian ini menggunakan mikrokontroler ATmega8 sebagai sistem kontrol dari sinyal masukan dan keluaran. Hasil akuisisi data dari penelitian ini dianalisis dengan menggunakan pendekatan metode kuadrat terkecil (least square).
Dari hasil analisis data diperoleh variabel karakterisasi antara lain: nilai sensitivitas sebesar 0,000107 Volt/ppm, galat taksiran standar sebesar 0,419338, error repeatability sebesar 5,645%, jangkauan pengukuran sampai dengan 20.000 ppm, dan Zero of Set sebesar 0,6 Volt. Kata kunci: Gas elpiji, Sensor HS-133, Mikrokontroler ATmega8
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Maraknya kebakaran dan kecelakaan yang disebabkan oleh bocor dan
meledaknya tabung gas elpiji akhir-akhir ini, menjadi hal yang menakutkan
bagi masyarakat pengguna gas tersebut. Maraknya kejadian tersebut tidak
hanya menimbulkan kontroversi tapi juga kecaman dari berbagai kalangan
terhadap pemerintah yang telah melakukan konversi gas. Bagi sebagian
kalangan, pemerintah dianggap telah mengirimkan bom waktu bagi rakyatnya.
Elpiji sudah tidak lagi menjadi barang mewah, dan telah menjelma menjadi
barang kebutuhan rumah tangga modern. Meskipun demikian, kewaspadaan
saat menggunakan elpiji tidak boleh dilupakan. Apalagi belakangan ini telah
banyak beredar tabung gas palsu tanpa logo SNI (Standar Nasional Indonesia).
Salah satu resiko penggunaan gas elpiji adalah terjadinya kebocoran pada
tabung atau instalasi gas tersebut.
Pusat Laboratorium Forensik (Puslabfor) Mabes Polri menyatakan, kasus
ledakan yang dipicu tabung gas elpiji ukuran 3 Kg diberbagai wilayah di
Indonesia murni disebabkan karena faktor human error. Ito Sumardi (2010)
menjelaskan selain faktor human error, ditemukan laporan kebocoran tabung
gas yang disebabkan tabung sudah mengalami korosi. Penyebab lainnya
adalah adanya upaya pengoplosan yang membuat rusaknya aksesori seperti
selang, valve, dan regulator pada tabung gas.
2
Pada awalnya, gas elpiji tidak berbau, tetapi bila demikian akan sulit
dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari hal tersebut,
Pertamina menambahkan gas mercaptane, yang baunya khas dan menusuk
hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran
tabung gas. Melalui gas mercaptane tersebut masyarakat sudah dapat
menghindari ledakan gas LPG, yaitu dengan cara pendeteksian bau gas dengan
indra pencium/hidung. Namun karena keterbatasan dari indra pencium
tersebut, bau gas yang tercium terkadang tidak dihiraukan dan tidak
menjadikannya waspada. Akibatnya kecelakaan yang diakibatkan oleh
kebocoran tabung gas pun tidak dapat dihindari.
Elpiji merupakan campuran dari berbagai hidrokarbon, sebagai hasil
penyulingan minyak mentah yang berbentuk gas. Dengan menambah tekanan
atau menurunkan suhunya sehingga elpiji menjadi berbentuk cair. Gas elpiji
terkenal dengan sifatnya yang mudah terbakar sehingga kebocoran peralatan
elpiji beresiko tinggi terhadap kebakaran. Dikarenakan sifatnya yang sensitif,
maka perlu adanya perhatian khusus terhadap bahan bakar jenis ini.
Pada penelitian sebelumnya telah dibuat suatu alat yang dapat
mendeteksi kebocoran gas elpiji. Namun pada penelitian tersebut hanya
sebatas membunyikan sirine sebagai tanda peringatan dan hanya mampu
menampilkan level kondisi (level aman, level waspada, level bahaya) pada
tampilan displaynya. Pada penelitian ini dibuat sistem pendeteksi bau gas
dengan fasilitas display LCD (Liquid Cristal Display) yang menampilkan
konsentrasi gas berbasiskan mikrokontroler ATmega8 dan sensor HS-133.
3
Sistem ini memiliki kelebihan dalam sistem komunikasi yaitu memberikan
informasi konsentrasi gas, agar dapat selalu diamati oleh pengguna. Selain itu
sistem juga dilengkapi dengan buzzer sebagai sirine dan LED indikator jika
terdeteksi adanya gas.
I.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan suatu masalah yang
relevan dengan judul yang ada yaitu:
1. Bagaimanakah membuat seperangkat sistem peringatan dini kebocoran gas
elpiji dengan menggunakan sensor HS-133?
2. Bagaimanakah karakteristik sensor HS-133 yang dihasilkan dari penelitian
ini agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji?
I.3 Batasan Masalah
Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka penelitian ini dibatasi pada
hal-hal berikut ini:
1. Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor HS-133.
2. Sistem berbasis mikrokontroller ATmega8 yang bertugas untuk mengatur
seluruh kegiatan sistem yang dirakit.
3. Tanda bahaya dari kebocoran gas akan ditampilkan melalui LCD berupa
nilai konsentrasi gas dengan satuan ppm (part per million) dan buzzer
sebagai sistem peringatan dini.
4
I.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang dan mengimplementasikan suatu sistem yang dapat memantau
dan mendeteksi adanya kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor
HS-133
2. Mengkarakterisasi sistem sensor HS-133 yang dihasilkan dari penelitian
ini agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji.
I.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini antara lain sebagai berikut:
1. Menanggulangi kebakaran yang diakibatkan oleh kebocoran gas elpiji.
2. Menghindari kecelakaan akibat kebocoran dan meledaknya tabung gas
elpiji
3. Mengurangi human error akibat salah dalam melakukan pengukuran
konsentrasi gas.
I.6 Keaslian Penelitian
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang
secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Tinjauan Pustaka
Risdianto Yuli Hermansyah, (2006): Sistem Pemantau Keadaan Rumah
dan Kantor dari Bahaya Kebakaran dan Penyusup, Skripsi Jurusan Fisika
Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM. Penelitian ini berlatar belakang
maraknya kebakaran yang terjadi akhir-akhir ini. Sensor yang digunakan
dalam penelitian ini adalah sensor suhu yaitu LM35. SMS dapat digunakan
untuk dapat menyampaikan informasi tanda bahaya kebakaran kepada pemilik
dengan memasang sensor LM35 pada sistem. Sistem ini dilengkapi fiture
SMS, sehingga informasi keadaan rumah dari bahaya kebakaran dan penyusup
dapat secara langsung diketahui pemilik rumah melalui pesan SMS.
Kesimpulan dari skripsi ini adalah telah berhasil dibuat suatu sistem/alat yang
dapat memantau keadaan rumah dari bahaya kebakaran dan penyusup berbasis
mikrokontroller dan SMS.
Fito Wigunanto Herminawan, (2009): Prototype Sistem Peringatan Dini
Kebocoran Liquified Petroleum Gas Menggunakan Sensor Gas TGS 2610,
Skripsi Jurusan Fisika Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM. Sistem
tersebut dibuat dengan tujuan untuk mendeteksi kebocoran gas LPG (Liquid
Petroleum Gas) dengan menggunakan mikrokontroler sebagai pusat
pengendali yang menghasilkan keluaran berupa level kondisi. Sistem ini tidak
dapat menampilkan konsentrasi gas secara kuantitatif, tapi dalam bentuk level
6
konsentrasi gas. Level aman, waspada dan bahaya disajikan melalui LCD,
buzzer/sirine, dan lampu peringatan.
Penelitian yang akan dilakukan oleh penulis berbeda dengan penelitian
sebelumnya. Penulis akan membuat seperangkat sistem peringatan dini yang
dapat mendeteksi apabila ada kebocoran gas LPG dengan menggunakan
sensor gas HS-133. Sistem ini memiliki kelebihan dalam sistem komunikasi
yaitu memberikan informasi konsentrasi gas agar dapat selalu diamati oleh
pengguna. Selain itu sistem juga dilengkapi dengan buzzer sebagai sirine dan
LED indikator jika terdeteksi adanya gas.
II.2 Landasan Teori
II.2.1 Liquified Petroleum Gas (LPG)
Liquified Petroleum Gas (LPG), merupakan gas hasil produksi dari
kilang minyak atau kilang gas, yang komponen utamanya adalah gas
propane (C3H8) dan butane (C4H10) kurang lebih 97% dan selebihnya
adalah gas pentane (C5H12) yang dicairkan. Pertamina memasarkan LPG
sejak tahun 1969 dengan merk dagang ELPIJI. Perbandingan komposisi,
propane (C3H8) dan butane (C4H10) adalah sebesar 30:70. Zat
mercaptane biasa ditambahkan kepada LPG untuk memberikan bau yang
khas, sehingga kebocoran gas dapat dideteksi dengan cepat. Elpiji lebih
berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2.01 (dibandingkan dengan
udara), tekanan uap Elpiji cair dalam tabung sekitar 5.0 – 6.2 Kg/cm2.1
1 Buku Pintar Petunjuk Aman Penggunaan Elpiji 3 Kg Pertamina, halaman 2.
7
Berdasarkan komposisi propane dan butane, LPG dapat dibedakan
menjadi tiga macam, yaitu:
• LPG propane, yang sebagian besar terdiri dari C3
• LPG butane, yang sebagian besar terdiri dari C4
• Mix LPG, yang merupakan campuran dari propane dan butane.
Berdasarkan cara pencairannya, LPG dibedakan menjadi dua
macam, yaitu:
1. LPG Refrigerated
LPG Refrigerated adalah LPG yang dicairkan dengan cara
didinginkan (titik cair Propana adalah + -42°C, dan titik cair Butana
adalah + -0.5°C). LPG jenis ini umum digunakan untuk
mendistribusikan LPG dalam jumlah besar (misalnya, mengirim LPG
dari negara Arab ke Indonesia). Dibutuhkan tangki penyimpanan
khusus yang harus didinginkan agar LPG tetap dapat berbentuk cair
serta dibutuhkan proses khusus untuk mengubah LPG Refrigerated
menjadi LPG Pressurized.
2. LPG Pressurized
LPG Pressurized adalah LPG yang dicairkan dengan cara ditekan (4-
5 kg/cm2). LPG jenis ini disimpan dalam tabung atau tangki khusus
yang bertekanan. LPG jenis inilah yang banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi di rumah tangga dan industri, karena penyimpanan
8
dan penggunaannya tidak memerlukan handling khusus seperti LPG
Refrigerate.
Elpiji memiliki sifat yang khas antara lain sebagai berikut:
1. Sensitif terhadap api
2. Bersifat flammable (mudah terbakar)
3. Tidak berwarna dan tidak berbau
4. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG
akan membentuk gas secara cepat, dan memuai
5. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar
mengetahuinya secara dini
6. Berat jenis LPG lebih besar dari pada udara sehingga cenderung
bergerak kebawah
7. Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu
dan abu (sisa pembakaran).2
II.2.2 Mikrokontroler ATmega8
ATmega8 merupakan seri mikrokontroler 8-bit buatan Atmel,
berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir
semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32
register general-purpose, timer/counter, fleksibel dengan mode compare,
interrupt internal dan eksternal, serial UART (Universal Asynchronous
Receiver Transmitter), PWT (Programmable Watchdog Timer), dan
2 PT. Aptogaz Indonesia. www.aptogaz.com
9
mode power saving, ADC (Analog to Digital Converter) dan PWM
(Pulse-width modulation) internal. Keluarga AVR juga mempunyai In
System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program
untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI
(Serial Programmable Interface). Mikrokontroler Atmega8 memiliki 28
Pin dengan internal ADC (Analog to Digital Converter)3. Konfigurasi
PIN ATmega8 dapat diperlihatkan pada gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega8 (Sumber: Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09)
Mikrokontroler ATmega8 sebagaimana diperlihatkan pada
gambar 2.1 memiliki feature sebagai berikut4:
• Kecepatan beroperasi mulai dari 0 Hz -16 MHz
3 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 3-4 4 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 1
10
• Memori: 8 Kb flash memory, 512 bytes EEPROM (Electrically
Erasable Programmable Read-Only Memory) , 1 Kb internal SRAM
(Static Random-Access Memory)
• Time/Counter
Dua buah 8 bit timer/counter,
Satu buah 16 bit timer/counter,
• ADC (Analog to Digital Converter) internal dengan spesifikasi:
Delapan kanal yang dapat digunakan secara bergantian,
Resolusi mencapai 10 bit,
Tersedia 2,56 V tegangan referensi internal.
• Tegangan operasi mulai 4.5 volt sampai 5.5 volt
Deskripsi dan fungsi dasar dari pin-pin mikrokontroler ATmega8 adalah
sebagai berikut:
1. VCC (Common-Collector Voltage)
Berfungsi sebagai penyuplai tegangan digital. Besarnya tegangan
berkisar antara 4,5V – 5,5V
2. GND
Ground, sebagai referensi nol suplai tegangan digital.
3. PORT B (PB7 sampai dengan PB0)
PORTB adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 8-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
11
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTB akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
4. PORT C (PC5 sampai dengan PC0)
PORTC adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 7-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTC akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
5. PC6 / RESET
Jika Fuse RSTDISBL (Reset Disable) diprogram, maka PC6
berfungsi sebagai pin I/O akan tetapi dengan karakteristik yang
berbeda dengan PC5 sampai dengan PC0. Jika fuse RSTDISBL
(Reset Disable) tidak diprogram, maka PC6 berfungsi sebagai
masukan reset. Sinyal low pada pin ini dengan lebar minimum 1,5
mikrodetik akan membawa mikrokontroler ke kondisi reset,
meskipun clock tidak running.
6. PORT D (PD7 sampai dengan PD0)
PORTD adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 8-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
12
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTD akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
7. RESET
Berfungsi sebagai pin masukan reset. Sinyal low pada pin ini dengan
lebar minimum 1,5 mikrodetik akan membawa mikrokontroler ke
kondisi reset, meskipun clock tidak running. Sinyal dengan lebar
kurang dari 1,5 mikrodetik tidak menjamin terjadinya kondisi reset.
8. AVCC (Analog Common-Collector Voltage)
AVCC adalah pin suplai tegangan untuk ADC, PC3, PC0, dan ADC7
sampai dengan ADC6. Pin ini harus dihubungkan dengan VCC,
meskipun ADC tidak digunakan. Jika ADC digunakan, VCC harus
dihubungkan ke AVCC melalui low-pass filter untuk mengurangi
noise.
9. AREF (Analog Reference)
Berfungsi sebagai pin analog reference untuk ADC.
10. ADC7 sampai dengan ADC6
Berfungsi sebagai analog input ADC.
13
II.2.2.1 CPU (Central Processing Unit)
Bagian ini berfungsi mengendalikan seluruh operasi pada
mikrokontroler. Unit ini terbagi atas dua bagian, yaitu unit
pengendali atau CU (Control Unit) dan unit aritmatika dan
logika atau ALU (Aritmetic Logic Unit) Fungsi utama unit
pengendali adalah mengambil instruksi dari memori (fetch)
kemudian menterjemahkan susunan instruksi tersebut menjadi
kumpulan proses kerja sederhana (decode), dan melaksanakan
urutan instruksi sesuai dengan langkah-langkah yang telah
ditentukan program (execute). Unit aritmatika dan logika
merupakan bagian yang berurusan dengan operasi aritmatika
seperti penjumlahan, pengurangan, serta manipulasi data secara
logika seperti operasi AND, OR, dan perbandingan5.
II.2.2.2 Bagian Masukan/Keluaran (I/O)
Bagian ini berfungsi sebagai alat komunikasi serpih tunggal
dengan peranti di luar sistem. Ada dua macam peranti I/O yang
digunakan, yaitu peranti untuk hubungan serial UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) dan peranti
untuk hubungan paralel yang disebut dengan PIO (Paralel Input
Output)6.
5 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 11 6 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 51-52
14
II.2.2.3 Special Function Register (SFR)
Mikrokontroler mempunyai sebuah peta memori yang
disebut sebagai Special Function Register (SFR) . Port 0 berada
di alamat 80h, port 1 90h, port 2 A0h dan P3 di alamat B0h.
Sedangkan SBUF (Serial Buffer) untuk komunikasi serial berada
pada alamat 99h.
II.2.3 Sensor
Pada sistem elektronis, sensor dipandang sebagai sebuah perangkat
atau device yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi
besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian
listrik atau sistem digital. Terkait dengan perkembangan teknologi yang
begitu luar biasa, pada saat ini banyak sensor telah difabrikasi dengan
ukuran sangat kecil sampai orde nanometer sehingga menjadikan sensor
sangat mudah digunakan dan dihemat energinya.7
Fraden (2003) mendefinisikan sensor sebagai “Peranti yang
menerima sebuah stimulus dan meresponnya dengan sebuah sinyal
listrik”. Lebih jauh Fraden mendefinisikan stimulus, atau rangsangan,
sebagai kuantitas, sifat, atau kondisi tertentu yang dapat dirasakan dan
diubah menjadi sinyal listrik. Tujuan dari sebuah sensor adalah merespon
sejenis masukan dan mengubah masukan tersebut menjadi sinyal listrik.
Keluaran (output) dari sensor dapat berupa arus atau beda potensial.
7 Iwan Setiawan, S.T, M.T. 2009. Buku Ajar Sensor dan Transduser, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Semarang. halaman 1.
15
Setiap sensor pada prinsipnya adalah pengubah energi (energy
converter).
II.2.3.1 Karakteristik Statik Sensor
Karakterisasi sensor dilakukan adalah untuk mengetahui
”performance” dari sensor yang telah dirancang. Dalam hal ini
sensor dianggap sebagai ”black box” yang karakteristiknya
ditentukan oleh hubungan antara sinyal keluaran dan sinyal
masukan. Karakteristik statis sebuah sensor dapat dicirikan
sebagai berikut:
a. Akurasi (Accuracy)
Akurasi menyatakan kedekatan nilai hasil pengukuran
dengan nilai sesungguhnya (true value) atau nilai yang
dianggap benar (accepted value). Akurasi bisa diekspresikan
dalam inakurasi (Inaccuracy).
b. Presisi (Precision)
Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat
hubungannya dengan akurasi, atau definisi lainnya yaitu
kedekatan nilai hasil pengukuran berulang. Semakin dekat
nilai-nilai hasil pengulangannya maka semakin presisi nilai
pengukuran tersebut. Jika hasil pengukuran saling
berdekatan (mengumpul) maka dikatakan mempunyai presisi
tinggi dan sebaliknya jika hasil pengukuran menyebar maka
16
dikatakan mempunyai presisi rendah. Presisi diindikasikan
dengan penyebaran distribusi probabilitas. Distribusi yang
sempit mempunyai presisi tinggi dan sebaliknya. Ukuran
presisi dapat dinyatakan sebagai standar deviasi (σ). Presisi
tinggi mempunyai nilai standar deviasi kecil dan sebaliknya.
Presisi dan akurasi dapat diperlihatkan pada gambar 2.2
di bawah ini:
Gambar 2.2 (a). Presisi dan akurasi tinggi, (b). Presisi
rendah, akurasi tinggi, (c). Presisi tinggi akurasi rendah,
(d). Presisi dan akurasi rendah.8
8 Alan S. Morris. 2001. Measurement and Instrumentation Principles, Third Edition. Plant A Tree. Britain. halaman 18
17
c. Repeatability
Repeatability yaitu kemampuan sensor untuk
menghasilkan nilai yang sama pada kondisi yang berbeda.
Kedekatan hasil berturut-turut diperoleh dengan metode dan
kondisi yang sama dalam interval waktu yang singkat.
Besarnya error repeatability dapat dituliskan dalam
persamaan:
%100xFS
∆=δ
(2.1)
dengan:
δ : Error repeatability
∆ : Nilai Maximum – Nilai Mininimum
FS : Full Scale
Grafik untuk menentukan error repeatability sensor
disajikan dalam gambar 2.3 berikut ini:
Gambar 2.3 Grafik penentuan error repeatability sensor (Sumber: Handbook of Moder Sensor, Third Edition (2003))
18
d. Sensitivitas (Sensitivity)
Sensitivitas dapat diartikan sebagai kepekaan sensor
terhadap kuantitas yang diukur, yaitu perbandingan kenaikan
keluaran atau respon instrumen terhadap kenaikan masukan
atau variabel yang diukur. Linieritas sensor juga
mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila
tanggapannya linier terhadap stimulus yang diberikan, maka
sensitivitasnya akan sama untuk jangkauan pengukuran
secara keseluruhan. Untuk fungsi transfer yang linear,
sensitivitas sensor dapat diperoleh dari slope grafik. Fungsi
transfer adalah karakteristik sensor yang menggambarkan
hubungan keluaran yang dihasilkan (Yi) terhadap stimulus
yang diberikan (Xi). Fungsi tersebut bisa dalam bentuk tabel,
grafik atau persamaan matematis. Hubungan dari fungsi
transfer dapat berhubungan secara linier atau nonlinier.
Persamaan fungsi transfer linier
(2.2)
Persamaan fungsi transfer logaritmik
Y = a + b ln X (2.3)
Persamaan fungsi transfer eksponensial
Y = aebX (2. 4)
Kuantifikasi galat regresi linier dilakukan dengan
menggunakan persamaan jumlah total kuadrat (St) dan
19
jumlah kuadrat residual (Sr), yang masing masing dinyatakan
melalui persamaan berikut ini:
St = ∑ (2.5)
Sr = ∑ (2.6)
dengan
Deviasi standar total : Sy = (2.7)
Galat taksiran standar : Sy/x = (2.8)
Koefisien korelasi : r2 = (2.9)
Keterangan:
Xi : Stimulus/rangsangan
Yi : Tanggapan/respon
a : Intersep
b : Slope
e. Linieritas (Linierity)
Linieritas yaitu kemampuan sensor untuk membentuk
hubungan antara output dan input yang diwujudkan dalam
persamaan garis lurus. Linieritas sangat diharapkan karena
segala perhitungan dapat dilakukan dengan mudah jika
sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus.
20
Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran
yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap
masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh,
sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai
dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini,
dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran
dibandingkan dengan masukannya melalui sebuah grafik.
Pendekatan sifat linieritas sensor dapat dilakukan dengan
metode kuadrat terkecil (least square), yaitu dengan cara
menentukan konstanta regresinya. Untuk menentukan slope
(b) dan intersep (a) dapat digunakan persamaan sebagai
berikut:
( )22
2
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑−
−=
ii
iiiii
XXn
YXXXYa
(2.10)
( )22∑ ∑
∑ ∑ ∑
−
−=
ii
iiii
XXn
YXYXnb
(2.11)
dengan
a : Intersep
b : Slope
Xi : Stimulus
Yi : Tanggapan/respon
n : Jumlah data
∑ : Jumlahan dari n.
21
Adapun grafik linier dan nonlinieritas disajikan pada gambar
2.4 berikut ini:
(a) (b)
Gambar 2.4 (a). Grafik linieritas, (b) grafik nonlinieritas9
(Sumber: Measurement and Instrumentation Principles,
Third editions (2001))
II.2.3.2 Sensor HS-133
Sensor HS-133 adalah suatu jenis semikonduktor oksida
logam film tebal yang menawarkan biaya cukup rendah, daya tahan
yang lama, sensitivitas yang bagus terhadap gas (target) yang
disensor dengan menggunakan rangkaian elektronik yang
sederhana. Sensor ini sangat cocok untuk aplikasi dalam mendeteksi
kebocoran gas elpiji, isobutana, propana dan metana.10 Adapun
grafik sensitivitas sensor HS-133 dapat diperlihatkan pada gambar
2.6 di bawah ini:
9 Jacob, Fraden. 2003. Handbook Of Modern Sensor, Third Edition. AIP Press, New York. halaman 21 10 Suprayitno, 2009. Artikel tentang “Perancangan dan Realisasi Alat Pendeteksi Konsentrasi (kandungan) Gas LPG”, Perpustakaan Institut Teknologi Telkom. Bandung.
22
Gambar 2.5 Grafik sensitivitas sensor HS 133 (Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)
a. Struktur dan konfigurasi sensor HS-133
Struktur dan konfigurasi sensor dapat diperlihatkan pada gambar
2.7 berikut ini:
Gambar 2.6 Struktur Bagian dalam Sensor HS 133 (Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)
23
Masing-masing bagian sensor HS 133 tersebut disajikan dalam
tabel 2.1 berikut ini:
Tabel 2.1 Bagian dalam Sensor HS-133 Seri Bagian Material
1 Gas sensing layer SnO2
2 Measurement electrode Au 3 Measurement electrode ignited line Pt 4 Heater Ni-Cr alloy 5 Tubular ceramic basic body Al 2 O3
6 Anti-explosion network 100 dual layer stainless steel (SUS316)
7 Clamp ring materials valcanized Ni 8 Basic seat Bakelite 9 Tube foot materils valcanized Ni
b. Cara Kerja Sensor HS-133
Pencium utama pada rangkaian pendeteksi gas ini adalah
sebuah sensor gas HS-133 yang didalamnya terdapat kawat
pemanas (heater) dari bahan nichrome yang berbentuk miniatur
dengan nilai resistansi nominal 33 Ω, permukaan sensor dilapisi
dengan dioxide (SnO2) yang tahan terhadap panas. HS-133 ini
sangat peka terhadap LPG dan cara kerjanya sederhana.
Jika molekul gas menyentuh permukaan sensor maka
satuan resistansinya akan mengecil sesuai dengan konsentrasi
gas. Sebaliknya, jika konsentrasi gas menurun akan diikuti
dengan semakin tingginya resistansi maka tegangan keluarannya
akan menurun. Dengan demikian perubahan konsentrasi gas
dapat mengubah nilai resistansi sensor dan juga akan
mempengaruhi tegangan keluarannya juga, perbedaan inilah
24
yang dijadikan acuan bagi pendeteksi gas elpiji ini. Rangkaian
pengukuran parameter listrik sensor HS-133 ini dapat
diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini:
Gambar 2.7 Rangkaian pengukuran parameter listrik HS-133
(Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)
Keterangan:
Vc : circuit voltage
Vout : output voltage
RL : load resistance
A : fetch signal A
B : fetch signal B
f : heater
25
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1 Alat dan Bahan
a. Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
• Komputer 1 Unit
• Multitester 1 Buah
• Solder 1 Buah
• Obeng 1 Buah
• Bor 1 Buah
• Wadah pengaduk/pelarut 1 Buah
• ISP Downloader 1 Buah
• Eagle software Versi 5.10
• Code Vision software Versi 2.03
b. Bahan
Sedangkan bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
• Sensor HS-133 1 Buah
• Mikrokontroler Atmega8 1 Buah
• LCD 2x16 Karakter 1 Buah
• Buzzer 12 Volt 1 Buah
26
• PCB Single layer 1 Buah
• Larutan feri chloride
• Adaptor 12 Volt DC 1 Buah
• Tenol 1 Gulung
• Korek gas 1 Buah
• LED merah 3 Buah
• LED kuning 1 Buah
• LED hijau 1 Buah
• Kapasitor 4700 µF 35 Volt 1 Buah
• Kapasitor 470 µF 16 Volt 1 Buah
• Resistor 150 Ω 5 Buah
• Resistor 10.000 Ω 1 Buah
• Resistor 4.300 Ω 1 Buah
• Resistor 330 Ω 1 Buah
• Resistor 47 Ω 1 Buah
• Transistor jenis NPN 1 Buah
• Dioda 1 Buah
• Dioda bridge 1 Buah
III.2 Desain Blok
Gambar 3.1 Desain blok sistem deteksi
27
Keterangan dari masing-masing blok pada gambar 3.1 di atas adalah sebagai
berikut:
a. Blok Sensor
Bagian ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gas elpiji sehingga data
akan dikirimkan ke ADC dan diproses oleh Mikrokontroler. Sensor yang
digunakan untuk mendeteksi adanya gas elpiji ini adalah HS-133.
b. Blok Pengolah
Merupakan blok pusat yang berfungsi untuk mengolah dan memproses
data. Blok ini merupakan blok Mikrokontroler ATmega8 yang didalamnya
sudah terdapat ADC internal.
c. Blok Peringatan
Berfungsi sebagai indikator atau peringatan yang menandakan adanya gas
elpiji yang terdeteksi disekitar sistem.
d. Blok Penampil
Berfungsi untuk menampilkan keadaan aman dan menampilkan
konsentrasi gas jika ada gas elpiji yang terdeteksi.
28
III.3 Prosedur Kerja Penelitian
Prosedur kerja pada penelitian ini dapat diperlihatkan pada diagram alir
pada gambar 3.2 di bawah ini:
Download program ke Mikro
Pengujian Alat
Karakterisasi Sistem Sensor
Desain Skematik & Layout PCB
Pelarutan PCB dengan Feri Chloride
Merangkai dan Soldering
Tes alur rangkaian
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian
III.4 Rangkaian Power Supply Adaptor
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan
rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat
yang digunakan untuk men
PSA dilengkapi dengan
tegangan. Rangkaian
Gambar 3.
III.5 Rangkaian Minimum Mikrokontroler
Rangkaian mikrokontroller AT
mengatur fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,
mikrokontroler digunakan sebagai
(masukan) pada rangkaian sistem kontrol ini
133. Sedangkan output
berupa LCD, dan buzzer
ditunjukkan pada gambar
Power Supply Adaptor (PSA)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supply tegangan ke seluruh
yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat satu keluaran, yaitu
digunakan untuk mensupply tegangan ke seluruh rangkaian.
PSA dilengkapi dengan LED merah sebagai indikator bahwa PSA men
Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supplay Adaptor (PSA)
Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8
Rangkaian mikrokontroller ATmega8 ini merupakan sistem kontrol yang
fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,
mikrokontroler digunakan sebagai sistem kontrol input dan output
(masukan) pada rangkaian sistem kontrol ini dihubungkan dengan sensor
output (keluaran) dihubungkan dengan piranti tampilan
buzzer sebagai peringatan dini. Rangkaian mikrokontroler
ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut ini:
29
tegangan ke seluruh
keluaran, yaitu 5 volt
Rangkaian
merah sebagai indikator bahwa PSA mensupply
berikut ini:
ini merupakan sistem kontrol yang
fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,
output saja. Input
dihubungkan dengan sensor HS-
dengan piranti tampilan
. Rangkaian mikrokontroler
Gambar 3.4 Rangkaian
III.6 Rangkaian Buzzer
Rangkaian alarm pada
menghubungkan sumber tegangan 12
dihubungkan ke mikrokontroler melalui PORTB3.
ini ditunjukkan pada
Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8
Buzzer/Alarm
Rangkaian alarm pada sistem ini berfungsi untuk memutuskan atau
sumber tegangan 12 Volt dengan buzzer. Rangkaian alarm ini
hubungkan ke mikrokontroler melalui PORTB3. Gambar rangkaian
ini ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini:
30
ini berfungsi untuk memutuskan ataupun
Rangkaian alarm ini
Gambar rangkaian alarm
31
Gambar 3.5 Rangkaian buzzer/alarm
III.7 Rangkaian Interface LCD
Rangkaian Interface LCD pada sistem ini berfungsi untuk menampilkan
keadaan gas dan nilai konsentrasi gas terpantau dalam satuan ppm (part per
million) saat terdeteksi adanya gas. LCD yang digunakan pada sistem ini
adalah LCD berukuran 2x16 karakter. Rangkaian interface ini dihubungkan ke
mikrokontroler melalui PORT D, yaitu D0, D1, D2, D4, D5, D6, dan D7.
Gambar rangkaian Interface LCD ini diperlihatkan pada gambar 3.6 berikut
ini:
32
Gambar 3.6 Rangkaian Interface LCD
III.8 Konversi tegangan output menjadi satuan ppm (part per million)
Pada proses pendeteksian LPG, nilai resistansi Rs pada sensor akan
berkurang sesuai dengan nilai konsentrasi LPG yang terdeteksi. Sensor, untuk
melakukan pendeteksian, memerlukan dua tegangan yang sama antara Vh
(untuk heater) dengan Vc (untuk R) yaitu masing-masing sebesar (5,0 ± 0,1)V
seperti diperlihatkan pada gambar 3.7. Cara mengkonversi dari besar tegangan
output VRL ke dalam satuan konsentrasi gas ppm (part per million)
memerlukan nilai referensi R0 sebesar 3000 Ω serta RL sebesar 3000 Ω.
33
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor HS-133
Diketahui saat RS/R0 = 0,9 dengan konsentrasi gas sebesar 2000 ppm.
Nilai RS dapat dihitung menggunakan persamaan yaitu:
RS =
x RL (3.1)
Karena perbandingan RS/R0 berbanding terbalik dengan nilai konsentrasi gas,
maka:
=
(3.2)
Saat RS/R0=0,9, maka
0,9 =
(3.3)
Perhitungan konversi ke satuan konsentrasi ppm dilakukan dengan cara:
Jika,
(3.4)
34
Dengan memasukkan persamaan 3.1 ke dalam persamaan 3.4, diperoleh:
(3.5)
Berdasarkan persamaan 3.2 dan persamaan 3.3, maka:
,
(3.6)
III.9 Langkah Pengujian Sistem Deteksi Gas Elpiji
Adapun langkah pengujian sistem deteksi adalah sebagai berikut:
1. Sistem dihubungkan dengan arus listrik sampai lampu indikator hijau
menyala.
2. Setelah sistem standby selama ± 5 detik, diukur tegangan awal sensor saat
sebelum terdeteksi adanya gas.
3. Diberikan rangsangan gas terhadap sensor kemudian mencatat tegangan
sensor dan konsentrasi gas yang terpantau pada tampilan LCD. Langkah
ini dilakukan pada suatu wadah tertutup, supaya memudahkan dalam
penambahan konsentrasi gas.
4. Jumlah konsentrasi gas ditambahkan dan mencatat nilai yang terpantau
dalam tampilan LCD.
5. Langkah tersebut diatas diulangi untuk mendapatkan beberapa data yang
dibutuhkan.
35
III.10 Cara kerja sistem
Cara kerja sistem peringatan dini ini dapat dilihat melalui diagram alir pada
gambar 3.8 di bawah ini:
Diagram Alir Cara Kerja Sistem Detektor Kebocoran Tabung Gas
Tampilkan “Detektor Gas”
Oleh: Furqonudin
• LED Merah Nyala Kedip
• Hidupkan Buzzer • Tampilkan
“Awas Bahaya Gas” Kadar: ... PPM
Mulai
Inisialisasi Port
LED Indikator Hijau Menyala
Apakah ada Bau Gas?
Gas Terdeteksi > 3 detik?
• LED Kuning Nyala Kedip
• Buzzer OFF • Tampilkan
“Waspada” Kadar: … PPM
Gambar 3.8 Diagram alir cara kerja sistem peringatan dini kebocoran gas
36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Penelitian
IV.1.1 Pengujian Deteksi Stimulus Pada Hasil Perancangan Sistem Sensor
Pengujian deteksi stimulus pada sistem sensor dilakukan dengan
cara menguji keseluruhan sistem sensor yang dirancang sesuai dengan
gambar 3.1. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan rangsangan
gas elpiji di dekat sensor. Hal ini dilakukan dalam suatu ruang tertutup
sebagaimana diperlihatkan pada lampiran 3. Melalui hasil penelitian
yang diperoleh, bahwa sistem yang dibuat telah dapat mendeteksi gas
elpiji dan mampu menampilkan konsentrasi gas yang terpantau
melalui LCD disertai tanda peringatan berupa LED dan buzzer, seperti
disajikan pada gambar 4.1 berikut ini:
Gambar 4.1 Tampilan sistem saat mendeteksi gas elpiji
37
Data hasil pengujian deteksi stimulus pada hasil perancangan sistem
sensor diperlihatkan pada tabel 4.1 berikut ini:
Tabel 4.1 Data pengujian jarak deteksi (cm) terhadap konsentrasi gas elpiji (ppm)
No Jarak deteksi (cm) Konsentrasi Gas (ppm) 1 0 19865 2 1 19800 3 2 19450 4 3 19000 5 4 18000 6 5 17000 7 6 16500 8 7 16000 9 8 15000 10 9 14500 11 10 14000 12 12 12700 13 15 11500 14 20 9350 15 25 7000 16 30 4950 17 35 3682 18 40 2561 19 45 1000 20 50 115
Berdasarkan tabel 4.1 di atas, maka dapat dibuat grafiknya sebagai berikut:
Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak deteksi (cm) terhadap konsentrasi
gas elpiji (ppm)
38
Melalui grafik pada gambar 4.2 di atas, dapat dilihat bahwa grafik
yang terbentuk berbanding terbalik antara jarak sensor terhadap gas
elpiji yang terdeteksi. Semakin dekat sistem sensor terhadap
rangsangan, maka semakin tinggi konsentrasi yang terdeteksi.
Sebaliknya, semakin jauh sistem terhadap rangsangan, maka semakin
kecil pula konsentrasi yang terdeteksi oleh sistem sensor. Hal ini
menunjukkan bahwa sistem sensor ini lebih sensiti apabila didekatkan
dengan sumber rangsangan.
IV.1.2 Karakterisasi Sistem Sensor
Setelah sistem yang dibuat sudah dapat digunakan untuk
mendeteksi gas elpiji, tahapan selanjutnya adalah menentukan
kerakteristik sistem sensor. Karakterisasi sistem sensor dapat
dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara tegangan sensor
(Volt) terhadap konsentrasi gas (ppm). Hasil akuisisi data dalam
penelitian ini ditampilkan pada tabel 4.2 berikut ini:
Tabel 4.2 Output tegangan sensor (V) dan konsentrasi gas (ppm)
No Konsentrasi Gas
(ppm) Tegangan Output Sensor (V) Pengujian 1 Pengujian 2
1 0 0.60 0.60 2 122 0.80 0.80 3 245 1.00 0.90 4 312 1.10 1.10 5 1037 1.40 1.30 6 1524 1.60 1.60 7 2021 1.80 1.80 8 2881 2.00 2.00 9 5161 2.50 2.50 10 5968 2.56 2.60
39
11 6694 2.60 2.65 12 7903 2.67 2.75 13 9032 2.75 2.80 14 10000 2.80 2.80 15 12619 2.85 2.86 16 14048 2.88 2.90 17 15238 2.91 2.92 18 16190 2.93 2.93 19 18095 2.97 2.94 20 20000 3.01 3.00
Berdasarkan tabel 4.2 di atas maka grafik hubungan tegangan (V)
dengan konsentrasi gas (ppm) dapat ditunjukkan pada gambar 4.3
berikut:
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tegangan sensor (V) terhadap Konsentasi
Gas (ppm)
40
Berdasarkan grafik hubungan tegangan output sensor (V) terhadap
konsentrasi gas (ppm) pada gambar 4.3 di atas, dapat ditentukan beberapa
variabel karakteristik sistem sensor sebagai berikut:
a. Sensitivitas sistem sensor
Penentuan sensitivitas sistem sensor dilakukan dengan
menggunakan pendekatan linier. Metode yang digunakan dalam
penentuan sensitivitas ini adalah metode kuadrat terkecil (Least
square). Sensitivitas sistem sensor dapat dicari dengan menggunakan
persamaan 2.11.
( )22∑ ∑
∑ ∑ ∑
−
−=
ii
iiii
XXn
YXYXnb
dengan:
b : slope
Xi : stimulus
Yi : tanggapan/respon
n : jumlah data
∑ : jumlahan dari n.
Dengan memasukkan data-data hasil penelitian pada tabel 4.2
kedalam persamaan di atas, diperoleh konstanta slope sebesar
0,000107, sehingga sensitivitas dari sistem sensor ini adalah sebesar
0,000107 Volt/ppm.
41
Galat taksiran standar diperoleh dengan persamaan:
Sy/x = (4.1)
dengan
Sr = ∑ (4.2)
Keterangan:
Sy/x : galat taksiran standar
Sr : jumlah kuadrat residual
n : jumlah data
Xi : stimulus
Yi : tanggapan/respon
a : intersep
b : slope
Nilai a (intersep) diperoleh dengan menggunakan persamaan:
( )22
2
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑
−
−=
ii
iiiii
XXn
YXXXYa
(4.3)
Dengan memasukkan data eksperimen pada tabel 4.2 ke dalam
persamaan 4.3 diperoleh nilai a (Intersep) sebesar: 1,385277 dan Sr
(jumlah kuadrat residual) adalah sebesar: 3,165191.
sehingga galat taksiran standarnya adalah:
Sy/x =
42
= 3,165191
= 0,419338
b. Repeatabilitas
Penentuan repeatabilitas dapat diperoleh dengan membaca grafik
yang terbentuk dari pengulangan proses analisis data pada waktu yang
berbeda. Besarnya error repeatability dapat diperoleh dengan
menggunakan persamaan berikut:
%100xFS
∆=δ (4.4)
dengan:
δ : error repeatability
∆ : nilai maximum – nilai mininimum
FS : full scale
dengan demikian dapat ditentukan besarnya error repeatability yaitu:
%100xFS
∆=δ
%10020000
79039032x
−=δ
%10005645,0 x=δ
%645,5=δ
sehingga secara lengkap hasil karakterisasi sistem sensor yang telah
dihasilkan dari penelitian ini disajikan pada gambar 4.4 berikut ini:
43
Gambar 4.4 Grafik hasil karakterisasi sistem sensor
IV.2 Pembahasan
Rangkaian penguat instrumentasi dibangun dengan menambahkan
komponen transistor jenis NPN (Negative Positive Negative) pada rangkaian
sensor. Fungsi dari penambahan komponen ini adalah sebagai penguat
tegangan, arus kecil yang memasuki basis pada emiter dikuatkan dan
dikeluarkan melalui kolektor. Selain menambahkan transistor jenis NPN,
rangkaian sensor juga ditambahkan resistor dengan nilai 330 Ω, namun pada
saat sistem telah jadi dan dinyatakan telah berhasil dilakukan pengujian,
sistem mengalami reset (nilai yang terdeteksi selalu kembali kembali ke titik
semula) meskipun telah ditambahkan kadar konsentrasi gasnya. Resistor
sebesar 4700 Ω ditambahkan kembali dalam rangkaian sensor, hal ini
dimaksudkan untuk menyesuaikan arus listrik yang melalui rangkaian sensor
44
dan mengendalikan nilai tegangan listriknya. Dalam penelitian ini tegangan
offset diatasi dengan perangkat lunak atau program yang diisikan ke dalam
mikrokontroller sehingga tampilan yang muncul pada layar LCD sesuai
dengan konsentrasi gas yang terpantau.
Tegangan analog yang masuk, diolah melalui ADC internal yang ada
dalam mikrokontroler ATmega8 yang kemudian dikonversi menjadi tegangan
digital 8 bit. Mikrokontroler menyimpan data untuk sementara pada alamat
tertentu untuk ditampilkan ke interface LCD. Proses penampilan data ke LCD
diawali dengan proses inisialisasi LCD. Inisialisasi LCD diperlukan untuk
menentukan modus kerja dari LCD. Kerja dari LCD dikendalikan oleh
mikrokontroller dengan mengirimkan instruksi-instruksi ke pin kontrol dari
LCD. Data dari mikrokontroller dikirimkan ke LCD melalui PORTD.
Pengujian deteksi stimulus pada sistem sensor dilakukan dengan
mendekatkan sensor pada sumber gas. Adapun sumber yang digunakan untuk
pengujian ini adalah korek gas, karena kandungan yang terdapat pada korek
tersebut menggunakan hidrokarbon cair seperti n-butana, isobutana, dan
propana yang mempunyai tekanan pada 24ºC melebihi 104 kPa.1 Penggunaan
korek gas ini sudah cukup untuk melakukan pengujian deteksi stimulus pada
sistem sensor agar dapat mendeteksi gas elpiji. Namun karena keterbatasan
kadar gas dan perubahan konsentrasi yang fluktuatif, sehingga hasil yang
diperoleh kurang maksimal. Sumber gas tersebut dapat menghasilkan
jangkauan pengukuran sampai dengan 20.000 ppm seperti yang telah
1 SNI 19-7120-2005 - ICS 13.120 Halaman 1
45
diperlihatkan pada gambar 4.4. Nilai ini masih berada di bawah jangkauan
referensi yaitu sebesar 30.000 ppm.
Berdasarkan hasil akuisisi data penelitian ternyata diperoleh grafik yang
tidak linier, hal ini sudah sesuai dengan referensi (lihat lampiran 6 hal. 67).
Hasil karakterisasi sistem sensor yang telah dirancang dalam penelitian ini
menghasilkan beberapa karakteristik seperti ditunjukkan pada tabel 4.3 berikut
ini:
Tabel 4.3 Karakteristik sistem sensor HS-133
No Karakteristik Nilai terukur
1 Sensitivitas 0,000107 Volt/ppm
2 Error repeatability 5,645%
3 Jangkauan pengukuran 20.000 ppm
4 Zero of set 0,6 Volt
5 Galat taksiran standar 0,419338
Berdasarkan tabel 4.3 dapat dilihat bahwa nilai sensitivitas sistem sensor
adalah sebesar 0,000107 Volt/ppm.. Hal ini menunjukkan bahwa setiap
kanaikan konsentrasi gas sebesar 1 ppm, menghasilkan tegangan output pada
sistem sebesar 0,000107 Volt. Nilai sensitivitas ini cukup kecil, dengan galat
taksiran standar cukup besar, yaitu sebesar 0,419338. Hal ini dikarenakan
perhitungan sensitivitas dilakukan dengan menggunakan metode Least
Square, sedangkan grafik yang terbentuk dari hasil akuisisi data pada
penelitian ini tidak linier. Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa
penggunaan metode least square kurang tepat untuk menganalisis hasil
akuisisi data pada penelitian ini.
46
Melalui pengukuran berulang terhadap sistem sensor ini menghasilkan
nilai pengukuran yang hampir sama dengan error repeatability sebesar
5,645%. Persentase ini cukup kecil (<10%), sehingga sistem ini dapat
digunakan berulang (repeatability). Dengan sifat yang dimiliki ini, sistem
akan secara otomatis kembali dalam keadaan normal ketika sudah tidak
terdeteksi adanya gas lagi. Pada saat kondisi normal tanpa adanya gas, suhu
heater sensor adalah kurang dari 20o C namun pada saat sensor mendeteksi
adanya gas, sensor memanas.
47
BAB V
KESIMPULAN
V.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah diberikan pada
bab sebelumnya, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:
1. Telah berhasil dibuat seperangkat sistem peringatan dini kebocoran gas
elpiji dengan menggunakan sensor HS-133 yang mampu mendeteksi
sekaligus menampilkan nilai konsentrasi gas elpiji yang terdeteksi dalam
satuan ppm.
2. Dari hasil karakterisasi terhadap sistem sensor pada penelitian ini
diperoleh beberapa variabel karakteristik antara lain: nilai sensitivitas
sebesar 0,000107 Volt/ppm dan galat taksiran standar sebesar 0,419338,
error repeatability sebesar 5,645%, jangkauan pengukuran sampai dengan
20.000 ppm, dan Zero of Set sebesar 0,6 Volt.
V.2 Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh disadari bahwa sistem
deteksi kebocoran gas LPG yang telah dibuat memiliki beberapa kekurangan.
Oleh sebab itu, untuk mengembangkannya menjadi alat yang akurat dan
presisi disarankan untuk dilakukan beberapa hal sebagai berikut:
48
1. Sebaiknya hasil pengukuran konsentrasi gas LPG dibandingkan dengan
alat ukur yang sudah terkalibrasi agar sistem sensor ini dapat digunakan
sebagai alat ukur konsentrasi LPG.
2. Agar diperoleh hasil karakterisasi sistem sensor yang baik, sebaiknya
menggunakan sumber gas yang memiliki konsentrasi di atas 30.000 ppm
dan perubaha konsentrasinya tidak fluktuatif.
3. Disarankan untuk menambahkan sistem informasi kebocoran gas melalui
sms agar kondisi gas dapat selalu terpantau secara real time.
49
DAFTAR PUSTAKA
Agus Bejo. 2008. ”C & AVR” Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam
Mikrokontroler ATMEGA8. Yogyakarta: Graha Ilmu.
Akbar, T.H. 2008. Pendeteksi Kebocoran Tabung Gas Dengan Menggunakan
Sensor Gas Figarro TGS 2610 Berbasis Mikrokontroler AT89S52. Jurusan
Sistem Komputer Universitas Gunadharma, Depok.
Atmoko, P.T. 2006. Sistem Pendeteksi Gas Elpiji. Skripsi Fakultas Teknik
UNNES, Semarang.
Chandra,F. 2010. Jago Elektronika, Rangkaian Sistem Otomatis. Surabaya:
Kawan Pustaka.
Firmansyah, M. dkk. __. Rancang Bangun Pendeteksi dan Penanggulangan
Kebocoran Gas LPG Berbasis Mikrokontroler (Perangkat Lunak). Jurusan
Teknik Elektro Industri ITS, Surabaya.
Fraden, J. 2003. Handbook of Modern Sensors physics, designs, and aplications.
Sandiego, California: AIP Press.
Hermansyah, R.Y. 2006. Sistem Pemantau Keadaan Rumah dan Kantor dari
Bahaya Kebakaran dan Penyusup. Skripsi Jurusan Fisika Elekronika dan
instrumentasi FMIPA-UGM, Yogyakarta.
Herminawan, Fito Wigunanto. 2009. Prototype Sistem Peringatan Dini
Kebocoran Liquified Petroleum Gas Menggunakan Sensor Gas TGS 2610.
Skripsi Jurusan Fisika Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM.
Yogyakarta.
50
Hutabarat, M.T, dkk. 2010. Sistem Mikroprocesor. Bandung: Laboratorium Dasar
Teknik Elektro ITB.
Morris, A.S. 2001. Measurement and Instrumentation Principles, Third editions.
Britain: Plant A Tree.
Setiawan, I. 2009. Buku Ajar Sensor dan Transduser. Semarang: Program Studi
Sistem Komputer UNDIP.
Suprayitno. 2009. Artikel tentang “Perancangan dan Realisasi Alat Pendeteksi
Konsentrasi (kandungan) Gas LPG”, Perpustakaan Institut Teknologi
Telkom, Bandung.
Ito Sumardi, www.hukumonline.com [diakses pada tanggal 15 October 2010, jam
11:42:44 WIB]
PT. Pertamina. Buku Pintar Petunjuk Aman Penggunaan Elpiji 3 Kg Pertamina
PT. Aptogaz Indonesia. Www.aptogaz.com [diakses pada tanggal 18 Januari 2011,
jam 10:02:10 WIB]
SNI 19-7120-2005 - ICS 13.120. Keselamatan Korek Api Gas
Www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2486.pdf (Data Sheet
ATMEL Atmega8 No seri: 2486V-AVR-05/09)
Www.Material.Itb.ac.Id/MTM/eminex 2004/ eminex-200 [diakses pada tanggal 22
July 2010, jam12:23:30 WIB]
Www.digitdude.com/2010/10/minimum-system-atmega8skematic-pcb.html
[diakses pada tanggal10 November 2010, jam 22.23 WIB]
Www.labdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL2140/0809/modul%20baru/Apendiks.pdf
[diakses pada tanggal 24 Desember 2010, jam 15:25 WIB]