Bab 2. Tinjauan Pustaka
3.2 Perancangan Rangkaian Minimum Sistem
Ukuran sensor ini tergolong sedang, sehingga mudah dalam pengaturan tata letak sensor adalah komponen elektronika untuk mendeteksi kadar gas hidrokarbon seperti iso butana (C4H10 / isobutane), propana (C3H8 / propane), metana (CH4 / methane), etanol (ethanol alcohol, CH3CH2OH), hidrogen (H2/ hydrogen), asap (smoke), dan LPG (liquid petroleum gas).
Dibawah ini adalah gambar dimensi dan struktur sensor MQ-2:
Gambar 3.3 Struktur Sensor MQ-2
3.3 Perancang Rangkaian Keseluruhan
Pada rangkaian ini menggambarkan keseluruhan program yang dirancang dari sensor MQ-2, Arduino Uno dan LCD. Dari gambar dibawah menjelaskan bahwa rangkaian yang dibuat menggunakan arduino uno, sensor MQ-2 dan LCD. Arduino uno sebagai papan board yang merupakan pemograman dari alat ini, MQ-2 sebagai sensor yang dapat menjadi pengirimsinyal dan penerima sinyal, Liquid Crystal Display (LCD) berfungsi menampilkan data yang dikirim oleh Arduini uno.
Gambar 3.4 Rangkaian Skematik Keseluruhan
3.4 Diagram Alir (Flowchart) Alat Ukur
Gambar 3.5 Flowchart Sensor
START
INISIALISASI
PROSES DATA READ SENSOR
MQ-2
TAMPIL LCD
SELESAI
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA RANGKAIAN
Pada bab ini dilakukan pengujian dan pembahasan mengenai hasil realisasi datadetektor dan hasil pengujian. Dilakukan pengujian:
Tempat : Desa Sempat Arih, Sei Semayang Tanggal : 9 Juli 2019
Pukul : 11.00 – 12.30 WIB Sampel : Asap Pembakaran kertas
4.1 Data Pengujian dan Pembahasan Sensor Gas
Pengujian dilakukan dengan cara mengambil data gas karbon dioksida (CO2) dengan sampel dari asap kertas yang dibakar. Alat ukur kadar gas karbon dioksida (CO2) memiliki spesifikasi yang sederhana dan mudah di bawa. Pengujian dilakukan untuk mengetahui nilai kadar gas karbon dioksida yang terkandung di udara pada daerah tersebut akibat dari pembakaran sampah seperti kertas. Satuan hasil dari nilai pengujian karbon dioksida (CO2) adalah Part Per Million (PPM). Batas maksimum dari alat ukur karbon dioksida (CO2) adalah 1.000 PPM (Part Per Million).
Tabel 4.1 Data Pengujian
NO Waktu Pengujian Hasil (%) Hasil (PPM)
1 12 detik 5 % 620
2 14 detik 4 % 440
3 16 detik 4 % 429
4 18 detik 5 % 227
5 20 detik 4 % 373
Berdasarkan hasil pengujian gas karbon dioksida (CO2) didapatkan hasil pada table diatas, pada waktu pengujian dilakukan dalam waktu selisih 2 detik dimulai yang dari 12 detik. Hal ini dilakukan untuk menstabilkan pemanasan dari sensor. Pada hasil persen (%) nilai tidak menetap tetapi naik dan turun serta pada hasil ppm (part
per million) menunjukan hasilnyab tidak stabil tidak mempengaruhi nilai pada persenannya tinggi tetapi dipengaruhi dari jumlah kadar asapnya.
4.2 Perancangan Software
Program Arduino UNO Tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloadder yang akan menangani upload program dari komputer. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, Sehingga pengguna laptop yang tidak memiliki port serial / RS323 bisa menggunakannya. Memiliki modul siap pakai ( shield ) yang bisa ditancapkan pada board arduino. Di bawah ini merupakan program rangkaian hasil dari Arduino uno untuk di tampilan di LCD (Liquid Crystal Display).
4.3 Spesifikasi Sensor MQ-2
Sensor gas dengan kode MQ-2 terdiri dari 2 bagian, yaitu sensor elektrokimia dan sebuah pemanas (internal heater) didalamnya. Sensor ini dapat mendeteksi berbagai tipe gas, dan akan lebih sensitif untuk jenis gas tertentu, tergantung jenis sensor yang terpasang. Semua sensor gas tipe ini harus dikalibrasi dengan mengukuur pada udara/ gas yang telah diketahui. Keluaran sensor ini berupa data analog yang dapat dibaca oleh pin-pin Analog Arduino. Jika Anda hendak menggunakan salah satu jenis sensor MQ ini, maka pertama, cobalah untuk membuka datasheet yang kami lampirkan pada setiap produk. Mengapa ini penting?
Karena ini berhubungan dengan bagaimana sensor ini diaktifkan, dan bagaimana korelasi data keluaran dengan besaran gas yang akan Anda ukur.
Berhati-hatilah saat menghubungkannya, karena jika salah, maka sensor akan mempengaruhi keluaran sensor, atau bahkan bisa rusak seketika. Perhatikan kembali datasheet dan cara menghubungkannya dengan mikrokontroler Arduino.Yang terpenting kedua adalah mengenai tegangan untuk mensuply internal heater.
Sebagian sensor memerlukan tegangan 5V terus menerus untuk memanaskan heaternya, sebagian lagi memerlukan 2V, dan yang sebagian lagi memerlukan tegangan 5V dan 1.4V secara bergantian. Tegangan 2V dan 1.4V bisa didapat dengan menggunakan analogWrite pada pin PWM Arduino.
Namun perlu diperhatikan pula (di datasheet) jumlah arus yang diperlukan untuk pemanasan tersebut. Jika lebih besar dari 40mA, maka sebaiknya menggunakan mosfet atau switching transistor, karena jika memaksakan menggunakan Arduino maka akan kelebihan beban, dan bisa membuat Arduino Anda overheating. Sensor yang menggunakan tegangan 5V untuk supply internal heaternya, biasanya sangat cepat untuk mencapai 50-60 derajat celcius. Setelah
"burn-in-time" , internal heater umumnya memerlukan waktu 3 menit untuk mencapai pembacaan yang stabil (contohnya pada MQ-2). Beberapa datasheet menggunakan istilah "preheat", atau sebuah prasyarat untuk membuat pembacaan sensor lebih stabil. "burn-in-time" atau "preheat" biasanya dalam 12 hingga 48 jam.
Lihat kembali datasheet untuk sensor yang bersangkutan.
4.3.1 Karateristik dan Manfaat sensor Asap MQ-2
Sensor Asap MQ-2 dengan Arduino di gunakan sebagai sensor deteksi Alkohol, H2, LPG, CH4, CO, Asap, dan Propane, Sensor ini sangant cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain. Sensor adalah komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaranfisikmenjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.Sensor merupakan bagain dari transduser yang berfungsi untuk melakukakan sensing atau merasakan dan menangkap‖ adanya perubahan energy eksternal yang akan masuk ke bagian input dari tranduser, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transduser untuk dirubah menjadi energi listrik. (Rusmandi Dedy, 2001, Mengenal Elektronika, Hal: 143).
Sensor MQ-2 adalah salah satu sensor yang sensitif terhadap asap rokok.
Bahan utama sensor ini adalah SnO2dengan konduktifitas rendah pada udara bersih.
Jika terdapat kebocoran gas konduktifitas sensor menjadi lebih tinggi. setiap kenaikan konsentrasi gas maka konduktifitas sensor juga naik. MQ-2 sensitif terhadap gas LPG, Propana, Hidrogen, Karbon Monoksida, Metana danAlkohol serta gas mudah terbakar diudara lainnya.Sensor MQ-2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber. Catu daya yang dibutuhkan pada sensor MQ-2 adalah Vc <4VDC dan VH= 5V ±0.2V tegangan AC atau DC. Sensor gas dan asap ini mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari 20 sampai 50 ° C dan mengkonsumsi kurang dari 150 mA pada 5V. Dibawah ini merupakan gambar konstruksi sensor MQ-2.
Gambar 4.1. Konstruksi sensor MQ-2
4.3.2 Konfigurasi Sensor MQ-2
Sensor MQ2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH danVC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater)internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog.
Berikut konfigurasi dari sensor MQ-2 :
1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc< 24 VDC.
3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal)dimana VH= 5VDC.
4. Pin 4 merupakanoutput yang akan menghasilkan tegangan analog.
Kelebihan alat ini menggunakan sensor MQ-2
1. Sangat sensitive untuk gas LPG, propane, dan gas hydrogen.
2. Umurnya yang panjang dengan harga yang setandart murah.
3. Rangkaiannya yang sangat simple.
Kekurangan alat ini menggunakan sensor MQ-2
1. Kurang sensitive mendeteksi gas dengan jarak yang cukup luas.
4.4 Pengujian Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD) 16x2
Pengetesan ini bertujuan untuk mengetahui LCD tersebut dapat berfungsi menampilkan pesan-pesan sesuai dengan proses yang dibuat.
Listing program pengetesan LCD :
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
// Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup() {
lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.print("Hello, world!");
}
void loop() {
}
Program diatas dapat di compile dengan C-Compiler CodeVision AVR. Dengan tertampilnya teks yang dibuat tersebut dapat dikatakan LCD bekerja dengan baik.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas mengenai intisari penelitian yang dapat diambil dari kesimpulannya dan juga membahas mengenai saran-saran yang dianjurkan untuk pengembangan lebih lanjut.
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan alat ukur karbon dioksida (CO2) di udara menggunakan sensor gas MQ-2 berbasis Mikrokontroler Arduino Uno.
1. Kadar karbon dioksida dapat diketahui melalui keluaran sensor MQ-2 berupa nilai penayangan ditampilan pada LCD.
2. Cara kerja Alat ukur karbon dioksida adalah menampilkan jumlah kadar dari karbon dioksida dalam nilai persen dan part per million (PPM)
3. Batas maksimum pada alat ukur karbon dioksida (CO2) hanya sampai 1.000 PPM (Part Per Million).
5.2 Saran
Beberapa saran guna pengembangan alat ukur karbon dioksida (CO2) lebih lanjut sebagai berikut :
1. Alat ukur kadar karbon dioksida ini dapat dikembangkan dan dijadikan sebagai detector dari metana, propane, alkohol, karbon dan hidrogen sesuai dengan datasheetsensor.
2. Alat pendeteksi kebocoran gas ini juga dapat dikembangkan menggunakan SMS Gateway yang dapat member informasi atau status keadaan kadar PPM melalui SMS.
3. Pengembangan perangkat sistem pendeteksi kadar karbon dioksida ini dapat ditambahkan beberapa perangkat tambahan seperti batrai bila terjadinya pemadaman listrikmaka otomatis beralih ke batrai sebagai tegangan yang dibutuhkan.
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto Eko Putra, Teknik antar muka computer : konsep & aplikasi, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta, 2002
Budiharto, Widodo. 2005. Panduan Lengkap Belajar Mikrokontroler Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler.PT Elex media Komputindo, Jakarta.
Charles L. Philips, Royce D. Harbor, Sistem Kontrol, Penerbit PT Prenhallindo, Jakarta,
Malvino,Albert Paul, 2003, Prinsip - prinsip Elektronika Jilid 1, Edisi Pertama, Jakarta : Salemba Teknika.
Rusmandi Dedy, 2001, Mengenal Elektronika, Hal: 143.Edisi pertama, Yokyakarta:
Salemba Teknik
Suhata, ST, VB Sebagai Pusat Kendali Peralatan Elektronik, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta, 2005.
http://innovativeelectronics.com.
Diakses pada : 10 Juli 2019
http://biologyeastborneo.com/wp-content/uploads/2011/09/Indeks-KualitasUdara.ppt Diakses pada : 10Juli 2019
http://sir.stikom.edu/569/5/BAB%20II.pdf.
Diakses pada 10 Juli 2019
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/ZainalArifin,Dr.M.T/BukuPPK.dc Diakses pada : 10Juli 2019
https://www.gurupendidikan.co.id/pengertian-karbon-dioksida/
Diakses pada : 10 Juli 2019
Sensitive material of MQ-2 gas sensor is SnO2, which with lower conductivity in clean air. When the target combustible gas exist, The sensor’s conductivity is more higher along with the gas concentration rising. Please use simple electrocircuit, Convert change of conductivity to correspond output signal of gas concentration.
MQ-2 gas sensor has high sensitity to LPG, Propane and Hydrogen, also could be used to Methane and other combustible steam, it is with low cost and suitable for different application.
Character Configuration
The above is basic test circuit of the sensor.
The sensor need to be put 2 voltage, heater voltage（VH） and test voltage（VC）.
VH used to supply certified working temperature to the sensor, while VC used to detect voltage (VRL) on load resistance
（RL）whom is in series with sensor. The sensor has light polarity, Vc need DC power. VC and VH could use same power circuit with precondition to assure
performance of sensor. In order to make the sensor with better performance, Detection Gas Combustible gas and smoke
Concentration 300-10000ppm
( Combustible gas)
Loop Voltage Vc ≤24V DC
Heater Voltage VH 5.0V±0.2V ACorDC Circuit
Sensitivity Characteristics Influence of Temperature/Humidity
Fig.1 shows the typical sensitivity characteristics of Fig.2 shows the typical temperature and humidity the MQ-2, ordinate means resistance ratio of the sensor characteristics. Ordinate means resistance ratio (Rs/Ro), abscissa is concentration of gases. Rs means of the sensor (Rs/Ro), Rs means resistance of sensor resistance in different gases, Ro means resistance of in 1000ppm Butane under different tem. and humidity.
sensor in 1000ppm Hyrogen. All test are under standard Ro means resistance of the sensor in environment of
test conditions. 1000ppm Methane, 20℃/65%RH
Structure and configuration
Structure and configuration of MQ-2 gas sensor is shown as Fig. 3, sensor composed by micro AL2O3 ceramic tube, Tin Dioxide (SnO2) sensitive layer, measuring electrode and heater are fixed into a crust made by plastic and stainless steel net. The heater provides necessary work conditions for work of sensitive components. The enveloped MQ-2 have 6 pin, 4 of them are used to fetch signals, and other 2 are used for providing heating current.
Fig1
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9
-20 -10 0 10 20 30 40 50 ℃
Rs/R0
60%RH 30%RH 85%RH Fig2
1 Following conditions must be prohibited
1.1 Exposed to organic silicon steam
Organic silicon steam cause sensors invalid, sensors must be avoid exposing to silicon bond, fixature, silicon latex, putty or plastic contain silicon environment
1.2 High Corrosive gas
If the sensors exposed to high concentration corrosive gas (such as H2Sz, SOX，Cl2，HCl etc), it will not only result in corrosion of sensors structure, also it cause sincere sensitivity attenuation.
1.3 Alkali, Alkali metals salt, halogen pollution
The sensors performance will be changed badly if sensors be sprayed polluted by alkali metals salt especially brine, or be exposed to halogen such as fluorin.
1.4 Touch water
Sensitivity of the sensors will be reduced when spattered or dipped in water.
1.5 Freezing
Do avoid icing on sensor’surface, otherwise sensor would lose sensitivity.
1.6 Applied voltage higher
Applied voltage on sensor should not be higher than stipulated value, otherwise it cause down-line or heater damaged, and bring on sensors’ sensitivity characteristic changed badly.
1.7 Voltage on wrong pins
For 6 pins sensor, if apply voltage on 1、3 pins or 4、6 pins, it will make lead broken, and without signal when apply on 2、4 pins 2 Following conditions must be avoided
2.1 Water Condensation
Indoor conditions, slight water condensation will effect sensors performance lightly. However, if water condensation on sensors surface and keep a certain period, sensor’ sensitivity will be decreased.
2.2 Used in high gas concentration
No matter the sensor is electrified or not, if long time placed in high gas concentration, if will affect sensors characteristic.
2.3 Long time storage
The sensors resistance produce reversible drift if it’s stored for long time without electrify, this drift is related with storage conditions. Sensors should be stored in airproof without silicon gel bag with clean air.
For the sensors with long time storage but no electrify, they need long aging time for stbility before using.
2.4 Long time exposed to adverse environment
No matter the sensors electrified or not, if exposed to adverse environment for long time, such as high humidity, high temperature, or high pollution etc, it will effect the sensors performance badly.
2.5 Vibration
Continual vibration will result in sensors down-lead response then repture. In transportation or assembling line, pneumatic screwdriver/ultrasonic welding machine can lead this vibration.
2.6 Concussion
If sensors meet strong concussion, it may lead its lead wire disconnected.
2.7 Usage
For sensor, handmade welding is optimal way. If use wave crest welding should meet the following conditions:
2.7.1 Soldering flux: Rosin soldering flux contains least chlorine 2.7.2 Speed: 1-2 Meter/ Minute
2.7.3 Warm-up temperature：100±20℃
2.7.4 Welding temperature：250±10℃