Universitas Indo Global Mandiri
Palembang, Indonesia [email protected]
Abstrak—Akibat pencemaran ruangan adalah hambatan dalam berkarya dan terganggunya aktivitas bekerja. Penumpukan dan pengolahan sampah yang tidak baik, berdampak negatif terhadap lingkungan dan mengurangi ekstetika. Secara relatif, orang mengalami ketakutan untuk berkontaminasi langsung dengan kotak sampah, saat akan membuang sampah. Solusinya adalah otomatisasi kotak sampah, sehingga orang yang ingin membuang sampah tidak terkontaminasi langsung dengan kotak sampah tersebut. Otomatisasi kotak sampah bermikrokontroller dilengkapi dengan alarm sebagai penanda bahwa kapasitas kotak sampah sudah penuh.
Kata kunci :sampah, mikrokontoler
I. PENDAHULUAN
Limbah yang menumpuk dan tidak terolah dengan baik, berdampak negatif terhadap lingkungan dan mengurangi ekstetika Permasalahan kebersihan pada lingkungan harus mendapat perhatian khusus dari semua pihak seperti kebersihan lingkungan sekolah, kantor dan rumah yang harus dijadikan motivasi bagi semua masyarakat untuk meningkatkan kepedulian terhadap kebersihan lingkungan. Ada dua jenis sampah berdasarkan sifatnya yaitu sampah organik dan sampah anorganik. Sampah organik meliputi limbah padat semi basah berupa bahan-bahan organik yang umumnya berasal dari limbah hasil pertanian. Sedangkan sampah anorganik berupa sampah padat yang cukup kering dan sulit terurai oleh mikro organisme karena memiliki rantai karbon yang panjang dan kompleks seperti kaca, besi, plastik, dan lain-lain.
Pembuangan sampah yang tidak terkontrol merupakan tempat bagi beberapa organisme dan menarik berbagai binatang seperti lalat bisa menjangkitkan penyakit. Bahaya kesehatan yang ditimbulkan adalah terjangkitnya penyakit diare, kolera, tifus menyebar dengan cepat karena virus yang berasal dari sampah akibat pengelolaannya kurang memadai. Dampaknya akan membentuk lingkungan atau ruangan yang kurang menyenangkan bagi masyarakat, bau yang tidak sedap dan pemandangan ruangan yang kumuh karena sampah berserakan dimana-mana. Masalahnya kebanyakan orang takut terkontaminasi langsung dengan kotoran yang ada ditempat sampah pada saat akan membuang sampah dan keterlambatan petugas kebersihan menanggulangi tempat sampah yang sudah penuh berdampak buruk bagi lingkungan. Sampah plastik dan sampah kertas di Indonesia, menurut data statistik persampahan jenis sampah plastik menduduki
peringkat kedua sebesar 5.4 juta ton per tahun atau 14 persen dari total produksi sampah. Sedangkan sampah jenis kertas menduduki peringkat ketiga dengan jumlah 3.6 juta ton per tahun atau 9 persen dari jumlah total produksi sampah.
Realisasi penggunaan mikrokontroler untuk mendukung sistem pengiriman data secarawireless. Mikrokontroller dapat melakukan proses pendeteksian kapasitas dari bak sampah perumahan dengan menggunakan address yang dapat di program pada mikrokontroler [1]. Bak sampah otomatis berbasis mikrokontroler ATMega 8 yang terdiri dari tiga elemen penting, yaituinput, proses, dan output. “Sensor jarak ultrasonik sebagai input, bagian proses menggunakan mikrokontroler ATMega 8, sedangkan motor servo sebagai outputnya. Tiga elemen tersebut tidak terlepas dari Catu daya menggunakan tegangan DC dari konverter dan tegangan AC dari PLN. Cara kerja pembuka dan penutup bak sampah otomatis berdasarkan inputan dari sensor jarak ultrasonic, apabila sensor jarak ultrasonik menangkap suatu aktivitas di dekat bak sampah dalam, hal ini tangan seseorang dengan jarak lebih dari 35 cm maka motor servo akan bergerak, dan membuka tutup bak sampah selanjutnya setelah terbuka akan ditunda selama 5 detik namun jika 5 detik di sekitar bak sampah tidak ada aktivitas maka motor servo akan bergerak untuk menutup bak sampah [2].
Kotak sampah yang dilengkapi dengan alarm sebagai tanda kotak sampah tersebut sudah penuh yang digunakan pada perkantoran dan rumah, agar petugas atau pemilik rumah segera membersihkan kotak sampah tersebut. Penggunaan sumber listrik akan menjadi bahan utama agar mikrokontroller dapat berfungsi untuk menggerakkan motor stepper dan sensor –sensor yang digunakan.
II. LANDASANTEORI
Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler CMOS 8 bit dengan 8 kbyte Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM ). Kelebihan dari mikrokontroler AT89S52 adalah adanya fungsi In System Programming(ISP) yang dapat melakukan pengisian program ke dalamflash PEROMdengan menggunakan koneksi pararel tanpa menggunakandownloadertambahan seperti yang biasa digunakan pada seri AT89C51 [3]. Mikrokontroler AT89S52 dipilih karena memiliki memori flash PEROM yang cukup menyimpan seluruh program dari sistem, serta untuk memanfaatkan fungsitimeryang digunakan sebagai pengatur kecepatan motor. Spesifikasi penting dari mikrokontroler AT89S52 adalah:
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
1. Kompatibel dengan mikrokontroler MCS51 sebelumnya.
2. Tegangan kerja 4–5 volt.
3. Bekerja dengan rentang 0-33 MHz 4. 256 x 8 bit RAM internal.
5. 32 jalur I/O yang dapat diprogram. 6. Tiga buah timer/counter 16 bit. 7. Delapan sumber interrupt. 8. Saluran Full-Duplex serial UART. 9. Watchdog timer.
10. Dual data pointer.
11. Mode pemrograman ISP yang fleksibel.
Diagram pin dari mikrokontroler AT89S52 dapat dilihat pada Gambar 1 berikut ini.
Gambar 1. Susunan Pin Mikrokontroler AT89S52
Mikrokontroler sebagai pengendali utama untuk melakukan intruksi atau perintah didalamnya terdapat program yang didownload menggunakan downloader. Agar dapat mengerjakan suatu perintah maka mikrokontroler harus diisi program dulu. Mikrokontroller CMOS 8 bit memiliki performa tinggi dengan konsumsi daya rendah dan memiliki sistem pemrograman kembali. RAM digunakan sebagi tempat penyimpanan sementara, termasuk register yang digunakan pada mikrokontroller yang bersangkutan dan program kontrol disimpan dalam ROM.
Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listirk arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor DC hamper sama dengan generator AC, dimana perbedaanya hanya terletak dalam konversi daya. Prinsip dasarnya adalah apabila suatu kawat berarus diletakan diantara kutub-kutub magnet (U–S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang akan menggerakan kawat tersebut.
Gambar 2. Fisik Motor DC yang dilengkapi Gear Box
Motor (Direct Current) mempunyai rotor (bagian yang bergerak) magnet permanen, dan stator (bagian mantap) yang berupa koil atau gulungan kawat tembaga, dimana setiap ujungnya tersambung dengan komutator. Komutator ini dihubungkan dengan kutub positif (+) dari catu daya melalui sikat-sikat. Arus listrik dari kutub positif akan masuk melalui komutator, kemudian berjalan mengikuti gulungan kawat sebelumnya, akhirnya masuk ke kutub negatif dari catu daya. Karena ada medan elektromagnetik maka motor akan berputar. Karena putaran motor, arus listrik didalam kawat akan berjalan bolak-balik, karena jalannya sesuai dengan medan magnet, maka rotor akan selalu berputar terus menerus selama arus listrik terus mengalir didalam kawat. Badan motor berfungsi untuk mengalirkan fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet. Disamping itu berfungsi untuk melindungi bagian motor lainnya. Untuk itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetic.
Sensor adalah alat yang dapat mengubah besaran seperti temperatur, gaya, kecepatan putaran, dan cahaya menjadi besaran listrik yang sebanding. Agar sensor dapat bekerja lebih baik dan tepat haruslah memiliki persyaratan sebagai berikut :
1. Kepekaan, yaitu sensor harus dipilih sedemikian rupa pada nilai-nilai masukan yang dapat diperoleh keluaran yang cukup besar.
2. Stabilitas waktu, yaitu untuk menentukan masukan tertentu, sensor harus dapat memberikan keluaran yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.
Rangkain sensor pada tugas akhir ini menggunakan sensor infra-red GP2D12 dan sensor infra-red yang menggunkan infra-red sebagai pemancar (transmitter) dan photodioda sebagai penerima(receiver)[4].
Gambar 3. karakteristikinfra-red
Mikrokontroler MCS51 banyak digunakan dalam pembuatan alat-alat pengendali, salah satunya adalah
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
AT89S52 produksi Atmel Corp, untuk mempergunakan mikrokontroler tersebut sebagai sistem pengendali,
maka diperlukan software yang digunakan untuk
memprogram mikrokontroler tersebut. Banyak sekali program yang dapat digunakan untuk pemrograman mikrokontroler MCS51 ini, salah satunya adalah MIDE- 51. Software MIDE-51 ini telah dilengkapi dengan fasilitas antara lain:
1. Compiler
2. Selain itu juga terdapat simulator yang berfungsi untuk melihat hasil pembutan program yaitu TS Control Simulator 51.
3. MIDE-51 juga telah dilengkapi dengan fasilitas untuk link ke program-program downloader MCS51.
III. DESAIN DANRANCANGANIMPLEMENTASI
Rancangan tahapan – tahapan proses dapat digambarkan dengan menggunakan diagram blok pada Gambar 4, Diagram blok rangkaian kotak sampah ini terdiri dari sensor infra-red (GP2D12), sensor infra-red dengan pemancar infra-red dan penerima photodioda, mikrokontroler AT89S52, driver motor DC, relay, dan alarm. Perangkat catu daya berfungsi sebagai penyuplai tegangan untuk perangkat sensor, mikrokontroler, driver, motor DC, relay dan alarm.
Gambar 4. Diagram Blok Kotak sampah berbasis mikrokontroler AT89S52 Menggunakan motor DC sebagai penggerak
Saat sensor 1 terhalang objek, akan mengalami perubahan tegangan yang dikirim ke mikrokontroler AT89S52. Pada Blok sensor 1, mikrokontroler menginstruksikan Motor DC untuk membuka tutup tempat sampah. Apabila objek tidak lagi menghalangi sensor infra-red maka mikrokontroler akan menginstruksikan motor DC untuk menutup kembali tempat sampah tersebut.
Saat sensor 2 terhalang objek, akan mengalami perubahan tegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler AT89S52. Pada Blok sensor 2, sensor akan mengalami perubahan tegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler kemudian
mikrokontroler akan menginstruksikan relay untuk menghidupkan alarm sebagai penanda bahwa tempat sampah tersebut dalam kondisi penuh dan jika sensor tersebut tidak aktif maka tempat sampah tersebut dalam kondisi belum penuh / kosong.
Rangkaian bolak-balik motor terdiri dari beberapa komponen yaitu :resistor, transistor, diodasertarelay.Relay ini sendiri mempunyai dua fungsi yaitu normally close dan normally open. Pada kondisi normally close (NC) artinya relay berada pada posisi tertutup, dimana keadaan awalnya relay yang berfungsi sebagai saklar sudah terhubung secara otomatis sebelum dialiri arus listrik. Pada kondisi normally open (NO) artinya posisi kontakrelayakan terhubung secara otomatis setelah arus listrik melewati rangkaian relay yang digunakan.
Gambar 5. Rangkaian Bolak balik motor menggunakan relay Tampilan penuh menggunakan 7-segment, 7-segment terdiri dari tujuh LED segi empat (A sampai G). SetiapLight Emitting Diode(LED) di sebut segment karena ia membentuk bagian dari karakter yang sedang di tampilkan. Dalam hal ini karakter yang ditampilkan adalah FULL. Blok alarm, alarm akan aktif setelah kondisi tempat sampah ini sudah penuh.
Keseluruhan rangkaian alat sistem kendali kotak sampah otomatis dapat dianalisa tentang prinsip kerja rangkaian tersebut. Mula-mula transformator dihubungkan dengan tegangan AC sebesar 220 Volt yang berasal dari PLN kemudian tegangan diturunkan oleh transformator menjadi 12 Volt maka rangkaian akan hidup. Saat rangkaian kotak sampah diaktifkan, sensor infra-red akan mendeteksi apakah ada objek yang akan menghalanginya. Saat sensor terhalang objek, sensor akan mengalami perubahan tegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler AT89S52. Perubahan tegangan ini, mikrokontroler menginstruksikan Motor DC untuk membuka tutup tempat sampah ini. Apabila objek tidak lagi menghalangi sensor infra-red maka mikrokontroler akan menginstruksikan motor DC untuk menutup kembali tempat sampah tersebut. Kemudian tempat sampah ini juga memiliki sensor infra-red untuk mengetahui kondisi tempat sampah tersebut apakah masih kosong atau sudah penuh. Saat sensor terhalang objek, sensor akan mengalami perubahan tegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler kemudian mikrokontroler akan menginstruksikan relay untuk menghidupkan alarm sebagai penanda bahwa tempat sampah tersebut dalam kondisi penuh dengan indikator FULL dan jika sensor tersebut tidak aktif maka tempat sampah tersebut dalam kondisi belum penuh / kosong. Sedangkan power supplay berfungsi sebagai penyedia sumber tegangan, tegangan yang digunakan 5V dan 12 V.
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Gambar 6 merupakan gambar rangkaian keseluruhan dari prototype kotak sampah otomatis.
Gambar 6. Rancangan rangkaian keseluruhan dari prototype Rangkaian desain modul – modul yang memiliki fungsi masing–masing yang sudah terintegrasi pada mikrokontroller ini sebagai bentuk prototype awal yang terus dikembangkan.
IV. IMPLEMENTASI DAN ANALISA a. Implementasi
Langkah implementasi pengetesan semua rangkaian yang dihasilkan dari papan percobaan atau projectboard sebelum dirakit pada papan PCB. Pengetesan rangkaian ini bertujuan untuk mengetahui apakah setiap komponen dalam blok rangkaian dalam kondisi baik atau tidak dan juga sistem yang dibuat tersebut sudah benar atau belum. Beberapa implementasi desain dari rangkaian modul pada gambar 7, 8 dan 9.
Sebelum melakukan pengujian ada beberapa prosedur yang harus di lakukan terlebih dahulu yaitu :
1. Memeriksa kembali seluruh rangkaian dan memastikan bahwa sistem dalam keadaan baik dan benar.
2. Memastikanpower supplyatau baterai terhubung dengan baik, semua terminal terhubung sesuai dengan fungsinya, hal ini dilakukan untuk menghindari kesalahan operasi yang dapat menyebabkan kerusakan pada alat.
3. Menghubungkan mikrokontroler AT89S52 dengan rangkaian sensor, rangkaian buffer dan rangkaian output.
Gambar 7. Desain dan Implementasi rangkaian Nyata Sistem Minimum
Gambar 8. Desain dan implementasi rangkain catu daya
Gambar 9. Desain dan implementasi rangkaian nyata bolak balik motor menggunakan relay
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
4. Memasukkan program yang telah kita rancang ke dalam mikrokontroler.
5. Hubungkan kabel power supply dari baterai ke IC regulator 7805 DC dengan tegangan 5 volt.
6. Setelah sensor terpasang dan telah terhubung dengan rangkaian barulah alat prototype kotak sampah otomatis ini dapat dioperasikan.
7. Rangkaian kotak sampah otomatis ini tentunya didukung oleh beberapa spesifikasi minimum yang digunakan agar sistem rangkaian ini berjalan sebagaimana layaknya. Bagian arus utama dari PLN menggunakan teganggan 220 volt. b. Analisa
Pengujian yang dilakukan salah satunya pada sensitifitas dari sensor untuk mentriger bagian motor dan alarm.
TABEL1. PENGUJIANSENSITIFITASSENSOR
NO Jarak (Cm) Lampu ON OFF 1 20 cm Hidup - 2 40 cm Hidup - 3 60 cm Hidup - 4 80 cm Hidup - 5 100 cm Hidup - 6 120 cm - Mati
TABEL2. VARIABELTETAP NO Rangkaian Hasil Pengukuran 1 Catu Daya 11.2 V 2 Sistem Minimum 2.0 V 3 Buffer Relay 11.3 V 4 Sensor 11 V 5 Buffer Sensor 5 V
Gambar 10. Kurva Pengujian Sensor
Hasil pengujian, ternyata sensor dengan jarak minimum 20cm akan merespon gerakan objek dan mengaktifkan rangkaian. Sedangkan jika jarak sensor sejauh 120cm, maka sensor tidak akan merespon gerakan objek.
V. KESIMPULAN DANSARAN
Hasil dan kesimpulan dari implementasi menggunaan mikrokontroller yang telah didesain dengan komponen
lainnya, diimplementasikan dengan perakitan komponen elektronik serta diujikan, sebagai berikut :
a. Kesimpulan
- Mikrokontroler dapat digunakan untuk alat Kotak sampah otomatis berbasis mikrokontroler AT89S52 menggunakan motor DC sebagai penggerak otomatis. - Motor DC memiliki tegangan atau daya yang besar
sehingga mudah untuk mendorong tutup tempat sampah. - Karena bekerja secara otomatis maka alat ini
mempermudah masyarakat untuk membuang sampah. b. Saran
- Sensitifitas sensor harus benar - benar disesuaikan. - Jarak jangkauan sensor infra-red terbatas sekitar 1 meter. - Cahaya sangat berpengaruh terhadap sensitifitas sensor
infra red.
DAFTARPUSTAKA
[1] I. Surjati, F.X. S. Wijono dan Suherman, “Sistem Pendeteksi
Kapasitas Tempat Sampah Secara Otomatis Pada Kompleks
Perumahan”,TESLA, VOL. 10, NO. 2, Hal: 56–62, Oktober
2008.
[2] http://www.uny.ac.id/berita/pembuka-dan-penutup-bak-sampah-
otomatis.html
[3] W. Didin, “Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52”, 2007, Andi, Yogyakarta.
[4] P. Andi, “Rangkaian Elektronika Praktis”, 2004, Puspa Swara,
Jakarta
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi