ii ABSTRACT
APPLICATION OF THE SENSOR TGS 2620 AS A DETECTOR ALCOHOL CONTENT IN FOOD PRODUCTS BASED
MICROCONTROLLER ATMEGA 8535 Oleh
ROHMANTO
It has been designed and fabricated a gauge levels of alcohol (C2H5OH) on microcontroller ATMega 8535 based food products using gas sensor TGS 2620. Alcohol content measuring instrument has calibrated using Alkoholmeter. The Data from the sensors has processed by microcontroller which results displayed by the LCD 16 x 2. The process of collecting, processing, and communication of data is set by the microcontroller ATMega 8535 program with BASCOM programming language. Measurements were made on samples in the form of a liquid mixture of alcohol and distilled water with 100 ml evaporated. Measurements were performed in 5 repetitions. Calibration of the instrument that by taking the data from the sensor voltage fluids that have been in dilute alcohol. This tool has a measurement range of 0% to 97% with a 4.9% error. As a food product samples that will be used in the application of this tool is Bintang Bir Pilsanier Zero, Vodka Mixmax, Anker Beer, Pepsi Twist, Kratindaeng Energy Drink, Yogurt, Kecap, Permen Mints, Saos, Calpico Soda, Maya Sarden, Dan Tapai.
i ABSTRAK
PENERAPAN SENSOR TGS 2620 SEBAGAI PENDETEKSI KADAR ALKOHOL PADA PRODUK PANGAN BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh ROHMANTO
Telah dirancang dan dibuat sebuah alat pengukur kadar alkohol (C2H5OH) pada produk pangan berbasis mikrokontroler ATMega 8535 menggunakan sensor gas Tgs 2620. Alat ukur ini dikalibrasi menggunakan alkoholmeter. Data yang telah diolah hasilnya ditampilkan oleh LCD 16 x 2. Proses pengambilan, pengolahan, dan komunikasi data diatur oleh program pada mikrokontroler ATMega 8535 dengan bahasa pemrograman BASCOM. Pengukuran dilakukan pada sampel yang berupa campuran antara cairan Alkohol dan akuades dengan jumlah 100 ml yang diuapkan. Pengukuran dilakukan sebanyak 5 kali pengulangan. Kalibrasi alat dilakukan dengan cara mengambil data tegangan sensor dari cairan alkohol yang telah di encerkan. Alat ini memiliki range pengukuran 0% sampai 97% dengan kesalahan 4,9%. Sampel produk pangan yang akan di gunakan dalam pengaplikasian alat ini adalah Bintang Bir Pilsanier Zero, Vodka Mixmax, Anker Beer, Pepsi Twist, Kratindaeng Energy Drink, Yogurt, Kecap, Permen Mints, Saos, Calpico Soda, Maya Sarden, Dan Tapai.
PENERAPAN SENSOR TGS 2620 SEBAGAI PENDETEKSI KADAR ALKOHOL PADA PRODUK PANGAN BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA8535 (SKRIPSI)
Oleh ROHMANTO
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
xvi ]
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Gugus Hidroksil ……….... 7
Gambar 2.2. Grafik Sensitivitas Dari Sensor Tgs 2620 ……… 11
Gambar 2.3. Struktur Dasar Sensor Gas ……… 13
Gambar 2.4. Model Penghalang Potensial Pada Saat Tidak Tedapat Gas ... 14
Gambar 2.5. Model Penghalang Potensial Pada Saat Tedapat Gas ……… 15
Gambar 2.6. Pin out Atmega 8535 ……… 16
Gambar 2.7. Peta Memori Data Avr Atmega 8535 ……….... 19
Gambar 2.8. Liquid Crystal Display ……… 20
Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Alat Pengukur Gas Alkohol... 24
Gambar 3.2. Blok Sistem Pengukuran Konsentrasi Gas Alkohol ... 25
Gambar 3.3. Rangkaian Catu Daya ……… 26
Gambar 3.4. Skematik Rangkaian Sensor Tgs 2620 ... 27
Gambar 3.5 Rangkaian Minimum Atmega8535 ... 28
Gambar 3.6. Posisi Pemasangan Sensor ……… 31
Gambar 3.7 Rancangang Rafik Analisis Data Tegangan Terhadap Ppm ... 33
xvii
xv
5. Analisis Perangkat Lunak (software) ………... 47
B. Pembahasan ……....……….. 51
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ………. 55
B. Saran ………. 55
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Etanol ……… 8
Tabel 2.2 Table Spesifikasi Sensor Tgs2620 ……… 12
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin-Pin LCD ……… 21
Tabel 3.1 Pengukuran Kadar Alkohol Menggunakan Alcoholmeter .……. 29
Tabel 3.2 Tegangan keluaran snsor terhadap Kadar Alkohol ……….. 30
Tabel 3.3 Pengukuran Berbagai Jenis Produk Pangan Beralkohol ... 32
Tabel 3.4 Rancangan Pengukuran Alkohol Tahap Awal ... 33
Table 3.5 Ranangan Analisis Data Tahap Produk Pangan ……… 34
Table 4.1 Pengukuran Tegangan Pada Cairan Alkohol ……… 40
Table 4.2 Analisis Data Sensor ……… 41
Tabel 4.3. Pengujian Batas Waktu Sensor ……….... 44
Tabel 4.4. Pengujian Terhadap Sampel Awal ……… 45
Tabel 4.5 Pengujian Pada Penerapan Alat Pada Produk Pangan…………... 46
x
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT berkat rahmat dan hidayah Nya, penulis dapat menyelesaikan kuliah serta skripsi dengan baik. Judul skripsi ini “ Penerapan Sensor TGS 2620 Sebagai Pendeteksi Kadar Alkohol Pada Produk Pangan
Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535”. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga dan pengikutnya.
Skripsi ini dilaksanakan dari bulan Januari 2014 sampai Juni 2014 bertempat di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
Penekanan skripsi ini adalah pembuatan alat pendeteksi gas alkohol pada produk pangan untuk mengetahui kadar alkohol dalam produk pangan yang dapat mengganggu kesehatan. Penulis menyadari dalam penyajian laporan ini masih banyak kekurangan dalam penulisan maupun referensi data. Semoga laporan ini dapat menjadi rujukan untuk penelitian berikutnya agar lebih sempurna dan dapat memperkaya khasanah ilmu pengetahuan.
Bandar Lampung, Juli 2014
viii
MOTO
Wahai Orang Oang Beriman! Mohonlah Pertolongan (Kepada Allah)
Dengan Sabar Dan Shalat. Sungguh, Allah Bersama Orang Orang Yang
Sabar.
(QS. Al-Baqarah : 153)
Tuhan Tidak Mungkin Menaruh Keinginan Besar Di Hati Anda,
Tanpakewenangan Untuk Menapainya. Hanya Saja, Apkah Apakah Anda
Ihklas Merajinkan Diri Saat Merasa Malas, Mendekatkan Diri Kepada
Kebaikan Dan Melakukan Yang Justru Anda Takuti Agar Menjadi Jiw Yang
Bermanfaat Bagi Sesame.
ix
Kuniatkan karya kecilku ini karena
Allah SWT
Aku Persembahkan Karya Ini Untuk:
Kedua Orang Tuaku, yang Selalu
Mendo
’
akanku Dan Selalu Mendukungku
Keluargaku,Yang Selalu Mendukungku
Angkatan
’
07 dan Teman Seperjuanganku
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama lengkap Rohmanto dilahirkan di Desa Jayamulya, kec. Semendaawai suku III, Kab. OKU Timur, Sumatra Selatan, anak keempat dari pasangan Bapak Wasri dan Ibu Hartinem.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD N 1 Jayamulya pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP Xaverius 04 Karang Binangun pada tahun 2004 dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Xaverius 01 Belitang pada tahun 2007.
Penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) tahun 2007. Selama menempuh pendidikan, penulis pernah menjadi Asisten Praktikum Fisika Dasar I dan II, Asisten Praktikum Elektronika Dasar II, Asisten Praktikum Sistem Digital, Asisten Pemrograman Komputer, Asisten Praktikum Sistem Kontrol Otomatis, Asisten Praktikum Sensor dan Pengkondisian Sinyal, Asisten Praktikum Teknik Antarmuka, dan Asisten Praktikum Bahasa Assembler. Penulis pernah aktif di kegiatan organisasi kemahasiswaan antara lain, sebagai Kepala Bidang Sosial Masyarakat HIMAFI periode 2009-2010.
Kerja Praktik (KP) dilaksanakan penulis di PT. Pembangkit Listrik Negara (PLN) tahun 2011, dengan Judul “Aplikasi Display Konics Kn-2000w Sebagai Pressure Indicator Control Pada Fly Ash Transporter PT. PLN (Persero) Sektor
xi
SANWACANA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta hidayah-Nya, karena atas kuasa-Nya penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini, terutama kepada :
1. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M. Si, sebagai pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta nasehat untuk menyelesaikan tugas akhir.
2. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S. Si, M. T sebagai pembimbing II yang senantiasa memberikan masukan-masukan serta nasehat untuk menyelesaikan tugas akhir.
3. Arif Surtono S.Si, M.Si, M.Eng, sebagai penguji yang telah mengoreksi kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.
4. Prof, Dr. Warsito D.E.A. sebagai Pembimbing Akademik, yang telah memberikan bimbingan serta nasehat dari awal perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir.
5. Ibu Dr. Yanti Yuliati, M. Si., selaku ketua jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alan Universitas Lampung.
xii
7. Para dosen serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
8. Teman – teman seperjuangan angkatan 2007, “ Mardi (Cung), Budiman (Bejo), Fery, Ben cieh, Ade, Aan, Kis, Ali, Muhajir, Eko, Hendruw, Satya, Pascoli, Dhan, Kiki, Fikri, Ulfah (Ijah), Istiati (zhien), Sherly, Eva, Eca, Juju, Arin, Dian, Ratna, Arum, Fitri, Lia, Lisna, Desi, Een, Mifta, Meta, Rica, Kimi, Yuyun, Nevi, yang selama ini memberikan semangat.
9. Kakak-kakak tingkat serta adik-adik tingkat, Nita, Yuliana, Bang Fajar (leman), Jhodot, Harjono (BOB), Dio, Encep, Fahad, Jambrong, imam (mamih), Rifki (Abah), Ucup, Ketut, Olive, Vina, Alvicho, dan semua teman-teman Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta memberkahi hidup kita. Amin.
Bandar Lampung, Juli 2014
1
I. PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Alkohol adalah zat psikoatif yang bersifat adiktif. Zat psikoatif adalah golongan zat yang bekerja secara selektif, terutama pada otak, yang dapat menimbulkan perubahan pada perilaku, emosi, kognitif, persepsi, dan kesadaran seseorang. Sedangkan adiksi atau adiktif adalah suatu keadaan kecanduan atau ketergantungan terhadap jenis zat tertentu. Seseorang yang menggunakan alkohol mempunyai rentang respon yang berfluktuasi dari kondisi yang ringan sampai yang berat. Alkohol juga merupakan zat penekan susunan syaraf pusat meskipun dalam jumlah kecil mungkin mempunyai efek stimulasi ringan (Budiman, 2009).
2
dan mineral saja, tetapi ada ribuan senyawa lain yang terkandung dalam makanan dan masuk ke tubuh kita meskipun kadarnya sangat rendah. Senyawa inilah yang dikenal sebagai senyawa nonesensial. Pada kasus alkohol, meskipun tubuh dapat mempergunakan sekitar 7 kalori per gram alkohol yang dikonsumsi, tetapi sebenarnya kalori dapat diperoleh dari banyak bahan lain yang lebih berguna. Pada kenyataannya tidak ada satupun proses biokimiawi tubuh manusia yang membutuhkan alcohol.
Penyalahgunaan alkohol telah menjadi masalah pada hampir setiap negara di seluruh dunia. Seringnya muncul pemberitaan tentang tata niaga miras (minuman keras) setidaknya merupakan indikasi bahwa minuman beralkohol banyak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Diperkirakan sebanyak 2,5 juta penduduk dunia meninggal setiap tahunnya akibat penyalahgunaan alkohol (WHO, 2011). Secara medis, kematian akan didapatkan seseorang jika kadar alkohol dalam darahnya sudah mencapai 400 mg/dL (Budiman, 2009).
Kehalalan produk pangan menjadi pertimbangan dalam membeli atau mengkonsumsi suatu produk. Selama ini, keberadaan sertifikasi halal dari MUI dan labelisasi kehalalan suatu produk dari Departemen Kesehatan RI, diharapkan dapat menghilangkan keraguan bagi umat Islam Indonesia untuk mengkonsumsi produk pangan yang berlabel halal. Namun dalam praktiknya, pengusaha bisa jadi hanya menempelkan label halal pada produknya, tanpa adanya pemeriksaan dan pengujian (Budiman, 2009).
3
besar dan penelitian di laboratorium, dengan harga yang tidak terjangkau oleh daya beli masyarakat. Beberapa metode atau alat yang biasa digunakan tersebut adalah analisis menggunakan GC (Gas Chromatography), analisis dengan HPLC (High Performance Liquid Chromatography), metode berat jenis menggunakan piknometer dan metode hidrometer alkohol.
Berdasarkan permasalahan ini, perlu dibuat sebuah alat pengukur kadar alkohol pada bahan pangan berbasis mikrokontroler ATMega 8535 dengan keluaran tampilan LCD. Diharapkan keberadaan alat ini dapat membantu masyarakat dalam memastikan kehalalan suatu produk pangan yang diindikasikan mengandung alkohol yang beredar di pasaran dalam waktu yang relatif singkat dan hasil yang mendekati akurat.
B.Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini antara lain sebagai berikut:
1. Menganalisis sistem kerja sensor TGS 2620 sebagai sensor gas alkohol, sehingga dapat diterapkan pada aplikasi pengukuran kadar alkohol;
2. Merancang dan merealisasikan alat pendeteksi kadar alkohol pada produk pangan memanfaatkan sensor gas TGS 2620;
C.Manfaat Penelitian
4
D.Rumusan Masalah
Sesuai dengan latar belakang penelitian yang dipaparkan di atas, masalah yang akan diteliti dalam merealisasikan alat pengukur kadar alkohol pada produk pangan, secara lebih rinci dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang suatu sistem pengukuran konsentrasi alkohol pada produk pangan dengan tampilan lcd.
2. Bagaimana alat pengukur konsentrasi alkohol menjadi alat multi pengukuran untuk semua produk pangan yang mengandung alkohol.
E.Batasan Masalah
Batasan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mikrokontroler yang digunakan adalah atmega8535
2. Sensor yang digunakan adalah sensor gas alkohol jenis tgs2620 3. Hasil keluaran dari alat yang dibuat ini berupa tampilan lcd.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Sebelumnya
6
Penelitian dan perancangan alat ukur kadar alkohol dengan menggunakan sensor MQ-3 berbasis mikrokontroler AT89S51 menggunakan bahasa pemograman Bahasa C. Sensor alkohol mendeteksi keberadaan gas alkohol. Kadar alkohol pada cairan diukur dengan sensor gas alkohol MQ-3. Tegangan keluaran dari sensor dikonversi oleh ADC 0804 kemudian diolah mikrokontroler untuk diproses. Kadar alkohol didapatkan data digital dari ADC 0804, belum dalam bentuk tampilan LCD. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh kesalahan perakitan komponen LCD. Dari hasil rancang bangun alat ukur kadar alkohol dalam cairan ini didapatkan hasil pengujian yang menunjukkan adanya kenaikan nilai tegangan keluaran sensor saat sensor mendeteksi adanya alkohol. Nilai kesalahan pengukuran yang terjadi pada alat ini adalah sebesar 3,25% (Ade & wildian, 2013).
B.Alkohol
1. Pengertian Alkohol
Etanol atau etil alkohol (C2H5OH) merupakan bahan kimia organik yang mengandung oksigen yang paling eksotik karena kombinasi sifat-sifat uniknya yang dapat digunakan sebagai pelarut, germisida, minuman, bahan anti beku, bahan bakar, bahan depressant dan khususnya karena kemampuannya sebagai bahan kimia intermediet untuk menghasilkan bahan kimia yang lain.
7
sebagai debu lembut yang digunakan oleh wanita Asia untuk menggelapkan alis mata.
Etanol merupakan senyawa penyusun minuman beralkohol. Sebagai minuman beralkohol, etanol telah dikenal sejak dahulu oleh raja-raja Mesir. Sebagai bukti adalah fakta tentang Nabi Nuh yang dipercaya telah berkebun anggur yang dapat difermentasi menjadi minuman beralkohol (Kirk, 1951).
Pada kondisi standar/atmosferik, etanol merupakan cairan volatil yang mudah terbakar, jernih dan tidak berwarna, aromanya menyegarkan, mudah dikenali dan berkarakter khas. Cairan ini juga mudah larut dalam air. Sifat fisik dan kimia etanol tergantung pada gugus hidroksilnya. Gugus ini menyebabkan polaritas molekul dan menyebabkan ikatan hidrogen antar molekul.
2. Sifat fisika Alkohol
Gugus hidroksil mengakibatkan alkohol bersifat polar. Alkohol adalah asam lemah. Dua alkohol paling sederhana adalah metanol dan etanol (nama umumnya metil alkohol dan etil alkohol) yang strukturnya seperti gambar 2.1:
8
Sifat fisika dan sifat kimia menyebabkan perbedaan sifat fisik alkohol yaitu berat molekul rendah dengan senyawa hidrokarbon yang mempunyai berat molekul ekuivalen. Spektrografi infra merah menunjukkan bahwa dalam keadaan cair ikatan hidrogen terbentuk karena tarik-menarik antara atom hidrogen pada gugus hidroksil molekul satu dengan atom hidrogen pada gugus hidroksil molekul yang kedua. Sifat tersebut dapat dianalogikan seperti sifat air, walaupun ikatan pada air lebih kuat sehingga membentuk gugusan yang lebih dari dua molekul. Ikatan hidrogen pada etanol terjadi pada fase cair, sedang pada fase gas senyawa ini bersifat monomerik (Bailey, 1986).
Secara detail, sifat-sifat fisik etanol dapat dilihat dalam Tabel: Tabel 2.1. Sifat-sifat fisik etanol (Kirk, 1951).
Viskositas pada 20 ˚C, mpa.s(=cP) 1,17 Kelarutan dalam air pada 20 ˚C Saling larut Autoignition temperature, ˚C 793,0
Titik nyala, ˚C 14
C. Pengertian Sensor
9
dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.
Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya : temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor harus memenuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :
1. Linieritas
Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier. 2. Tidak tergantung temperatur
Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu.
3. Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
4. Waktu tanggapan
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
10
Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah 0Hz.
6. Stabilitas waktu
Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.
7. Histerisis
Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan. Empat sifat diantara syarat-syarat, yaitu: linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor (Petruzella, 2001).
1. Sensor Gas TGS 2620
11
TGS 2620 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap konsentrasi rendah gas berbau seperti etanol, hidrogen, CO, dan methane yang dihasilkan dari bahan di sekitar lingkungan kantor dan rumah. Sensor ini juga memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap konsentrasi rendah seperti toluena dipancarkan dari finishing kayu dan produk konstruksi.
Gambar di bawah ini merupakan karakteristik sensitivitas dari sensor, semua data yang telah dikumpulkan pada kondisi uji standar. Sumbu Y diindikasikan sebagai rasio resistansi sensor (Rs / Ro) yang didefinisikan sebagai berikut:
Rs = hambatan sensor gas pada berbagai konsentrasi Ro = hambatan Sensor udara pada 300 ppm alkohol
Gambar 2.2. Grafik sensitivitas dari sensor Tgs 2620
Resistansi sensor (Rs) dihitung dengan nilai diukur dari Vout dengan menggunakan rumus berikut:
12
Tabel 2.2. Table spesifikasi sensor tgs2620
Model Number Tgs 2620 C00
Sensing Elemen Tipe D1
Standard Package TO-5 Metal Can
Target Gases Alcohol, Solvent Vapors
Typical Detection Range 50-5000 Ppm
Satandard
Load Resistence RL Variabel 0,45kΩ Min Electricle
Characteristic
Under
Standard Test
Condition
Heater Resistance Rh 83Ω At Room Temp (Typical) Heater Current Lh 42±4ma
13
Konsumsi daya (PS) akan bernilai maksimal bila nilai RS sama dengan RL pada kondisi pengukuran. Nilai dari pengosongan (PS) dapat dihitung dengan persamaan berikut.
2. Prinsip Kerja Sensor Gas Tipe Semikonduktor
Sensor gas terdiri dari elemen sensor, dasar sensor dan tudung sensor. Elemen sensor terdiri dari bahan sensor dan bahan pemanas untuk memanaskan elemen. Elemen sensor menggunakan bahan-bahan seperti timah (IV) oksida SnO2, wolfram (VI) oksida WO3, dan lain-lain, tergantung pada gas yang hendak dideteksi. Gambar berikut menunjukkan susunan (struktur) dasar sensor gas.
Gambar 2.3. Struktur dasar sensor gas (Petruzella, 2001).
14
potensial permukaan terbentuk, yang akan menghambat aliran elektron. Di dalam sensor, arus listrik mengalir melalui bagian-bagian penghubung (batas butir) kristal-kristal mikro SnO2. Pada batas-batas antar butir, oksigen yang teradsorpsi membentuk penghalang potensial yang menghambat muatan bebas bergerak. Tahanan listrik sensor disebabkan oleh penghalang potensial ini (Petruzella, 2001).
Material dalam sensor gas TGS merupakan logam oksida biasanya SnO2. Ketika oksida logam kristal seperti SnO2 dipanaskan pada suhu tertentu di udara, oksigen teradsorpsi pada kristal permukaan dengan muatan negatif. Kemudian elektron di permukaan kristal teradsorpsi oleh oksigen, sehingga meninggalkan muatan positif dalam ruang lapisan. Dengan demikian, potensi permukaan terbentuk sebagai penghalang potensial terhadap aliran elektron.
Gambar 2.4. Model Penghalang Potensial Pada Saat Tidak Tedapat Gas
15
potensial yang mencegah operator bergerak bebas. Hambatan listrik dari sensor dikaitkan dengan penghalang potensial ini. Dalam gas deoxidizing, kepadatan permukaan bermuatan negatif oksigen berkurang, jadi penghalang tinggi dalam batas butir berkurang (Angka 2 dan 3).
Gambar 2.5. Model Penghalang Potensial Pada Saat Tedapat Gas
Hubungan antara resistansi sensor dan konsentrasi deoxidizing gas dapat dinyatakan oleh persamaan berikut pada rentang tertentu gas konsentrasi:
Dengan:α
Rs = hambatan listrik dari sensor A = konstan
16
D. Mikrokontroler ATMEGA 8535
17
c. 4 kanal PWM
5. 8 kanal 10/8 bit ADC
6. Programmable serial USART 7. Komparator analog
8. 6 pilihan sleep mode untuk penghematan daya listrik 9. 32 jalur I/O yang bisa deprogram
b. Konfigurasi Pin
Gambar 2.4. PINOut ATMega8535 (fadhilah, 2009)
1. Power , VCC dan GND (Ground)
2. PORTA (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan berfungsi khusus sebagai masukan ADC
3. PORTB (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan berfungsi khusus sebagai pin timer/counter, komparator analog dan SPI
18
5. PORTD (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan fungsi khusus 6. RESET adalah pin untuk mereset mikrokontroler
7. XTAL 1 dan XTAL2 pin untuk eksternal clock 8. AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC
9. AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.
c. Peta Memori
ATMega8535 memiliki dua ruang memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain dua memori utama, ATMega8535 juga memiliki fitur EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data.
1. Flash Memori
ATMega8535 memiliki Flash Memory sebesar 8 Kbytes untuk memori program. Karena semua intruksi AVR menggunakan 16 atau 32 bit, maka AVR memiliki organisasi memori 4 Kbyte x 16 bit dengan alamat dari $000 hingga $FFF. Untuk keamanan software, memori flash dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian Boot Program dan bagian Application Program. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash memori.
2. SRAM
19
Gambar 2.5. Peta Memori Data AVR ATMega8535 (fadhilah, 2009).
Tampak pada peta memori data bahwa alamat $0000-$001E ditempati oleh register file. I/O register menempati alamat dari $0020-$005F. Sedangkan sisanya sebagai internal SRAM sebesar 512 byte ($0060-$025F).
d. EEPROM
ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPRO 8 bit sebesar 512 byte ($000-$1FF) (fadhilah, 2009).
E. Liquid Crystal Display (LCD)
20
Gambar 2.6. Liquid Crystal Display (LCD, 2011)
Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk monitor komputer , televisi , panel instrumen, display kokpit pesawat , signage , dll. LCD telah menggantikan tabung sinar katoda untuk menampilkan dalam sebagian besar aplikasi.
Sebuah LCD M1632 mampu menampilkan dalam satu baris 8 karakter atau 16 karakter dua baris. LCD M1632 ini memiliki karakteristik yaitu konsumsi daya yang rendah yaitu 2,7 sampai 5,5 volt. Gambar 2.12 menunjukkan hubungan antara layer LCD M1632 dengan dengan HD44780 yang merupakan mikrokontroler pengendali LCD. HD44780 buatan Hitachi sudah tertanam pada modul M1632 ini (Nalwan, 2003).
21
Tabel 2.3. Konfigurasi pin-pin LCD (Nalwan, 2003).
No Pin Sinyal I/O Fungsi
7-10 DB3-DB0 Input/Output Empat high data bus three state bidirectional 11-16 DB7-DB4 Input/Output Empat high data bus three state bidirectional.
22
a. DDRAM adalah memori tempat karakter yang akan ditampilkan. Contohnya karakter ‘A’ atau 41h yang ditulis pada alamat 00 akan tampil pada baris pertama
dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis pada alamat 40h, karakter tersebut akan tampil pada baris kanan dari LCD (Nalwan, 2003).
b. CGRAM adalah memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dan bentuk karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Akan tetapi isi memori ini akan hilang saat power supply dimatikan, sehingga pola karakter akan hilang.
23
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu Dan Tempat Penelitian
Penelitian tugas akhir ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar dan Laboratorium Pemodelan Jurusan Fisika Universitas Lampung. Penelitian dimulai pada bulan febuari 2014.
B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan untuk penelitian ini diantaranya.
1. Project board (papan uji) berfungsi sebagai tempat menguji rangkaian.
2. Multimeter berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan listrik, arus listrik dan hambatan listrik.
3. Power Supply berfungsi sebagai sumber tegangan.
Bahan yang digunakan dalam penelitian.
1. Gas etanol yang berasal dari produk pangan.
2. Printed Circuit Board (PCB) berfungsi sebagai tempat meletakkan komponen alat elektronika yang akan dirangkai.
3. Sensor gas TGS 2620 yang berfungsi mendeteksi gas etanol.
24
C. Prosedur Penelitian
Dalam perancangan alat pengukur gas alkohol ini dilakukan langkah- langkah kerja perancangan sebagai berikut.
1. Diagram Alir Penelitian.
Langkah-langkah penyelesaian penelitian ini secara umum dilakukan seperti dijelaskan dalam diagram alir Gambar 3.1
Gambar 3.1. Diagram alir perancangan alat pengukur gas alkohol. Mulai
Merancang Dan Membuat Rangkaian
Berhasil Pengujian Rangkaian
Pembuatan Program
Pengujian Rangkaian dan Pengujian Alat Secara Keseluruhan
Selesai Berhasil Tidak
25
2. Studi literatur.
Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi (buku dan internet) yang berkaitan dengan pembuatan alat. Literatur yang dipelajari adalah literatur yang berkaitan.
Prinsip kerja alat pengukur gas etanol/alkohol yang didapat dari pembelajaran sendiri.
Data sheet sensor TGS 2620 yang digunakan.
Cara kerja rangkaian dari alat yang dibuat.
D. Perancangan Sistem
Bab ini membahas tentang perancangan bagian elektronik pada sistem pengukuran gas etanol/alkohol. Sistem pengukuran ini terdiri dari bagian elektris dengan keluaran LCD. Bagian elektris berupa sensor TGS 2620 yang dirangkai dengan rangkaian pengukur tegangan dan catu daya. Sistem pengukuran ini memiliki keluaran berupa tegangan yang dikonversi dengan persentase alkohol yang di tampilkan pada LCD. Diagram blok sistem akuisisi data diperlihatkan pada Gambar 3.2.
26
1. Perancangan Sistem Pengukuran Kadar Alkohol
a. Rangkaian Catu Daya
Pada rangkaian ini menggunakan sebuah catu daya yang digunakan untuk mencatu semua rangkaian. Rangkaian catu daya ini menggunakan LM 7805 yang berfungsi sebagai regulator atau penstabil tegangan dengan kapasitas arus maksimal 500 mA. Sehingga keluaran tegangan dari catu daya ini sebesar 5 Vdc. Dimana tegangan 5 V ini digunakan untuk mencatu sensor TGS 2620, rangkaian mikrokontroler dan sebagai pencatu LCD.
Gambar 3.3. Rangkaian Catu Daya
b. Sensor TGS 2620
27
Gambar 3.4. Skematik rangkaian sensor TGS 2620.
Tahap ini bertujuan mengetahui sensitivitas sensor dengan mengetahui nilai Vout sensor dalam dua kondisi. Kondisi saat udara yang diukur belum tercemar gas alkohol dan kondisi kedua, yaitu sensor dengan berbagai macam konsentrasi alkohol.
c. Rangkaian Minimum ATMega8535
28
Gambar 3.5 Rangkaian Minimum ATMega8535
E. Metode Kalibrasi Alat Ukur Kadar Alkohol
29
Tabel 3.1. Pengukuran kadar alkohol menggunakan alkoholmeter
No Aquades (ml) Alcohol 97%
30
31
F. Pengujian Fungsi Alat Ukur
Percobaan alat terdiri atas tiga bagian yaitu percobaan untuk menguji alat ukur, percobaan untuk menguji sistem akuisisi data dan percobaan menguji perangkat lunak.
1. Pada percobaan untuk menguji alat ukur, digunakan rumah rangkaian (casing) yang berbentuk kotak. Posisi pemasangan sensor diperlihatkan pada Gambar 3.6. berikut.
Gambar 3.6. Posisi pemasangan sensor
2. Pengujian sistem akuisisi data, pengujian ini berguna untuk mengetahui apakah rangkaian sistem ini bekerja dengan baik atau tidak.
3. Pengujian perangkat lunak apakah sudah sesuai dengan apa yang diharapkan.
Rangkaian ini diawali dengan proses adaptasi sensor terhadap udara luar dengan menghidupkan peralatan terlebih dahulu sekitar 3 hingga 5 menit. Hal ini dilakukan untuk membuat sensor bekerja dengan kepekaan normal. Pada waktu ini, sistem heater sensor bekerja membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Selanjutnya, sensor di masukkan kedalam botol atau wadah yang terdapat minuman
Sensor tgs 2620
32
dan makanan beralkohol serta tertutup rapat. Percobaan ini dilakukan dengan melakukan berbagai macam produk pangan. Yang diharapkan dari pengujian ini adalah nilai resistansi keluaran sensor dan konsentrasi alat yang standar. Hasil pengukuran akan diperlihatkan seperti tabel berikut:
Tabel 3.3. Pengukuran berbagai jenis produk pangan beralkohol
No Jenis produk pangan Kadar alkohol Pada label (%) Kadar alkohol (%)
1 A
2 B
3 C
4 D
5 E
G. Rancangan Analisis Data
33
Tabel 3.4. Rancangan Pengukuran alkohol tahap awal:
No Alkohol (%) Pengukuran ke-
1 2 3 Rata-rata
1 1
2 2
3 3
4 10
5 20
Gambar 3.7 Rancangan Rafik Analisis Data Tegangan Terhadap Ppm
Sebelum dilakukan pengujian terhadapsampel awal sensor terlebih dahulu diuji pada cairan dengan konsentrasi 300ppm. Cara mendapatkan cairan 300ppm yaitu dengan mengencerkan alkohol 97% menjadi 300 ppm, karena cairan 1% sama dengan 10000ppm maka kadar alkohol 97% di encerkan menjadi 0,003%.
Tegangan (volt)
34
Analisis data pengukuran terhadap produk pangan baik yang bermerek ataupun yang di olah sendiri. Berdasarkan undang-undang pemerintah tentang alkohol bahwa Minuman beralkohol dengan kadar alkohol tidak lebih dari 15%, serta produk pangan beralkohol yang bebas dan rendah alkohol. Analisis data akan dilakukan pebandingan yang tertera pada label produk pangan dan dengan anjuran pemerintah Indonesia.
Table 3.7 Rancangan Analisis Data Tahap Produk Pangan
No Jenis produk pangan Kadar Alkohol Pada Label (%) Kadar alkohol (%)
1 A
2 B
3 C
4 D
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut.
1. Pendeteksi kadar Alkohol manggunakan sensor TGS 2620 mendapatkan hasil yang cepat dan mendekati akurat karena telah mengalami kalibrasi.
2. Pendeteksi kadar etanol mempunyai rentang nilai kadar dari 0% sampai 97% dengan toleransi kesalahan relatif pengukuran 4,9 %, dengan ketelitian 0,001%.
3. Pengukuran menggunakan alat ini pada skala kecil lebih baik daripada menggunakan alcoholmeter, karena indikator pada alkoholmeter mempunyai selisih yang kecil sehingga susah untuk membedakan nilai yang berdekatan yang mengakibatkan nilai galat yang cukup besar.
B.Saran
DAFTAR PUSTAKA
Bailey, James E. and David F. Ollis, 1986. Biochemical Engineering Fundamentals. 2nd edition. McGraw-Hill Book Co. Singapore.
Budiman. 2009. Masalah Kesehatan Akibat Alkohol dan Merokok. dalam : Sudoyo AW, Setiyohadi B, Alwi I, Simadibrata M dan Setiati S (Editor). Buku Ajar Ilmu Penyakit Dalam Jilid I Edisi V 83-88 Interna Publishing. Jakarta.
Fadhilah, Harist. 2009. Sistem Sirkulasi Udara Pada Ruangan Dengan Kipas Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535. Universitas Sumatera Utara. Medan.
Faris Septiawan. 1993. Pengertian sensor dan tranduser. Universitas Sumatra utara. Medan.
Frank d petruzella. 2001. Elektronika industry. Andy. Yogyakarta.
Gail Wiscart Stuart & Sandra J. Sundeen. 1998. Keperawatan Jiwa edisi 3. alih bahasa Achir Yani S Hamid. Jakarta. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Heryanto, M. Ary dan Wisnu Ady. 2008. Pemrograman Bahasa C Untuk
Mikrokontroler ATMega8535, ANDI, Yogyakarta.
Nalwan, P.A. 2003. Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51 Hal. 11-19. PT Elex Media Komputindo. Jakarta.
Kirk, R. E. and R. F. Othmer. 1951. Encyclopedia of Chemical Technology. vol. 9. John Wiley and Sons Ltd. Canada.
Syahrul dan Sri Nurhayati, Giri Rakasiwi. 2013. Pengatur Kadar Alkohol Dalam Larutan. Jurnal Teknik Komputer Unikom – Komputika – Volume 2 No.1. Bandung.
