V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Dari serangkaian penelitian realisasi alat ukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) ini, ada beberapa hal yang dapat disimpulkan, antara lain:
1. Realisasi alat ukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATMega8535 dapat mengukur konsentrasi NOx dengan baik dan memiliki peningkatan hasil pengukuran dalam pengambilan.
2. Besar kecilnya konsentrasi nitrogen oksida (NOx) yang terukur oleh alat ukur ini dengan menggunakan metode gas ditampung dalam tabung dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain jarak corong penyedot gas buang terhadap knalpot kendaraan, tahun pembuatan kendaraan, besarnya isi silinder kendaraan (cc), dan keadaan awal tabung penampung.
3. Berdasarkan grafik yang telah dijelaskan maka hubungan konsentrasi gas NOx terhadap lama waktu pengukuran mempunyai kecenderungan meningkat. 4. Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan pada beberapa kendaraan,
46
plastik penampung). Sedangkan untuk metode ditampung dalam tabung konsentrasi NOx paling tinggi dan terendah pada kendaraan Toyota (Truck Dump) dengan nilai sebesar 1 ppm (terdapat 1000000 µgr pada satu tabung penampung yang memiliki volume 0,32x10-2m3)dan Toyota/Kijang SUPLR LI 02 LONG sebesar 0,45160 ppm (terdapat 451600 µgr pada satu tabung penampung yang memiliki volume 0,32x10-2m3).
5. Dari data hasil pengukuran yang diperoleh maka dapat diketahui hubungan konsentrasi NOxterhadap Rpm dengan data yang meningkat dengan persamaan linearitasnya y = 0,000195x + 0,018777; y = 0,00067x - 0,13273 dan y = 0,000259x + 0,602685.
B. SARAN
Untuk penelitian selanjutnya agar lebih meningkatkan kualitas alat ukur NOx ini disarankan beberapa hal seperti berikut:
1. menggunakan sensor yang khusus mendeteksi gas nitrogen oksida (NOx) sehingga sensor mengukur konsentrasi NOxbenar-benar murni gas uji;
2. menggunakan sensor yang memiliki range yang panjang dan sesuai dengan range pada alat yang akan digunakan;
3. membandingkan dengan alat yang lebih presisi dengan kebenaran pengukuran; 4. menggunakan komunikasi serial USB agar lebih mudah dalam melakukan
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan September 2011 sampai Januari 2012, bertempat di Laboratorium Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Project board (papan uji) berfungsi sebagai tempat menguji rangkaian.
2. Printed Circuit Board (PCB) berfungsi sebagai tempat meletakkan komponen alat elektronika yang akan dirangkai.
3. Resistor dan kapasitor. 4. Solder dan penyedot timah.
5. Multimeter berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan listrik, arus listrik dan hambatan listrik.
6. Kotak cashing sensor berfungsi untuk menempatkan sensor dan sebagai ruang uji gas yang akan diamati.
35
8. Sensor gas Figaro TGS 2201 berfungsi mendeteksi gas nitrogen oksida. 9. Mikrokontroler ATMega8535 berfungsi sebagai pengendali Personal
Computer(PC).
10. Personal Computer(PC) berfungsi menampilkan hasil pengukuran.
11. DT-HiQ Programmer berfungsi untuk mendownload program dari komputer. 12. Gas nitrogen oksida yang berasal dari gas buang pada berbagai jenis
kendaraan bermotor yang berbahan bakar solar(diesel).
C. Prosedur Penelitian
Sub bab ini membahas perancangan bagian elektronik pada sistem pengukuran konsentrasi nitrogen oksida. Sistem pengukuran ini terdiri dari bagian mekanis dan akuisisi. Bagian mekanis berupa sensor Figaro TGS 2201, sedangkan akuisisi adalah rangkaian elektronik yang berfungsi mengolah data dari bagian mekanis. Sistem akuisisi terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (program). Diagram blok sistem akuisisi data diperlihatkan pada gambar 3.1.
DB9
Gambar 3.1 Blok sistem pengukuran konsentrasi nitrogen oksida pada kendaraan.
Gas Buang Kendaraan
Sensor Figaro TGS 2201
Mikrokontroler
ATmega 8535 PC
Deskripsi singkat blok diagram sistem pengukuran konsentrasi nitrogen oksida pada kendaraan.
1. Gas buang kendaraan yang digunakan terdiri dari berbagai jenis merk, tipe dan tahun kendaraan yang berbeda-beda.
2. Rangkaian sensor terdiri dari sensor TGS 2201 yang digunakan untuk mendeteksi gas nitrogen oksida.
3. Mikrokontroler ATMega 8535 digunakan untuk mengolah data tegangan analog yang terdeteksi oleh sensor kemudian dikirimkan dan disimpan dalam PC.
4. Personal Computer digunakan sebagai media penampil dan penyimpan data yang telah diukur dengan menggunakan komunikasi serial.
Adapun rancangan alat yang akan dibuat adalah sebagai berikut.
37
1. Diagram Alir Penelitian
Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini secara umum seperti diagram alir pada Gambar 3.2.
Tidak
Ya Tidak
Gambar 3.3 Diagram alir perancangan alat ukur konsentrasi NOx Mulai
Perancangan Model Sistem
Penentuan Spesifikasi Rangkaian
Perancangan Blok Diagram
Penentuan Rangkaian Dan Komponen
Realisasi Perancangan
Pengujian Fungsi Instrumen
Instrumen berfungsi
Pengujian Model Sistem
Model Sistem berfungsi
Analisis Data Hasil Pengujian
Tampilan Data Pada Komputer
Selesai
Ya
2. Perancangan Sistem Akuisisi Data
a. Sensor Figaro TGS 2201
Sensor Figaro TGS 2201 adalah piranti yang berfungsi mendeteksi gas hasil buangan pada kendaraan. Sensor ini dapat mengubah konduktivitas gas bergantung pada konsentrasi gas di udara. Adapun skematik dari rangkaian sensor Figaro TGS 2201 dapat dilihat pada Gambar 2.9.
b. Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
39
0 9v AC T1
+V 5V
R1 1k BRIDGE
LED1
+
470uF
+
1000uF
IN
COM OUT
U1 78L05
Gambar 3.4 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535
b. Rangkaian Catu Daya
Pada rangkaian ini, digunakan IC Regulator 7805 untuk mengontrol tegangan yang masuk ke dalam mikrokontroler dan semua alat yang dipergunakan, agar tidak ada daya yang melebihi kapasitas dari rangkaian tersebut.
D. Metode Analisis
Untuk mengetahui konsentrasi gas nitrogen oksida pada gas buang kendaraan maka pendeteksian dilakukan dengan menggunakan tabung yang terhubung ke kendaraan. Di dalam tabung terdapat sensor yang akan mendeteksi gas sebelum tercemar gas lain dan gas nitrogen oksida. Pengujian alat ini dilakukan dengan variabel yang digunakan yakni terhadap waktu pengukuran (lama pengujian), jenis kendaraan, dan rpm kendaraan. Rancangan tabel hasil pengukuran akan diperlihatkan pada tabel berikut ini.
Tabel 3.1.Tabel Pengamatan Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perubahan Waktu Pengukuran
No Jenis
Kendaraan
Lama Pengukuran
Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx)
(menit) (ppm)
1 Kendaraan A 1 menit
2 2 menit
3 3 menit
4 4 menit
5 5 menit
6 Kendaraan B 1 menit
7 2 menit
8 3 menit
9 4 menit
41
Tabel 3.2.Tabel Pengukuran Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perbedaan Jenis Kendaraan
No
Lama Pengukuran
Jenis Kendaraan
Konsetrasi Nitrogen Oksida (NOx)
(ppm)
1 1 menit Kendaraan A
2 Kendaraan B
3 Kendaraan C
4 Kendaraan D
5 Kendaraan E
Tabel 3.3.Tabel Pengamatan Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan rpm Kendaraan
No Jenis
Kendaraan
Rpm Kendaraan
Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx)
(ppm) 1 Kendaraan A
2 3 4 5
6 Kendaraan B 7
8 9 10
Gambar 3.6 Grafik Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perubahan Waktu Pengukuran pada Kendaraan A
Gambar 3.7 Grafik Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perubahan Waktu Pengukuran pada Kendaraan B
K o n se n tr a si N Ox (p p m )
Lama Pengukuran (menit)
Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perubahan Waktu Pengukuran pada Kendaraan A
K on se n tr as i N Ox (p p m )
Lama Pengukuran (menit)
Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perubahan Waktu Pengukuran pada
43
Gambar 3.8 Grafik Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perbedaan Jenis Kendaraan
Gambar 3.9 Grafik Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan rpm pada Kendaraan A
A B C D
K on se n tr as i N O x ( p p m ) Jenis Kendaraan
Grafik Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan Perbedaan Jenis Kendaraan
1 menit 2 menit 3 menit 4 menit 5 menit K on se n tr as i N Ox (p p m )
rpm Kendaraan (rotasi/menit)
Gambar 3.10 Grafik Hubungan Konsentrasi Nitrogen Oksida (NOx) dengan rpm pada Kendaraan B
K
on
se
n
tr
as
i
N
Ox
(p
p
m
)
rpm Kendaraan (rotasi/menit)
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Nitrogen Oksida (NOx)
Nitrogen oksida (NOx) adalah salah satu jenis bahan pencemar udara, disamping bahan pencemar udara lain seperti debu, NH3, Pb, CO, SO2, hidrokarbon, H2S, dan lain-lain, yang secara sendiri atau bersamaan memiliki potensi membahayakan kesehatan lingkungan dan masyarakat.
Di dalam atmosfir, NOxmerupakan suatu kelompok gas yang terutama terdiri dari dua komponen utama yaitu gas nitrit oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2), serta oksida-oksida nitrogen lainnya yang sangat kecil jumlahnya. NO merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, sebaliknya NO2 berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. Secara umum proses pembentukan gas NOx ini mengikuti persamaan reaksi :
N2+ O2 2NO
2NO + O2 2NO2
Konsentrasi NOxdi udara pada daerah perkotaan biasanya mencapai 0,5 ppm, atau 10-100 kali lebih tinggi daripada udara di daerah pedesaan. Pencemaran NOxdi udara mempunyai dampak terhadap lingkungan, baik langsung maupun tidak langsung. Dampak langsung dari pencemaran udara ini adalah terjadinya hujan asam yang dapat menyebabkan berbagai kerugian dan kerusakan, baik pada tanaman, bangunan dan lain-lain. Disamping itu, polusi NOxini dapat berdampak terhadap kesehatan manusia, seperti bronkitis dan asma (Prayudi, 2003).
Diantara berbagai jenis oksida nitrogen yang ada di udara, nitrogen dioksida (NO2) merupakan gas yang paling beracun. Karena larutan NO2 dalam air yang lebih rendah dibandingkan dengan SO2, maka NO2 akan dapat menembus ke dalam saluran pernafasan lebih dalam. Bagian dari saluran yang pertama kali dipengaruhi adalah membran mukosa dan jaringan paru. Organ lain yang dapat dicapai oleh NO2 dari paru adalah melalui aliran darah. Karena data epidemilogi tentang resiko pengaruh NO2 terhadap kesehatan manusia sampai saat ini belum lengkap, maka evaluasinya banyak didasarkan pada hasil studi eksprimental.
Berdasarkan studi menggunakan binatang percobaan, pengaruh yang membahayakan
seperti misalnya meningkatnya kepekaan terhadap radang saluran pernafasan, dapat
terjadi setelah mendapat pajanan sebesar 100 μ g/m3 . Percobaan pada manusia
menyatakan bahwa kadar NO2sebsar 250 μ g/m3 dan 500 μ g/m3 dapat mengganggu fungsi saluran pernafasan pada penderita asma dan orang sehat (Tri Tugaswati, 1995).
8
1. Mekanisme Thermal NOx
NOxterbentuk dikarenakan nitogen yang beroksidasi dengan oksigen pada suhu tinggi di dalam ruang bakar, sekitar >1800oK.
N2 + O2= 2NO NO + O2=NO2
2. Mekanisme Prompt NOx
NOxterbentuk dikarenakan molekul nitrogen bereaksi dengan hidrokarbon radikal membentuk hydrogen sianida dan atom nitrogen.
HC + N2 HCN + N
Atom nitrogen bereaksi dengan molekul yang mengandunghidrocxylsehingga membentuk NO dan H.
N + OH H + NO
3. Fuel NOx
Nitrogen yang terkandung dalam bahan bakar dikonversikan menjadihydrogen sianidadan bereaksi dengan NHxsehingga terbentuk NOx. Proses ini
tergantung padakandungan yang ada pada bahan bakar.
Fuel–N HCN NHx NO
B. Sensor
Sensor atau sering disebut juga dengan transducer adalah piranti yang mentransform (mengubah) suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke nilai elektrik, menghubungkan antara fisik nyata dan industri elektrik dan piranti elektronika yang berguna untuk monitoring,controlling, dan proteksi.
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hamper seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor di dalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
Di jaman teknologi canggih saat ini, media sensor telah menjadi salah satu trend tersendiri. Karena, juga akibat kesibukan manusia akan kebutuhannya, sehingga dengan adanya sensor setidaknya bisa mempercepat sistem kerja di kala kita akan melakukan sesuatu hal.
Sensor merupakan penggabungan dari beberapa media atau perangkat elektronik yang tentunya juga terdiri dari komponen-komponen elektronika untuk membuat sensor tersebut menjadi bekerja. Sistem kerja sensor ini juga bermacam-macam tergantung ke tipe isyarat dari sensor tersebut (Parlin, 2008).
Ada enam tipe isyarat.
10
2. Thermal, contoh: temperature, panas,entropy,heat flow.
3. Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan,resistance, frekuensi. 4. Magnetic, contoh: intensitas medan,flux density.
5. Radiant, contoh: intensitas, panjang, gelombang, polarisasi.
6. Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi, gas (ppm) (Hidayat, 2007).
1. Sensor Elektrokimia
Prinsip kerja sensor elektrokimia adalah reaksi sensor dengan gas yang diamati dan menghasilkan sinyal listrik yang sebanding untuk konsentrasi gas tersebut. Sebuah sensor elektrokimia terdiri dari dua bagian utama yaitu elektroda pensensor dan elektroda penghitung yang keduanya dipisahkan sebuah lapisan tipis bahan elektrolit. Gambar 2.1 memperlihatkan susunan sensor elektrokimia (Rivai, 2007).
Udara yang datang menempel bagian atas sensor melalui kapiler khusus yang terbuka, kemudian berdifusi melalui membran hidrophobik. Udara yang menempel tersaring sehingga hanya gas tertentu yang menyentuh elektroda sensor. Pendekatan ini diperlihatkan pada Gambar 2.1 digunakan untuk mengetahui jumlah sebenarnya dari gas yang bereaksi pada elektroda sensor kemudian menghasilkan tegangan listrik.
Gambar 2.2 Proses difusi gas pada membran hidrophobik (Rivai, 2007).
Gas yang berdifusi melalui membran penghalang bereaksi pada permukaan elektroda sensor melalui salah satu mekanisme oksidasi atau reduksi. Reaksi ini merupakan katalis dengan bahan elektroda khusus yang dikembangkan untuk menarik gas tertentu.
Resistor yang terhubung menyilang pada elektroda tersebut mengalirkan yang sebanding dari anoda ke katoda. yang terukur dapat menentukan konsentrasi gas tersebut. Karena dihasilkan dalam proses ini, sensor elektrokimia disebut juga sensor udara amperometrik atau sel bahan bakar mikro.
a. Komponen-komponen utama sensor.
12
a. Elektrolit, larutan yang memfasilitasi terjadinya reaksi dan menghantarkan ion-ion antar elektroda.
b. Elektroda, pemilihan bahan elektroda sangat penting.
c. Membran permeabel gas, disebut juga membran hidrophobik. Digunakan sebagai katalis elektroda, mengontrol jumlah molekul gas yang terjangkau dipermukaan elektroda.
d. Filter, sebuah filter pembersih dipasang diatas sensor untuk menyaring gas yang tidak diinginkan. Gambar 2.3 memperlihatkan filter sensor tersebut.
Gambar 2.3 Filter sensor elektrokimia
Ukuran filter disesuaikan dengan keefektifan penyaringannya. Biasanya filter yang digunakan adalah filter medium dari arang aktif.
b. Sensor Gas Figaro Tipe TGS 2201
alumunium bersama dengan heater yang diintegrasikan. Di dalam elemen sensor dapat mendeteksi adanya gas, sensor dapat merubah konduktivitas gas bergantung pada konsentrasi gas di udara.
Gambar 2.4 Sensor TGS 2201
Elemen 1 - Gas Pembuangan Bahan Bakar Diesel
Bagian utama gas pembuangan diesel ialah NOx. Gambar 2.5 melambangkan karakteristik dari sifat kepekaan untuk elemen 1, semua data yang sudah dikumpulkan dikondisikan dengan standar tes. Sumbu Y ditunjukkan sebagai perbandingan resistansi sensor (RS/RO) yang digambarkan sebagai berikut.
14
Gambar 2.5 Grafik Karakteristik elemen sensor 1
Sensor ini mempunyai nilai resistansi RSyang akan berubah bila terkena gas dan juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang berguna untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.Output tegangan pada hambatan RL (VOut) digunakan sebagai masukan pada mikroprosesor. Nilai resistansi RL dipilih agar konsumsi daya dari sensor (PS) dibawah batas 15 mW, nilai PSakan meningkat pada waktu nilai resistansi sensor RS sama dengan nilai resistansi (Dimas Prakoso, 2010).
Elemen 2–Gas Pembuangan Bahan Bakar Bensin
ditunjukkan sebagai perbandingan resistansi sensor (RS/RO) yang digambarkan sebagai berikut.
RS= Resistansi sensor di gas yang ditunjukkan dalam berbagai konsentrasi. RO= Resistansi sensor di udara bersih
Gambar 2.6 Grafik Karakteristik elemen sensor 2
Ciri–ciri TGS 2201. 1. Elemen sensor ganda
2. Kepekaan yang tinggi untuk memancarkan sisa pembakaran gas oleh bahan bakar bensin maupun diesel.
16
Penutup Plastik Kasa Baja Tahan Karat
Gambar 2.7 Arsitektur sensor TGS 2201 (Figaro Engineering Inc, 2008).
Alat ini memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap emisi gas buang berupa gas CO, NO, NO2, H2, dan senyawa hidrokarbon. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan salah satu komponen gas di udara, misalnya gas CO dengan tingkat konsentrasi tertentu maka resistansi elektrik sensor tersebut akan menurun. Sehingga akan menyebabkan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Secara umum bentuk dari sensor gas jenis TGS 2201 dapat dilihat pada gambar ilustrasi berikut.
E le m e n S e n s o r 1 E le m e n S e n s o r 2
B in g k a i T im a h
1 2 3 4
0,25 0,05+
1. Sensor elektroda 1(-) 2. Common (+)
Gambar 2.8. Ilustrasi gambar komponen sensor TGS 2201
Sensor memerlukan dua imput tegangan yaitu tegangan pemanas (VH) dan tegangan sirkuit (VC) tegangan pemanas (VH) diletakkan ke pemanas yang terintegrasi untuk menjaga elemen sensing pada suhu tertentu yang optimal untuk sensing atau penginderaan. Tegangan sirkuit diaplikasikan untuk mengukur tegangan keluaran VRL1 dan VRL2 yang masing–masing disilangkan dengan RL1 dengan RL2. Masing–masing beban resistor dihubungkan secara seri dengan komponen–komponen yang berhubungan dengan sensing. Adapun gambar rangkaian sensor TGS 2201 adalah seperti berikut.
18
Umumnya sirkuit listrik dapat digunakan untuk kedua tegangan sirkuit dan tegangan pemanas guna pemenuhan kebutuhan listrik sensor. Beban nilai resistor untuk mengoptimalkan nilai ambang alarm, untuk menjaga disipasi daya dari semikonduktor di bawah 15 mW. Disipasi daya tertinggi PSketika nilai dari RSadalah untuk RL pada penyerapan gas nilai daya disipasi (PS) dapat dihitung dengan rumus.
=( ) ...(1)
Sedangkan untuk menentukan nilai resistansi sensor dapat diperoleh dengan
menggunakan rumus seperti berikut.
=( ) ...(2)
(Soetyono, 2007)
C. Mikrokontroler ATMEGA 8535
umum AVR dibagi menjadi 4 kelas, yaitu ATtiny, AT90sxx, ATMega dan AT86RFxx. Perbedaan antara tipe AVR terletak pada fitur-fitur yang ditawarkan, sementara dari segi arsitektur dan intruksi yang digunakan hampir sama (Heryanto dan Wisnu, 2008).
1. Arsitektur ATMega8535 a. Fitur
1. 8 bit AVR berbasis RISC dengan performa tinggi dan konsumsi daya rendah
2. Kecepatan maksimal 16MHz 3. Memori:
a. 8 KB Flash b. 512 Byte SRAM c. 512 Byte EEPROM 4. Timer/Counter :
a. 2 buah 8 bit timer/counter b. 1 buah 16 bit timer/counter c. 4 kanal PWM
5. 8 kanal 10/8 bit ADC
6. Programmable serial USART 7. Komparator analog
20
Gambar 2.10 Blok Diagram ATMega8535
b. Konfigurasi Pin
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.
4. PORTC (PORT0-7), merupakan pin I/O dua arah dan fungsi khusus. 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 (Upiyan, 2010).
c. Peta Memory
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.
a. Flash Memory
22
[image:30.595.219.408.140.365.2]tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash memori.
Gambar 2.12 Memori Program AVR ATMega8535
b. SRAM
Gambar 2.13 Peta Memori Data AVR ATMega8535
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).
24
Gambar 2.14 Blok Diagram ATMega 8535
Bagian-bagian blok diagram di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. ALU (Arithmatic Logic Unit) adalah processor yang bertugas mengeksekusi (eksekutor) kode program yang ditunjuk oleh program counter.
2. Program Memori adalah memori Flash PEROM yang bertugas menyimpan program (software) dalam bentuk kode-kode program (berisi alamat memori beserta kode program dalam ruangan memori alamat tersebut) yang telah dicompile berupa bilangan heksa atau biner.
3. Program Counter(PC) adalah komponen yang bertugas menunjukkan ke ALU alamat program memori yang harus diterjemahkan kode programnya dan dieksekusi.
5. Static Random Access Memory (SRAM) adalah RAM yang bertugas menyimpan data sementara sama seperti RAM pada umumnya mempunyai alamat dan ruangan data.
6. Internal Pheripheral adalah peralatan/modul internal yang ada dalam mikrokontroler seperti saluran I/O, interupsi eksternal, Timer/Counter, USART, EEPROM dan lain-lain.
Fitur-fitur yang terdapat dalam ATMega 8535 yaitu,
1. Performa tinggi, termasuk mikrokontroler 8-bit AVR daya rendah. 2. Arsitektur RISC yang telah maju
a. 130 instruksi kuat–Most Single Clock Cycle Execution b. 32 x 8 Register kerja multifungsi
c. Operasi statis penuh
d. Throughputhingga 16 MIPS pada 16 MHz e. Multiplier 2-cycle on-chip
3. Programnon-volatiledan data memori
a. 8K bytes In-System Self-Programmable Flash dengan kemampuan 10.000write/erase cycle
b. 512 bytes EEPROM dengan kemampuan 10.000write/erase cycle c. 512 bytes RAM internal
d. Penguncian program untuk keamanan sistem
3. I/O dan paket
a. 32 programmable I/O lines
26
4. Tingkat kecepatan
a. 0–8 MHz untuk ATmega8535L b. 0 - 16 MHz untuk ATmega8535 5. Tegangan operasi
a. 2,7–5,5 volt untuk ATmega8535L b. 4,5–5,5 volt untuk ATmega8535 6. Fitur spesial mikrokontrolernya
a. Power-on reset dan deteksiprogrammable brown-out b. Osilator RC kalibrasi internal
c. Interupt source external dan internal
d. Enam mode Sleep: Idle, ADC noise reduction, save, Power-down, Stand-by,danExtended Stand-by.
7. Fitur Pheripheral
a. Dua timer/counter 8-bit dengan Separate Prescalers dan Compare Modes
b. Satu timer/counter 16-bit dengan Separate Prescalers, Compare Modes, danCapture Modes.
c. Counter real time dengan osilator terpisah d. Empat channel PMW
e. 8 channel, 10-bit ADC
f. Serial interface dwikabel byte-oriented g. Programmable serial USART
h. Master/slave SPI serial interface
D. Komunikasi Serial
Komunikasi serial ialah pengiriman data secara serial (data dikirim satu persatu secara berurutan), sehingga komunikasi serial jauh lebih lambat daripada komunikasi paralel. Serial port lebih sulit ditangani karena peralatan yang dihubungkan ke serial port harus berkomunikasi dengan menggunakan transmisi serial, sedang data di komputer diolah secara paralel.
Oleh karena itu data dari dan ke serial port harus dikonversikan ke dan dari bentuk paralel untuk bisa digunakan. Menggunakan hardware, hal ini bisa dilakukan oleh Universal Asyncronous Receiver Transmimeter (UART), kelemahannya adalah membutuhkan software yang menangani register UART yang cukup rumit dibanding pada parallel port. Kelebihan dari komunikasi serial ialah panjang kabel jauh dibanding paralel, karena serial port mengirimkan logika “1” dengan kisaran
tegangan–3 V hingga–25 V dan logika 0 sebagai +3 Volt hingga +25 V sehingga kehilangan daya karena panjangnya kabel bukan masalah utama. Bandingkan dengan port paralel yang menggunakan level TTL berkisar dari 0 V untuk logika 0 dan +5 Volt untuk logika 1. Berikut contoh bentuk sinyal komunikasi serial . Umumnya sinyal serial diawali dengan start bit, data bit dan sebagai pengecekan data menggunakan parity bit serta ditutup dengan 2 stop bit. Level tengangan -3 V hingga +3 V dianggap sebagaiundetermined region.
28
Tabel 2.1. Alamat dan IRQ Port Serial
Nama Alamat IRQ
COM1 3F8H 4
COM2 2F8H 3
COM3 3E8H 4
(Andi, 2010).
Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi paralel seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner dan sistem akuisisi data yang terhubung ke port COM1/COM2.
Penghubung pada komunikasi serial port dibagi menjadi 2 (dua ) kelompok yaitu Data Communication Equipment (DCE) dan Data Terminal Equipment (DTE). Contoh dari DCE ialah modem, plotter, scanner dan lain lain sedangkan contoh dari DTE ialah terminal di komputer. Spesifikasi elektronik dari serial port merujuk padaElectronic Industry Association(EIA) :
1. “Space” (logika 0) ialah tegangan antara + 3 hingga +25 V. 2. “Mark” (logika 1) ialah tegangan antara –3 hingga–25 V.
3. Daerah antara + 3V hingga–3V tidak didefinisikan /tidak terpakai 4. Tegangan open circuit tidak boleh melebihi 25 V.
5. Arus hubungan singkat tidak boleh melebihi 500 mA.
Gambar 2.15 DB 9 Jantan
Gambar 2.16 DB 9 Betina
Konektor port serial terdiri dari 2 jenis, yaitu konektor 25 pin (DB25) dan 9 pin (DB9) yang berpasangan (jantan dan betina). Bentuk dari konektor DB-25 sama persis dengan port paralel. Umumnya COM1 berada dialamat 3F8H, sedangkan COM2 dialamat 2F8H.
[image:37.595.195.428.257.432.2]30
Tabel 2.2. Konfigurasi pin dan Nama Bagian Pada Konektor Serial DB-9 Nama PIN Isyarat Arah Keterangan
1 DCD In Pendeteksi Pembawa Data/Pendeteksi
Penerima Sinyal
2 RxD IN Penerima Data
3 TxD OUT Pengirim Data
4 DTR OUT Terminal Data
5 GND - Ground
6 DSR IN Pen-setting Data
7 RST OUT Pengirim Pesan
8 CTS IN Hapus Kiriman
9 RI IN Indikator Lingkaran
(Jhoniar, 2010)
E. Borland Delphi
Borland Delphi 7 merupakan bahasa pemrograman berbasis Windows . Delphi 7 dapat membantu untuk membuat berbagai macam aplikasi yang berjalan di sistem operasi Windows , mulai dari sebuah program sederhana sampai dengan program yang berbasiskan client/server atau jaringan. Delphi , termasuk aplikasi yang dapat digunakan untuk mengolah teks, grafik, angka, database dan aplikasi web.
Khusus untuk pemrograman database, Delphi menyediakan object yang sangat kuat, canggih dan lengkap, sehingga memudahkan pemrogram dalam merancang, membuat dan menyelesaikan aplikasi database yang diinginkan. Berikut ini sebagian kecil dari banyak kelebihan Borland Delphi 7 :
1. Berbasis Object Oriented Programming (OOP). Setiap bagian yang ada pada program dipandang sebagai suatu obyek yang mempunyai sifat-sifat yang dapat diubah dan diatur.
2. Satu file.exe. Setelah program dirancang dalam Intergrated Development Environment (IDE) Delphi , Delphi akan mengkompilasinya menjadi sebuah file executable tunggal. Program yang dibuat dapat langsung didistribusikan dan dijalankan pada komputer lain tanpa perlu menyertakan file DLL dari luar. 3. Borland Delphi 7 hadir bersama Borland Kylix 3 yang berbasiskan Linux ,
sehingga memungkinkan programmer untuk membuat aplikasi multi-platform. 4. Untuk dapat melakukan instalasi dan menggunakan Borland Delphi 7 dengan
normal, ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi, yaitu sebagai berikut : a. Prosessor Pentium 233 MHZ atau yang lebih tinggi.
b. Sistem Operasi Microsoft Windows XP, Windows 2000, atau Windows 98. c. Memory Membutuhkan RAM 64 MB untuk edisi Architect , Enterprise dan
Professional , kecuali untuk edisi Personal 32 MB. Disarankan 128 MB. d. Ruang Hard Disk Untuk edisi Architect membutuhkan 124 MB, untuk
32
membutuhkan 175 MB, untuk instalasi compact dan 160 MB untuk instalasi penuh.
e. CD-ROM drive f. Monitor SVGA
g. Mouse (Firdaus, 2011).
Dalam interface, program delphi dibagi bagi dalam beberapa interface, yaitu: 1. Palete komponen
Palete (Toolbar) ini merupakan tempat untuk meletakkan komponen-kompoenen dalam delphi. Komponen palete terdiri dari banyak palet seperti palet standar yang berisi komponen komponen standar seperti button, label (untuk menampilkan huruf) dll.
2. Object tree view
Window ini digunakan untuk melihat komponen apa saja yang digunakan dalam form. Setiap komponen yang berada dalam form akan terlihat disini. Seperti dalam contoh terdapat sebuah komponen button. Jika dalam delphi anda tidak menampilkan window ini maka anda bisa memunculkan dengan klik Window | Object TreeView pada menu bar.
3. Object inspector
Window ini digunakan untuk menampilkan property dari obyek. Setiap obyek dalam delphi memiliki properti.
4. Code editor
5. Form Designer
Jika code editor digunakkan untuk ‘mendesain’ code yang diketikkan, maka form designer digunakan untuk mendesain tampilan dari aplikasi yang akan dibuat.
Karateristik pemrograman delphi. 1. Tidak case sensitive
Pemrograman delphi tidak case sensitive, artinya delphi tidak membedakan huruf besar dan huruf kecil.
2. Object based.
Delphi merupakan pemgraman berorientasi obyek, artinya hampir seluruhnya merupakan object. Seperti button yang merupakan komponen turunan dari object dengan nama TObject. Obyek ini merupakan object utama dalam delphi. Hampir semua komponen diturunkan dari obyek ini.
3. Pemrograman delphi merupakan pengembangan dari pemrograman bahasa pascal, sehingga bahasanya hampir mirip, tetapi memiliki kelebihan yang sangat banyak, seperti tipe data yang lebih fleksibel dan besar.
4. Modularitas (Indriani, 2010).
34
A. Latar Belakang
Udara mempunyai arti yang sangat penting dalam kehidupan makhluk hidup dan keberadaan benda lainnya. Sehingga udara merupakan sumber daya alam yang harus dilindungi untuk kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya (Setyanto, 2010). Polusi udara akibat dari peningkatan penggunaan jumlah kendaraan bermotor yang mengeluarkan gas-gas berbahaya akan sangat mendukung terjadinya pencemaran udara dan salah satu akibatnya adalah adanya pemanasan global (Arifin, 2009). Pencemaran udara adalah kehadiran satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti (Septifan, 2010).
2
Udara hasil pembakaran motor diesel terdiri dari beberapa gas antara lain,carbon monoxide(CO),hidrocarbon(HC),carbon dioxides(CO2), nitrogen oxides(NOx) dan sulphur oxides (SOx). Semua gas tersebut mempunyai dampak yang buruk bagi kesehatan, maka dari itu perlu dilakukan minimalisir terhadap kandungan gas yang berbahaya tersebut. Terutama kandungan darinitrogen oxides (NOx). Gas ini terbentuk dari senyawa nitrogen dan oksida dikarenakan tiga kondisi yaitu suhu (T), waktu reaksi (t), dan konsentrasi oksigen (O2) (Septifan, 2010).
Nitrogen oksida (NOx) adalah salah satu jenis bahan pencemar udara, disamping bahan pencemar udara lain seperti debu, NH3, Pb, CO, SO2, hidrokarbon, H2S, dan lain-lain, yang secara sendiri atau bersamaan memiliki potensi membahayakan kesehatan lingkungan dan masyarakat. Pencemaran NOxdi udara mempunyai dampak terhadap lingkungan, baik langsung maupun tidak langsung. Dampak langsung dari pencemaran udara ini adalah terjadinya hujan asam yang dapat menyebabkan berbagai kerugian dan kerusakan, baik pada tanaman, bangunan dan lain-lain. Disamping itu, polusi NOxini dapat berdampak terhadap kesehatan manusia, seperti bronkitis dan asma (Prayudi, 2003).
mikrokontroler AT89C51. Pada ketiga penelitian tersebut hasil pengukurannya tidak disimpan secara langsung tetapi hanya ditampilkan pada LCD saja sedangkan pada penelitian yang akan dilakukan ini hasil pengukurannya akan disimpan secara langsung pada komputer dengan menggunakan komunikasi serial antara mikrokontroler ATMega8535 dan komputer yang digunakan.
Dari penelitian-penilitian yang sudah kami melengkapi kekurangan-kekurangan yang ada pada penelitian tersebut. Untuk itu kami akan melakukan penelitian untuk membuat suatu sistem mekanik yang dapat mengukur konsentrasi gas nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kendaraan bermotor secara langsung dengan menggunakan sensor Figaro TGS 2201 produksi Figaro Engineering dari Jepang sebagai bagian pensensor nitrogen oksida yang berbasis mikrokontroler ATMega8535 sebagai bagian akuisisi datanya.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan umum dilakukan penelitian ini adalah sebagai syarat kelulusan Strata1 di Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung. Adapun tujuan khusus yang dikehendaki dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Merealisasikan instrumen pengukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kendaraan bermotor, menampilkan hasil pengukuran dan menyimpan data pengukuran pada komputer;
4
C. Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan tersebut, diharapkan penelitian ini dapat memberikan manfaat yaitu tersedianya alat pengukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) menggunakan sensor gas TGS 2201 serta mengetahui tingkat konsentrasi nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kendaraan bermotor.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian tersebut, maka rumusan yang hendak diselesaikan adalah bagaimana merancang sistem elektronika yang mampu mengukur konsentrasi nitrogen oksida pada gas buang kendaraan bermotor secara langsung dengan akuisisi data yang lengkap dan kepekaan yang baik dengan menggunakan sensor Figaro TGS 2201 sebagai sensor gas nitrogen oksida (NOx), menampilkan hasil pengukuran dan menyimpan data pada komputer yang berbasis mikrokontroler ATMega 8535.
E. Batasan Masalah
Berikut beberapa batasan masalah pada penelitian: 1. Menggunakan sensor gas jenis Figaro tipe TGS 2201.
2. Parameter yang diukur oleh sensor adalah konsentrasi nitrogen oksida (NOx). 3. Udara atau gas uji berasal dari gas buang kendaraan bermotor berbahan bakar
THE REALIZATION OF THE MEASURING INSTRUMENTS ON THE CONCENTRATION OF NITROGEN OXIDE (NOX) FLUE GAS OF
VEHICLES USING THE MICROCONTROLLER-BASED SERIAL COMMUNICATIONS
By
JUANA ROMASTA NATALIA
This research has done about the making of nitrogen oxide (NOx) measurement
instruments on flue gas of vehicle based ATMega 8535 microcontroller using serial communications. This research intent on make a reality nitrogen oxide (NOx) concentration meter on flue gas of vehicle, displayed measurement result,
saved data of measurements on computer and applied ATMega 8535 microcontroller. The NOx concentration measurements are used two method i.e.
gas is accommodated in tube and plastic. From measurement results who has done to some vehicle, the highest and lowest of nitrogen oxide concentration are found to flue gas from Toyota (Truck Dump) and Toyota (Kijang LF 82 SUP) by using gas is accommodated in plastic method with concentration in amount of 0,98808 ppm and 0,2950 ppm. Whereas for method of gas is accommodated in tube, the highest and lowest of NOx concentration Toyota (truck dump) with
value in amount of 1 ppm and Toyota (Kijang SUPLR LI 02 LONG) in amount of 0,4516 ppm. Generally large concentration of NOxgas to flue gas every vehicle
will grow if time of measurement and rpm that is used greater.
ABSTRAK
REALISASI ALAT UKUR KONSENTRASI NITROGEN OKSIDA (NOx)
PADA GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega 8535 MENGGUNAKAN KOMUNIKASI
SERIAL
Oleh
JUANA ROMASTA NATALIA
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan alat ukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATMega 8535 menggunakan komunikasi serial. Penelitian ini bertujuan untuk merealisasikan instrumen pengukur konsentrasi nitrogen oksida (NOx) pada gas buang kndaraan bermotor, menampilkan hasil pengukuran, menyimpan data pengukuran pada komputer dan mengaplikasikan mikrokontroler ATMega 8535. Pada pengukuran konsentrasi nitrogen oksida (NOx) digunakan dua metode yakni gas ditampung di dalam tabung dan plastik. Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan pada beberapa kendaraan, konsentrasi nitrogen oksida paling tinggi dan terendah terdapat pada gas buang dari kendaraan Toyota (Truck Dump) dan Toyota/Kijang LF 82 SUP dengan menggunakan metode gas ditampung di dalam kantong plastik dengan konsentrasi sebesar 0,98808 ppm dan 0,29500 ppm. Sedangkan untuk metode ditampung dalam tabung konsentrasi NOx paling tinggi dan terendah pada kendaraan Toyota (Truck Dump) dengan nilai sebesar 1 ppm dan Toyota/Kijang SUPLR LI 02 LONG sebesar 0,45160 ppm. Secara umum besarnya konsentrasi gas NOx pada gas buang tiap kendaraan akan bertambah besar jika waktu pengukuran dan rpm yang digunakan semakin besar.
SERIAL (Skripsi)
Oleh
JUANA ROMASTA NATALIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
