2
1. Pendahuluan
Sampah akan selalu menjadi sebuah masalah yang melekat di Indonesia. Di mana ada manusia, pasti akan ada sampah yang dihasilkan dalam serangkaian aktivitas kesehariannya. Semakin bertambahnya pertumbuhan populasi manusia, mengakibatkan semakin bertambahnya volume limbah yang dihasilkan dari rumah tangga. Hal ini akan menjadi masalah yang besar apabila manusia sendiri dari lingkungan rumah tangga tidak mampu membuang dan mengelola sampah dengan baik [1].
Ada dua kategori sampah secara umum dalam rumah tangga, yaitu sampah organik yang mudah membusuk dan sampah anorganik yang sulit terurai oleh mikroorganisme seperti kertas, kaca, plastik dan logam [2]. Ketersediaan tempat sampah di tempat umum juga sudah dilengkapi dengan warna yang berbeda guna memudahkan seseorang memilah jenis sampah yang akan dibuang, baik berupa sampah organik, anorganik dan metal [3]. Dari pemahaman ini banyak masyarakat yang tahu tentang perbedaan jenis kategori sampah, akan tetapi masih terdapat masalah di mana sampah yang dibuang tidak sesuai dengan tempatnya. Selain itu juga tempat sampah yang tidak dirawat dan diperhatikan akan menjadikan tidak menarik sehingga manusia enggan untuk membuang sampah pada tempat yang disediakan. Pada intinya, kesadaran setiap individu akan kebersihan lingkungan dan pengelolaan sampah harus ditingkatkan mulai dari ruang lingkup rumah tangga.
Pembuangan sampah secara manual tidak menutup kemungkinan seseorang salah memasukkan sampah ke dalam tempat sampah yang sudah dikategorikan. Maka dari itu perlu dibuat sistem tempat sampah otomatis yang menarik dan memaksa seseorang membuang jenis sampah yang dia miliki ke dalam tempat sampah sesuai kategori yang tepat. Penelitian ini bertujuan untuk membuat prototipe tempat sampah pintar yang dapat mengenali jenis sampah organik, anorganik, dan logam menggunakan sensor proximity induktif, kapasitif, dan inframerah. Setelah jenis sampah diidentifikasi, tutup tempat sampah berdasarkan jenis sampahnya akan terbuka otomatis dengan bantuan servo diiringi oleh suara yang akan mengatakan jenis sampah dan mengarahkan seseorang tersebut untuk membuang sampah kedalam tempat sampah yang sesuai kategori. Dengan adanya alat ini, mulai dari ruang lingkup rumah tangga akan terbiasa untuk memilah sampah sesuai kategori yang tepat.
2. Metode
2.1. Mekanik
Alat yang dirancang terdiri dari 2 bagian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Bagian pertama yaitu tiang sensor pipa 3 inci berbahan dasar PVC (polivinil klorida) yang berfungsi untuk mendeteksi jenis sampah sebelum masuk ke dalam tempat sampah. Lalu bagian kedua yang ditunjukkan pada Gambar 2 – Gambar 4 merupakan tempat sampah yang terdiri dari 3 kategori, yaitu organik, anorganik dan metal. Sedangkan Gambar 5 merupakan realisasi alat yang dihasilkan
3
Gambar 1. Desain tiang sensor
Gambar 2. Tempat sampah tampak depan
Gambar 3. Tempat sampah tampak belakang
Gambar 4. Ukuran tempat sampah
4
Gambar 5. Realisasi alat
2.2. Perancangan sistem
Gambar 6 menunjukkan diagram blok sistem yang dirancang. Alat ini dilengkapi tiga sensor untuk membedakan setiap jenis sampah sebelum masuk ke dalam tempat sampah.
Sampah harus dideteksi satu per satu, sebab hal ini akan mempengaruhi hasil pembacaan sensor dan tutup tempat sampah yang nantinya terbuka tidak sesuai dengan jenis sampahnya. Jika tidak ada sampah yang terdeteksi maka tempat sampah tidak akan terbuka. Ketiga sensor ini memberikan input kepada arduino pro mini yang nantinya akan diolah lalu memberikan perintah kepada aktuator berupa servo untuk membuka / menutup tempat sampah dan juga dfplayer mini yang akan menghasilkan output suara melalui speaker yang telah diperkuat oleh amplifier PAM 8403. Suara yang dihasilkan nantinya akan membantu user dalam mengetahui jenis sampah yang akan dia buang, lalu membuang sampah ke dalam tempat sampah yang terbuka tutupnya.
Gambar 5. Diagram blok perancangan
Pada Gambar 7 menunjukkan diagram alir sistem. Saat pertama kali dinyalakan, sensor proximity akan standby untuk mendapatkan masukan. Apabila sensor mendapat masukan, maka akan mulai proses pengkondisian. Kondisi pertama jika nilai sensor induktif = HIGH, kapasitif = HIGH, dan inframerah = HIGH maka sampah yang dideteksi merupakan jenis logam, dan apabila kondisi pertama tidak terpenuhi, maka akan masuk
5
yang akan memandu seseorang membuang sampah sesuai kategori sampah yang disediakan. Lalu sampah akan menutup diiringi pesan suara terimakasih telah membuang sampah pada tempatnya dan proses pembuangan sampah selesai.
Gambar 6. Diagram alir perancangan
2.3. Elektrik
Sistem dikendalikan menggunakan mikrokontroler Atmega 328. Atmega 328 merupakan mikrokontroler CMOS 9-bit berdaya rendah. Arduino Pro Mini hadir dengan versi tegangan 3,3V dan 5V. Dalam perancangan digunakan versi 5V karena menggunakan crystal 16 Mhz yang memiliki kelebihan eksekusi instruksinya lebih cepat daripada versi 3,3V. Pro Mini memiliki 14 digital pin I/O dengan Ground dan VCC. Berdasarkan jumlah pin yang cukup dan bentuknya yang minimalis serta mudah digunakan, Pro Mini sangat tepat digunakan dalam pembuatan prototipe perancangan kali ini [4]. Gambar 8 menunjukkan bentuk fisik Arduino Pro Mini.
6
Gambar 7. Arduino Pro mini
Penelitian ini mengunakan 3 buah sensor proximity, yaitu proximity induktif, kapasitif, dan inframerah. Sensor proximity merupakan sensor yang dapat mendeteksi keberadaan benda yang berada di depan kepala sensor tanpa perlu bersentuhan. Pada dasarnya sensor ini memancarkan medan elektromagnetik dan mendeteksi perubahan bidang dengan cara mengidentifikasi sinyal pantulan yang diterima. Untuk sensor proximity induktif berfungsi untuk mendeteksi jenis sampah logam, sensor kapasitif dapat mendeteksi bahan logam dan non logam, sedangkan sensor inframerah untuk mendeteksi jenis bahan yang berada di jangkauan kerja sensor [5].
Motor servo merupakan sebuah motor DC yang dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu dapat diatur sesuai sudut yang diinginkan. Hal ini sesuai apabila difungsikan untuk membuka dan menutup tempat sampah [6].
Modul DFPlayer mini digunakan untuk memutar file mp3 dan bisa langsung dihubungkan ke speaker. Modul ini dapat digunakan secara stand alone dengan menggunakan push button, dan speaker atau dikombinasikan dengan arduino. Modul ini bekerja pada tegangan 3,2V – 5V. Fitur komunikasinya melalui komunikasi serial dengan level tegangan pin Rx dan Tx sebesar 3,3V. Sedangkan PAM 8403 merupakan golongan audio amplifier class-D yang digunakan untuk sound amplifier pada perancangan ini [7].
Gambar 9 menunjukan bentuk fisik aktuator servo.
Gambar 9. Motor servo
Gambar 10. Rangkaian power supply board
Pada Gambar 10 terdapat dua catu daya yang dihasilkan yaitu tegangan 5 V dan 12 V.
Tegangan 5 V berfungsi untuk memberikan supply tegangan kepada mikrokontroler, 3
7
Gambar 11. Rangkaian microcontroller dan actuators board
Gambar 12. Rangkaian sensor board
Gambar 11 merupakan rangkaian yang berisikan mikrokontroler dan beberapa aktuator seperti servo, PAM 8403, dan juga dfplayer mini. Gambar 12 menggambarkan rangkaian sensor board, yang terdapat optocoupler PC817 yang berfungsi untuk mengolah sinyal agar nantinya dapat diterima oleh arduino pro mini berupa sinyal 5 V (HIGH) dan 0 V (LOW). Apabila tidak menggunakan rangkaian ini, output yang dihasilkan oleh sensor sesuai dengan input yang diberikan yaitu 12 V dan 0 V yang dimana tidak dapat diterima oleh input Arduino Pro Mini.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Pengujian Objek yang Mendekat
Sensor inframerah, proximity induktif, dan kapasitif yang diletakkan pada tiang sensor dapat mendeteksi objek yang mendekat. Akan tetapi, sensor inframerah dengan proximity induktif maupun kapasitif memiliki jarak sensitif yang berbeda - beda.
8
Tabel 1. Jarak pembacaan sensor
Jenis Sensor Jarak Objek dengan sensor Proximity Inframerah >0,5 cm dan <=13 cm
Proximity Induktif <=0,8 cm Proximity Kapasitif <=0,8 cm
Pada Tabel 1 menunjukkan jarak pembacaan tiap sensor, di mana sensor inframerah memiliki sensitivitas jarak baca yang paling jauh dibandingkan kedua sensor lainnya, sehingga pada jarak baca antara 0,5 – 0,8 cm merupakan jarak terbaik yang dapat dibaca oleh ketiga sensor secara bersamaan. Gambar 13 menunjukkan bahwa PCB tembaga pada jarak 0,8 cm terdeteksi sebagai sampah logam, sedangkan Gambar 14 menunjukkan PCB tembaga yang dideteksi pada jarak lebih dari 0,8 cm terdeteksi sebagai sampah organik.
Gambar 13. Jarak ketika deteksi sampah 0,8 cm Gambar 14. Jarak ketika deteksi sampah 13 cm
3.2. Pengujian Deteksi Sampah Berdasarkan Kategori
Setelah ketiga sensor membaca secara bersamaan, sinyal akan diteruskan dan diproses oleh Arduino Pro Mini apakah objek yang terdeteksi masuk dalam kategori sampah Logam, Anorganik, atau Organik, seperti yang ditunjukkan Tabel 2. Lalu tempat sampah akan terbuka sesuai dengan objek yang terdeteksi dan speaker akan mengeluarkan output suara jenis sampah tersebut. Untuk sampel sampah yang digunakan berjumlah 5 objek setiap kategorinya, dan dilakukan percobaan sebanyak 10 kali setiap objek untuk mengukur tingkat keberhasilan dalam persen (%).
Tabel 2. Percobaan sampel sampah Kategori Nama Sampah Jumlah Berhasil
(10 kali)
Jumlah Gagal (10 kali)
Persentase Keberhasilan (%)
Logam
Penggaris Besi 9 1 90
PCB Tembaga 9 1 90
Mata Gerinda Besi 9 1 90
Asbak Besi 10 0 100
Gunting 0 10 0
Rata – rata keberhasilan 74%
Organik
Kayu 10 0 100
Kulit Jeruk 10 0 100
Daun Ketapang 10 0 100
Ampas Teh 10 0 100
Kertas 10 0 100
Rata – rata keberhasilan 100%
Anorganik
Sendok Plastik 9 1 90
Masker Medis 8 2 80
Plastik mika 10 0 100
9
Pada nama sampah gunting, dan sedotan seluruh percobaan mengalami kegagalan, hal ini disebabkan dimensi sampah tersebut tidak sesuai dengan spesifikasi yaitu minimal (3×4)cm. Hal ini menyebabkan hanya beberapa sensor saja yang dapat mendeteksi, sedangkan sensor lainnya tidak mendeteksi. Dan untuk nama sampah dengan jumlah percobaan yang gagal kurang dari 3 kali, hal ini dikarenakan pertama kali sampah dideteki tidak berada tepat pada jarak 0,8 cm dan menyebabkan sinyal yang dikirim ke microcontroller tidak akurat. Gambar 14 merupakan sampel sampah yang digunakan dalam percobaan kali ini.
Gambar 14. Sampel sampah
3.3. Pengujian Suara dan Servo
Pengujian terakhir berkaitan dengan output suara yang dikeluarkan oleh speaker dan servo yang berfungsi untuk membuka tutup tempat sampah. File mp3 yang disimpan di dalam SD card dapat diproses dengan baik oleh modul dfplayer mini dan besar kecilnya suara dapat diatur melalui potensiometer PAM 8403. Ketika terdeteksi sampah logam speaker akan berbunyi “Silahkan masukkan ke tempat sampah logam”, apabila terdeteksi sampah anorganik akan berbunyi “Silahkan masukkan ke tempat sampah anorganik”, sedangkan ketika terdeteksi sampah organik akan membunyikan “Silahkan masukkan ke tempat sampah organik”, terakhir ketika tempat sampah telah tertutup akan ada pesan suara “Terimakasih telah membuang sampah pada tempatnya”. Lalu ketiga servo juga berfungsi dengan baik untuk membuka dan menutup tempat sampah. Tabel 3 merupakan hasil pengujian servo dan output suara.
Tabel 3. Pengujian servo dan output suara Kategori
Sampah
Tutup Tempat Sampah yang Terbuka
Output Suara
Logam Anorganik Organik
Logam Terbuka Tertutup Tertutup Berbunyi
Anorganik Tertutup Terbuka Tertutup Berbunyi
Organik Tertutup Tertutup Terbuka Berbunyi
10
4. Kesimpulan
Alat ini telah diuji dan dapat bekerja dengan baik ketika ketiga sensor yaitu inframerah, proximity induktif, dan kapasitif membaca dalam waktu bersamaan. Selain itu juga jarak objek dengan kepala sensor harus berada pada rentang 0,5 – 0,8 cm. Dengan dimensi minimal 3 × 4 cm, sampel sampah yang dideteksi dilakukan per objek secara bergantian.
Apabila dilakukan secara bersamaan akan menghasilkan pembacaan yang tidak tepat.
Pada pengujian yang dilakukan, hanya satu tempat sampah yang akan terbuka sesuai dengan hasil pembacaan ketiga sensor, apakah terdeteksi logam, organik atau anorganik.
Terdapat lima sampel sampah per kategori dan setelah diuji 10 kali setiap sampelnya, didapat persentase keberhasilan rata – rata sampah logam memiliki persentase keberhasilan 74%, sedangkan sampah anorganik 72%, dan yang terakhir yaitu sampah organik 100%. Dfplayer mini dapat memproses file .mp3 yang berasal dari micro sd card sampai menghasilkan output suara melalui speaker dengan sangat baik. Edukasi pemilahan sampah rumah tangga melalui suara dan otomatisasi ini sangat efektif untuk diterapkan, karena pengguna tidak perlu repot untuk membaca sebuah tulisan dan membuka maupun menutup tempat sampah secara manual.
