TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI DAN
PENANGGULANGAN KEBOCORAN GAS LPG
BERBASIS SENSOR TGS2610
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan menempuh pendidikan Program Strata I di Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
RIDA ANGGA KUSUMA NIM : 13108002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER
i
ABSTRAK
Dalam tugas akhir ini telah dirancang suatu sistem pendeteksi kebocoran gas elpiji serta cara penanggulangannya yang bekerja secara otomatis. Sistem mekanik akan membuka tuas yang berada di dalam regulator gas ketika sensor mendeteksi adanya kebocoran gas elpiji di sekitar sumber gas tersebut dengan bunyi alarm yang nyaring, sehingga kejadian kecelakaan ledakan dan kebakaran dapat dihindari. Sensor yang digunakan pada perancangan tugas akhir ini menggunakan tipe TGS2610 dimana sistem pendeteksian gas Elpiji dilakukan berdasarkan perbandingan tegangan keluaran dari sensor gas terhadap kadar gas yang ada di udara.
Sistem mekanik yang digunakan untuk menggerakan tuas regulator gas adalah dengan motor servo yang putarannya di kontrol dengan sejumlah pulsa tertentu, sehingga ketika memasang dan melepas regulator gas dapat dilakukan hanya dengan satu tombol saja melalui panel kontrol. Rangkaian sistem pendeteksi gas Elpiji ini dilengkapi dengan baterai cadangan sehingga jika terjadi padam listrik dari PLN rangkaian akan tetap bekerja dengan baik. Dengan desain mekanik yang telah dirancang, regulator gas dapat diganti dengan mudah dengan ukuran yang umum beredar di pasaran.
ii
ABSTRACT
In this final assignment has designed LPG leak gas detection system along
with to overcome that works automatically. The mechanic system will open stem
in the gas regulator when the sensor detecting of LPG gas leakage around the gas
source with a loud alarm sound, so the incidence of accidental explosions and
fires can be avoided. Sensor is used in the design of this final assignment using
TGS2610 type which of LPG gas detection system is based on comparison of the
output voltage from the gas sensor to the gas levels on the air.
The Mechanic system is used to move the gas regulator stem is a servo
motor that spins in control with a certain pulse, so when installing and removing
the gas regulator can be done with a single button from control panel. The LPG
gas detection system is equipped with a battery backup so in case of electric
outages from PLN the circuit will keep work fine. With a mechanical design that
has been designed, the gas regulator can be replaced easily by the size of the
general market.
iii
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhannahu Wata’ala yang
telah melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul:
RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI DAN PENANGGULANGAN KEBOCORAN GAS LPG BERBASIS SENSOR TGS2610
Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh Pendidikan Program Sarjana di Jurusan Teknik Elektro Universitas Komputer Indonesia.
Penulis menyadari, bahwa masih banyak kekurangan dalam perancangan dan pembuatan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan. Semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para mahasiswa Universitas Komputer Indonesia pada khususnya dan dapat memberikan nilai lebih untuk para pembaca pada umumnya.
Bandung, September 2012
Penulis
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih atas segala bantuan dan dukungan hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini:
1. Allah SWT, Sang Maha Cinta yang telah memberikan limpahan anugerah serta lindungan pada hamba-Nya yang kecil ini.
2. Kedua Orang Tua, beserta kakak dan adik yang telah memberikan dukungan moril serta materil kepada penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
3. Dr. Ir. Eddy Soeryanto Soegoto, sebagai Rektor Universitas Komputer Indonesia.
4. Dr. Arry Ahmad Arman, sebagai Dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.
5. Bapak Muhammad Aria, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan dosen pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu, bimbingan dan masukan-masukan selama tugas akhir ini.
6. Ibu Tri Rahajoeningroem, M.T., selaku Koordinator Tugas Akhir. 7. Bapak Jana Utama, S.T., selaku selaku dosen wali.
8. Bapak Joko Prayitno, S.T., selaku dosen teknik elektro yang telah banyak memberikan solusi aplikatif atas masalah yang berhubungan dengan rangkaian elektronika.
v
10.Calon istriku tercinta, Dewi Mulyanah yang telah mendukung dan selalu memberikan support selama studi.
11.Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Akhir kata dengan kerendahan hati, penulis memanjatkan do’a kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala semoaga amal dan baik budi yang telah mereka
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGATAR ... iii
UCAPAN TERIMA KASIH ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Identifikasi Masalah ... 2
1.3 Rumusan Masalah ... 3
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Metode Penelitian ... 4
1.7 Sistematika Penulisan... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Alat Pendeteksi Gas Elpiji ... 7
2.2 Sensor Gas ... 8
vii
2.3.1 Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting
Comparator) ... 11
2.3.2 Komparator Membalik (inverting Comparator) ... 12
2.4 Osilator ... 13
2.5 Transistor sebagai Saklar ... 14
2.6 Buzzer ... 18
2.7 Motor Servo ... 19
2.8 Regulator Tegangan Catu Daya ... 21
2.9 D Flip-flop ... 22
2.10 Multivibrator Astabil ... 23
2.11 Charger Baterai ... 24
BAB III DASAR PEMILIHAN KOMPONEN 3.1 Pemilihan Komponen Komparator (pembanding) ... 26
3.2 Pemilihan Transistor sebagai Saklar ... 28
3.3 Pemilihan Buzzer ... 29
3.4 Pemilihan Motor Servo ... 29
3.5 Pemilihan Komponen Driver Motor Servo ... 31
3.6 Pemilihan Baterai ... 32
3.7 Pemilihan Komponen untuk Regulator Tegangan ... 34
BAB IV CARA KERJA DAN PERANCANGAN SISTEM 4.1 Blok Diagram Sistem ... 36
4.2 Sensor Gas TGS2610 ... 39
4.3 Rangkaian Komparator ... 40
viii
4.5 Rangkaian Penyangga/Buffer ... 44
4.6 Rangkaian Multivibrator Bistabil ... 45
4.7 Multivibrator Astabil ... 46
4.8 Regulator Tegangan Catu Daya ... 51
4.9 Charger Baterai Li-Ion ... 54
4.10 Indikator Sistem ... 55
4.11 Desain Perancangan Alat ... 56
BAB V PENGUJIAN DAN ANALISA 5.1 Pengujian Regulator Catu Daya ... 60
5.2 Pengujian Charger Baterai ... 60
5.3 Pengujian Sensor Gas ... 61
5.4 Pengujian Komparator ... 63
5.5 Pengujian Osilator ... 64
5.6 Pengujian Multivibrator Bistabil ... 65
5.7 Pengujian Multivibrator Astabil ... 66
5.8 Pengujian Keseluruhan... 66
5.9 Analisa Ketahanan Baterai ... 68
BAB VI PENUTUP 6.1 Kesimpulan ... 69
6.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Maraknya kebakaran dan kecelakaan yang disebabkan oleh bocor dan meledaknya tabung gas elpiji akhir-akhir ini, menjadi hal yang menakutkan bagi masyarakat pengguna gas tersebut. Maraknya kejadian tersebut tidak hanya menimbulkan kontroversi tapi juga ancaman dari berbagai kalangan terhadap pemerintah yang telah melakukan konversi gas. Elpiji sudah tidak lagi menjadi barang mewah, dan telah menjelma menjadi barang kebutuhan rumah tangga modern. Meskipun demikian, kewaspadaan saat menggunakan gas elpiji tidak boleh dilupakan. Apalagi belakangan ini telah banyak beredar tabung gas palsu tanpa logo Standar Nasional Indonesia (SNI). Salah satu resiko penggunaan gas elpiji adalah terjadinya kebocoran pada sela-sela tabung atau instalasi gas tersebut. Pusat Laboratorium Forensik (Puslabfor) Mabes Polri menyatakan, kasus ledakan yang dipicu tabung gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) ukuran 3 Kg di berbagai wilayah di kota indonesia murni disebabkan karena faktor human error. Dari data tersebut, ditemukan laporan kebocoran tabung gas yang disebabkan tabung sudah mengalami korosi. Penyebab lainnya adalah adanya upaya pengoplosan yang membuat rusaknya aksesori seperti selang, valve, dan regulator pada tabung gas (sumber: www.polri.go.id tahun 2011).
gas. Melalui gas mercaptane tersebut masyarakat sudah dapat menghindari ledakan gas elpiji, yaitu dengan cara pendeteksian bau gas dengan indra pencium/hidung. Namun karena terkadang tidak dihiraukan dan tidak menjadikannya waspada sehingga kecelakaan yang diakibatkan oleh kebocoran tabung gas pun tidak dapat dihindari. Gas elpiji terkenal dengan sifatnya yang mudah terbakar sehingga kebocoran peralatan elpiji beresiko tinggi terhadap kebakaran. Dikarenakan sifatnya yang sangat sensitif, maka perlu adanya perhatian khusus terhadap bahan bakar jenis ini.
Berdasarkan latar belakang diatas, timbul pemikiran mencoba diwujudkan suatu sistem pendeteksi bau gas elpiji yang dilengkapi dengan LED indikator dan alarm peringatan dini jika terjadi kebocoran di sekitar tabung gas elpiji. Selain itu sistem ini juga dilengkapi dengan mekanik pengendali katup gas yang dapat menutup secara otomatis jika terdeteksi adanya gas yang bocor dan membuka ketika dalam keadaan normal.
1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat diidentifikasi beberapa masalah yang ditemui dalam alat pendeteksi dan penanggulangan kebocoran gas elpiji berbasis sensor TGS 2610 adalah sebagai berikut.
1. Gas Elpiji merupakan gas yang sensitif terhadap kebakaran. Maka perlu adanya perhatian khusus dari segi keamanannya.
3. Tidak adanya suatu sistem pengaman atau penanggulangan secara khusus jika terindikasi adanya kebocoran gas elpiji.
4. Alat pendeteksi gas yang sudah ada hanya memberikan peringatan berupa bunyi alarm saja, tidak ada sistem penanggulangannya.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah di atas dapat dirumuskan suatu masalah yang relevan adalah.
1. Bagaimana cara merancang sebuah sistem yang dapat digunakan sebagai pendeteksi dan penanggulangan kebocoran gas elpiji dengan tepat guna? 2. Bagaimanakah mengkondisikan sensor TGS2610 yang dihasilkan dari
tugas akhir ini agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji? 3. Bagaimana cara mengimplementasikan suatu sistem tersebut, agar dapat
mendeteksi dan menanggulangi kebocoran gas elpiji.
1.4 Tujuan
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Merancang dan mengimplementasikan suatu sistem yang dapat mendeteksi adanya kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor TGS2610.
2. Mengkondisikan sistem rangkaian sensor TGS2610 agar sesuai dengan sistem pendeteksi gas elpiji yang diinginkan.
1.5 Batasan Masalah
1. Sensor yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah sensor gas TGS2610.
2. Peringatan tanda bahaya dari kebocoran gas akan ditampilkan melalui indikator LED dan bunyi dari buzzer.
3. Penanggulangan dini terhadap kebocoran gas adalah dengan menutupnya katup gas pada regulator secara otomatis sehingga mengakibatkan tidak adanya aliran gas yang keluar dari tabung elpiji. 4. Untuk penyesuaian karakteristik sensor gas, digunakan rangkaian
komparator sebagai pembanding tegangan.
5. Sistem yang dibuat tidak mendeteksi dimana sumber kebocoran gas elpiji.
1.6 Metode Penelitian
Dalam penulisan tugas akhir yang berjudul “Rancang Bangun Alat
Pendeteksi dan Penanggulangan Kebocoran Gas LPG Berbasis Sensor TGS2610” ini, penulis menggunakan beberapa metode, yaitu sebagai berikut.
a. Studi Pustaka
b. Perancangan Sistem dan Implementasi
Dilakukan dengan merancang sistem kebocoran gas elpiji dengan cara mendesain sistem, merancang blok diagram, membuat skematik rangkaian hingga menjadi suatu sistem yang lengkap.
c. Pengujian dan Analisis
Melakukan pengujian alat secara visual dan untuk memperoleh data dari beberapa bagian perangkat keras elektronik dan mekanik sehingga dapat diketahui sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Selain itu pengujian juga digunakan untuk mendapatkan hasil dan mengetahui kemampuan dan unjuk kerja dari sistem pendeteksi dan penanggulangan kebocoran gas elpiji.
1.7 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
BAB I : PENDAHULUAN
Menguraikan tentang latar belakang, tujuan rumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika pembahasan yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
BAB III : DASAR PEMILIHAN KOMPONEN
Membahas tentang pemilihan komponen vital yang akan dipakai dalam perancangan sistem berdasarkan analisa perbandingan untuk menentukan komponen yang paling sesuai yang ditinjau dari spesifikasi, harga, dan lain-lain.
BAB IV : CARA KERJA DAN PERANCANGAN SISTEM
Membahas tentang perancangan perangkat keras elektronis maupun perangkat keras mekanik serta prinsip kerja dari masing-masing sistem.
BAB V : PENGUJIAN DAN ANALISA
Membahas tentang hasil pengujian dari perancangan sistem mulai dari segi fungsi maupun kinerja sistem yang digunakan.
BAB VI : PENUTUP
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Alat Pendeteksi Gas Elpiji
Alat pendeteksi gas elpiji yang sudah beredar dipasaran pada umumnya terdiri dari beberapa rangkaian sensor gas sebagai alat pendeteksinya dan beberapa rangkaian tambahan lainnya dengan keluaran berupa bunyi alarm buzzer sebagai peringatan jika terjadi kebocoran gas elpiji. Alat pendeteksi gas elpiji ini sebenarnya masih jarang ditemui di toko-toko umum seperti toko peralatan aksesoris dan barang elektronika untuk rumah tangga, namun alat pendeteksi gas elpiji masih dapat ditemui melalui beberapa toko online atau melalui salesman yang menjual produk tersebut dengan sistem MLM dengan merk tertentu.
Alat pendeteksi gas elpiji yang banyak beredar dipasaran adalah produk import dari china dari berbagai merk tetapi bentuk kemasan dan rangkaiannya tidak jauh berbeda. Alat ini hanya berfungsi sebagai peringatan saja melalui bunyi alarm jika terjadi kebocoran gas elpiji dan tidak ada sistem backup jika terjadi mati listrik dari PLN. Salah satu produk yang beredar dipasaran adalah dari Elsmart.
Adapun spesifikasi alat pendeteksi gas elpiji yang sudah beredar dipasaran adalah sebagai berikut:
1. tegangan operasi dari PLN 220VAC, 2. bunyi alarm 80-90 dB,
3. suhu kerja sampai dengan 60o Celcius, 4. dimensi 115mm x 70mm x 40mm, 5. berat detektor gas ± 228 gram,
6. gas yang dideteksi adalah jenis propane dan butane, 7. harga jual antara Rp 200.000 sampai Rp 270.000.
2.2 Sensor Gas
Sensor adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menangkap suatu besaran fisika atau kimia yang setelah itu diubah menjadi sinyal elektrik berupa arus listrik ataupun tegangan. Besaran fisik yang mampu di tangkap oleh sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi tekanan, temperatur, cahaya, gaya, medan magnet, pergerakan dan lain sebagainya. Sedangkan zat kimia dapat berupa konsentrasi dari bahan kimia baik cairan maupun gas.
Sudah banyak di pasaran beredar sensor dengan berbagai jenis dan tipe untuk mendeteksi bau gas, salah satunya adalah tipe TGS 2610. Sensor TGS 2610 adalah suatu komponen semikonduktor yang berfungsi sebagai pengindera bau gas elpiji produksi FIGARO yang berasal dari jepang. Sensor ini terkenal dengan kualitas dan kemudahan untuk mendapatkannya. Disini dapat dikemukakan bahwa pengindera gas semacam itu dapat dikatakan sebagai resistor dengan Negative Pollution Coefficient (NPC). Karena secara teknis sensor gas tersebut
sama dengan resistor NPC, maka semakin tinggi konsentrasi gas yang tidak di inginkan, maka nilai hambatannya akan semakin rendah.
Gambar 2.2 Karakteristik Sensitivitas Sensor TGS2610
Sensor TGS 2610 sangat peka terhadap gas yang mengandung butana, dan liquefied petroleum. Kandungan gas butana dan liquefied petroleum terdapat
dalam korek gas yang banyak beredar di pasaran dan gas yang digunakan untuk memasak pada peralatan rumah tangga. Selain itu, sensor ini juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif.
Gambar 2.3 Bentuk Fisik Sensor TGS 2610
2.3 Komparator (pembanding)
Komparator merupakan sebuah rangkaian pembanding yang menggunakan dua tegangan masukan dan memiliki satu tegangan keluaran. Bila tegangan masukan di bagian positif lebih besar dari tegangan masukan di bagian negatif, maka pembanding akan menghasilkan tegangan keluaran yang tinggi. Bila masukan tegangan positif lebih kecil dari tegangan masukan negatif maka tegangan keluarannya rendah.
Gambar 2.4 Komparator Tegangan Secara Ideal
Untuk operasi rangkaian pembanding secara ideal dapat dinyatakan sebagai berikut.
Vo = VOL untuk Vp
Vo = VOH untuk VN
Dimana VOL adalah tingkatan pada keadaan rendah dan VOH menandakan
masukan negatif. Sebuah rangkaian komparator akan membandingkan isyarat tegangan yang masuk pada saluran input dengan tegangan pada saluran input yang lain, yang disebut tegangan referensi. Tegangan output berupa isyarat tegangan high atau low sesuai dengan tegangan masukan yang lebih tinggi. Terdapat dua
jenis komparator, yaitu.
1. Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator) 2. Komparator Membalik (Inverting Comparator)
2.3.1 Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator)
Pada rangkaian komparator non-inverting, tegangan input dipasang pada saluran positif (+) dari Op-Amp. Sehingga pada saluran input pada bagian inverting-nya dihubungkan ke ground. Tegangan masukan komparator di
simbolkan dengan Vin dan tegangan referensinya disimbolkan dengan Vref.
Gambar 2.5Rangkaian Dasar Komparator Non-Inverting
Pada rangkaian dasar komparator non-inverting, jika Vin lebih besar dari Vref, maka tegangan keluarannya akan mendekati tegangan +Vcc. Sedangkan jika nilai Vin lebih kecil dari Vref, maka tegangan keluarannya akan mendekati -VEE.
rangkaian komparator, digunakan sebuah resistor umpan balik dengan konfigurasi rangkaian sebagai berikut.
Gambar 2.6Rangkaian Non-Inverting dengan Umpan Balik
2.3.2 Komparator Membalik (Inverting Comparator)
Pada rangkaian komparator inverting tegangan referensi (Vref) pada saluran positif (+) dan tegangan input (Vin) pada saluran negatif (-). Tegangan referensi dapat menggunakan sumber tegangan konstan atau dengan rangkaian pembagi tegangan. Berikut adalah rangkaian dasar komparator dengan inverting.
Gambar 2.7Rangkaian Dasar Komparator Inverting
Ketika tegangan input Vin kurang dari tegangan referensi Vref, maka tegangan keluarannya akan mendekati tegangan +Vcc. Adapun rangkaian komparator inverting dengan hambatan umpan balik adalah sebagai berikut.
2.4 Osilator
Secara umum sebuah osilator adalah sebuah alat atau device yang menghasilkan suatu sinyal dengan frekuensi dan amplitudo tertentu. Konfigurasi rangkaian sebuah osilator tergantung pada frekuensi yang diinginkan. Rangkaian osilator untuk membangkitkan frekuensi rendah, pada frekuensi 20 Hz – 20kHz yang stabil dapat menggunakan osilator dengan IC CMOS yang keluarannya berupa gelombang persegi. Pembangkitan frekuensi osilator dengan CMOS dapat dikendalikan melalui jalur inputnya. Agar osilator CMOS bisa aktif, masukannya harus memiliki kondisi tinggi.
Gambar 2.9Osilator Terkendali dengan CMOS
Ketika masukan rangkaian osilator dalam keadaan high (+5 V), kapasitor akan diisi secara eksponensial ke arah +Vjenuh, setelah kapasitor mencapai +Vjenuh
Dalam menentukan frekuensi output dari osilator, menggunakan rumus sebagai berikut.
(II.1)
Dimana: f : frekuensi T : perioda sinyal
(II.2)
Dimana:
T : Perioda sinyal
R : Hambatan umpan balik C : Nilai kapasitor
VDD : Tegangan sumber
VN : Tegangan keluaran negatif
Vp : Tegangan keluaran positif
Nilai frekuensi dari osilator CMOS bergantung pada pengisian dan pengosongan kapasitor. Semakin besar nilai kapasitansi dan hambatannya, maka frekuensi yang dihasilkan akan semakin rendah.
2.5 Transistor Sebagai Saklar
Transistor merupakan salah satu jenis komponen aktif yang tersusun dari monokristal semikonduktor dengan menggunakan prinsip pertemuan antara P-N.
selalu berada di tengah, di antara kolektor dan emitor. Bahan utama yang di pergunakan untuk transistor adalah silikon dan germanium. Transistor pertama kali ditemukan oleh tiga fisikawan amerika, yaitu William Schockley, John Bardeen dan Walter Brattain pada tahun 1948. Adapun untuk simbol transistor adalah seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10Simbol Transistor PNP dan NPN
Pada aplikasinya transistor mempunyai tiga titik kerja yang akan menentukan fungsi kerja dari transistor tersebut. Yaitu daerah jenuh (saturasi), daerah aktif, dan daerah mati (cut off).
1. Daerah jenuh (saturasi)
Daerah kerja transistor pada saat jenuh adalah keadaan dimana arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor tersebut seolah-olah (short) pada hubungan kolektor-emitor. Sehingga pada daerah ini arus emitor dapat mengalir ke kolektor secara maksimum (CE terhubung maksimum).
2. Daerah aktif
tidak dalam proses penguatan sinyal, hal ini ditujukan untuk menghasilkan sinyal keluaran yang tidak cacat (distorsi). Daerah aktif ini terletak antara daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut off). 3. Daerah mati (cut off)
Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan transistor menyumbat pada hubungan kolektor-emitor. Daerah cut off sering dinamakan sebagai daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Pada daerah cut off transistor dapat dianalogikan sebagai saklar terbuka pada hubungan antara kolektor-emitor.
Berikut adalah kurva karakteristik transistor yang menunjukan daerah kerja transistor.
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Transistor
Daerah Cut Off
kondisi tersumbat (Cut Off) maka transistor tersebut akan berfungsi sebagai saklar terbuka, dimana arus dari kolektor tidak akan mengalir ke emitor.
Gambar 2.12Kurva Garis Beban Transistor
Gambar 2.13Rangkaian Transistor sebagai Saklar
Pada rangkaian transistor yang difungsikan sebagai saklar dengan konfigurasi Common Emitter, maka diperlukan trigger masukan pada terminal basisnya. Prinsip kerja secara umum dari rangkaian transistor sebagai saklar adalah apabila tegangan input Vin berkondisi tinggi maka arus akan mengalir dari basis melewati kolektor dan emitor yang menyebabkan transistor dalam keadaan saturasi, sehingga arus pada kolektor akan menjadi maksimum dan mengakibatkan transistor menjadi sebuah saklar yang tertutup dan mengaktifkan
IB
IC
relay. Sebaliknya jika tegangan Vin berkondisi rendah maka arus dari emitor ke basis akan tersumbat sehingga arus emitor tidak akan bisa bergerak melewati bagian kolektor dari transistor. Hal ini mengakibatkan transistor berada pada kondisi cut off sehingga arus kolektor menjadi nol atau kondisi transistor akan seperti saklar terbuka dan mengakibatkan relay tidak aktif.
Ketika transistor dalam keadaan saturasi, maka.
a. Arus pada kolektor dan basis adalah maksimum, Ic = Ib. b. Tegangan pada terminal kolektor dan emitor, Vce = 0 Volt.
c. Tegangan pada beban yang dihubungkan seri dengan terminal kolektor mendekati Vcc.
Sedangkan transistor dalam keadaan cut off, maka.
a. Tidak ada arus yang mengalir di kolektor sehingga Ic = 0.
b. Tegangan pada terminal kolektor dan emitor dengan Vcc adalah Vce=Vcc.
[image:30.595.250.426.507.601.2]c. Tegangan pada beban dihubungkan seri pada kaki kolektor adalah nol.
Gambar 2.14 Bentuk Fisik Transistor
2.6 Buzzer
pada suatu diafragma yang dapat bergetar. Buzzer dapat di aktifkan dengan memberikan sinyal AC dengan tegangan dan frekuensi tertentu. Pada umumnya buzzer dapat bekerja dengan tegangan minimal 3V dan maksimal 28 V dengan arus sekitar 20 mA. Buzzer digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah perangkat dengan parameter tertentu. Dalam tugas akhir ini buzzer yang digunakan hanya untuk memberikan peringatan berupa sinyal yang keluar dari sensor gas, apakah sensor tersebut mencium gas atau tidak.
Gambar 2.15Bentuk Fisik Buzzer
2.7 Motor Servo
Motor servo merupakan sebuah motor DC yang dilengkapi dengan sistem umpan balik tertutup dimana posisi rotor-nya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo sedangkan sudut dari motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo tersebut.
Sedangkan untuk motor servo standar hanya mampu berputar 180 derajat. Kedua jenis motor continuous dan non-continuous dapat dioperasikan dalam dua arah, yaitu mode Clock Wise (CW) dan mode Counter Clock Wise (CCW) dimana Derajat putarannya diatur dengan memberikan lebar pulsa tertentu. Motor servo akan bekerja dengan baik pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal Pulse Width Modulator (PWM) dengan frekuensi kurang lebih 50 Hz sampai 60 Hz.
[image:32.595.215.405.310.463.2]Pada saat sinyal dengan frekuensi tersebut dicapat pada kondisi duty cycle sebesar 1,5 ms, maka rotor dari motor servo akan berhenti tepat di tengah-tengah.
Gambar 2.16Pulsa Kendali untuk Motor Servo
Gambar 2.17 Bentuk Fisik Motor Servo
2.8 Regulator Tegangan Catu Daya
Catu daya merupakan salah satu rangkaian yang memiliki peranan yang sangat penting agar rangkaian yang di catu dapat bekerja. Jika rangkaian dalam perangkat elektronika tidak diberikan catu daya dengan baik, maka kinerja rangkaian yang di catu juga tidak akan baik. Secara umum ada dua jenis catu daya, yaitu catu daya tegangan tetap dan catu daya tegangan variabel. Catu daya tegangan tetap adalah catu daya yang memiliki keluaran tegangan yang tetap dan tidak bisa diatur. Sedangkan catu daya variabel merupakan catu daya yang tegangan keluarannya dapat di atur dengan range tertentu.
IC regulator LM1086 dalam pengoperasiannya membutuhkan komponen tambahan dari luar yaitu beberapa komponen resistor dan kapasitor yang berfungsi untuk menentukan tegangan keluaran sesuai dengan yang diinginkan. IC tipe LM1086 memiliki tegangan jatuh yang rendah yaitu tidak lebih dari 1,5 Volt sehingga cocok digunakan sebagai regulator tegangan yang berasal dari baterai 7,4 Volt untuk teganan keluaran sebesar 5 Volt.
Gambar 2.18Bentuk dan Rangkaian IC Regulator LM1086
Untuk menentukan tegangan keluaran dari rangkaian regulator tegangan LM1086 berdasarkan datasheet adalah dengan persamaan sebagai berikut.
Vout = 1,25 (1 + ) (II.3)
2.9 D Flip-flop
Gambar 2.19Simbol D Flip-flop
D flip-flop mempunyai satu masukan data dan satu masukan sebagai
clock. D flip-flop mempunyai dua keluaran yaitu Q dan , dimana kondisi dua keluaran ini selalu berbeda dan tidak mungkin sama. Adapun tabel kebenaran dari D flip-flop adalah seperti pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tabel Kebenaran D Flip-flop
Input Output Set Reset CLK D Q
0 1 X X 1 0
1 0 X X 0 1
0 0 X X Tidak stabil
1 1 1 1 0
1 1 0 0 1
2.10 Multivibrator Astabil
Gambar 2.20Rangkaian Multivibrator Astabil
Sinyal keluaran dari multivibrator astabil terdapat periode T yang terdiri dari Thigh dan Tlow. Sehingga dapat digunakan persamaan:
Thigh= 0,693(RA.C1) (II.4)
Tlow= 0,693(RB.C1) (II.5)
Untuk mencari frekuensi keluaran F dari rangkaian Multivibrator astabil dapat dicari dengan menggunakan rumus:
F =
(II.6)
2.11 Charger Baterai
Charger baterai merupakan rangkaian yang berfungsi untuk mengisi
Gambar 2.21Charger Baterai yang Umum di Pasaran
26
BAB III
DASAR PEMILIHAN KOMPONEN
3.1 Pemilihan Komponen Komparator (pembanding)
Rangkaian komparator pada umumnya menggunakan sebuah komponen Operasional Amplifier (Op-Amp). Adapun komponen yang akan digunakan untuk
perancangan pendeteksi dan pengaman kebocoran gas elpiji adalah IC tipe LM393. LM393 merupakan tipe IC yang banyak dipakai untuk keperluan seperti penguat audio, instrumentasi dan rangkaian filter karena kemudahan untuk mendapatkannya serta harganya yang terjangkau. Selain itu alasan untuk memilih IC LM393 sebagai rangkaian komparator adalah sebagai berikut.
1. Satu buah IC LM393 memiliki dua buah Op-Amp yang sudah terintegrasi sehingga lebih ekonomis dan menghemat tempat dibandingkan dengan menggunakan satu buah IC dengan satu buah Op-Amp saja.
2. LM393 dapat bekerja pada single power supply (tidak perlu catuan ganda, misalnya +12V dan -12V).
3. IC LM393 masih dapat bekerja optimal dengan tegangan yang rendah. Dalam hal ini tegangan yang digunakan adalah sekitar 5 Volt.
Gambar 3.1 Konfigurasi Pin IC LM393
Banyak tipe IC yang memiliki karakteristik yang hampir sama dengan IC LM393, akan tetapi setelah membandingkan dengan tipe lain dengan yang serupa tersebut, tipe IC LM393 adalah tipe yang cocok untuk rangkaian komparator sistem pendeteksi dan pengaman kebocoran gas elpiji terutama pada tegangan kerja dari IC LM393 yang rendah mengingat tegangan kerja dari rangkaian pendeteksi kebocoran gas elpiji adalah 5 Volt. Hal ini terlihat seperti Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Perbandingan IC Op-Amp
Tipe IC : LM741 LM393 TL074
Jumlah Op-Amp 1 2 4
Tegangan Suplai Vcc ±18V 2V-36V
atau ±1,0V-18V ±18V Tegangan Input ±15V Max -3 ~ +36V Max ±15V Max
Suhu operasi 0 ~ +70oC 0 ~ +70oC -40 ~ 105oC
Kemasan DIP8 DIP8 DIP14
Penguatan tegangan - Max 200 x 120 dB Output short
protection Ya Ya Ya
Gambar 3.2 Bentuk Fisik IC LM393
3.2 Pemilihan Transistor sebagai Saklar
Sebuah transistor yang difungsikan sebagai saklar elektronik harus memiliki kecepatan yang tinggi. Maksud dari kecepatan disini adalah seberapa cepat transistor tersebut dapat berpindah dari kondisi saturasi ke kondisi cut off dan sebaliknya. Transistor yang banyak digunakan untuk saklar elektronik adalah tipe 2N2222, CS9013 dan lain-lain.
Tabel 3.2 Perbandingan Tipe Transistor untuk Saklar Elektronik
Perbandingan Tipe Transistor
2N2222 CS9013
Kemasan TO-92/TO-18 TO-92
High Speed Switching Ya Ya
HFE Min/Max 75/300 64/202
Tipe NPN NPN
VCB Max 60 Volt 40 Volt
VCE Max 30 Volt 25
VEB Max 5 Volt 5
IC Max 800 mA 300 mA
Frekuensi Max 250 MHz 200 MHz
Harga Rp 500 Rp 500
elektronika. Sebenarnya kedua tipe transistor tersebut semuanya dapat dipakai dan tidak akan terlalu berpengaruh terhadap kinerja rangkaian. Namun untuk perancangan sistem pendeteksi gas elpiji ini dipilih transistor tipe CS9013. Transistor Tipe CS9013 merupakan transistor khusus untuk keperluan saklar elektronik yang dapat bekerja dengan catuan tegangan dan arus yang rendah. Selain itu komponen ini sangat mudah didapatkan di pasaran dengan harga yang terjangkau.
3.3 Pemilihan Buzzer
Fungsi buzzer yang digunakan dalam rangkaian pendeteksi gas elpiji adalah sebagai alarm peringatan yang mengindikasikan telah terjadi kebocoran gas. Semakin besar ukuran diameter buzzer, semakin keras suara yang dapat dibangkitkan. Tegangan yang dibutuhkan buzzer bervariasi antara 3VDC sampai 24VDC. Untuk keperluan alarm pada pendeteksi gas elpiji, buzzer yang dibutuhkan adalah 5V.
Gambar 3.3 Buzzer yang Digunakan Pada Alarm Pendeteksi Gas Elpiji
3.4 Pemilihan Motor Servo
dengan cara memutar Tuas yang ada pada regulator tersebut. Karena untuk memutar tuas regulator gas dibutuhkan torsi yang kuat, maka motor servo yang digunakan harus memadai sehingga putaran tuas ketika motor servo bekerja tidak macet. Untuk rangkaian pendeteksi gas elpiji, dipilih motor servo tipe HX12K dari HexTronik karena beberapa alasan yaitu :
1. mempunyai kemampuan menarik beban sampai 10 Kg, 2. memiliki bobot yang ringan hanya 55 g,
3. kecepatan tinggi, 0,16 detik/60 derajat,
4. HX12K sudah dilengkapi dengan gear berbahan metal yang jauh lebih kuat dibandingkan dengan gear berbahan plastik/nylon.
[image:42.595.110.517.473.685.2]Adapun Perbandingan motor servo tipe HX12K dengan tipe servo yang lain sebagai berikut.
Tabel 3.3 Perbandingan Servo HX12K
Perbandingan Tipe Motor Servo
HS-311 HX12K TGY-1501MG
Kemampuan menarik beban
maksimum
3,7 Kg 10 Kg 15,5 Kg
Tegangan
Input 4,8~6V 5~7V 4,8~6V
Putaran Non-continuous Non-continuous Non-continuous
Tipe Analog Digital Digital
Bahan Gear Nylon Gear Metal Gear Metal Gear Putaran 180 derajat 180 derajat 180 derajat Ukuran (mm) 39,9 x 19,8 x
36,3mm
40,7 x 19,7x
Dari perbandingan spesifikasi Tabel 3.3 servo tipe HX12K memiliki torsi yang pas untuk penggerak tuas regulator gas elpiji, dimana torsi dari servo tersebut tidak terlalu kecil dan tidak terlalu besar. Begitu juga dengan harganya yang tidak terlalu mahal untuk ukuran sebuah motor servo yang sudah berbahan gear metal.
[image:43.595.245.413.234.309.2]. Gambar 3.4 Motor Servo HX12K
3.5 Pemilihan Komponen Driver Motor Servo
Tabel 3.4Perbandingan Device untuk Driver Servo HX12K
Perbandingan Tipe device untuk driver HX12K ATMEGA 8535 NE555
Jumlah Pin 40 Pin (DIP 40) Hanya 8 Pin (DIP 8)
Ukuran Lebih besar Lebih kecil
Memerlukan Program
agar bisa beroperasi Ya Tidak
Memerlukan Programmer untuk
memprogramnya
Ya Tidak
Tegangan kerja 5 Volt 4,5 ~ 16 Volt Pengembangan lebih
luas untuk fungsi yang lain
Ya
Ya, tetapi hanya sebatas rangkaian yang menggunakan sistem
pewaktu.
Harga Rp 40.000 1.500
Berdasarkan Tabel 3.4 untuk menggunaan driver servo dipilih IC NE555 karena lebih efisien dari tegangan kerja yang fleksibel, tidak memerlukan bahasa pemrograman, bentuknya yang jauh lebih kecil dan harga yang lebih ekonomis dibandingkan dengan menggunakan mikrokontroler.
3.6 Pemilihan Baterai
Pada dasarnya Rangkaian Pendeteksi dan Pengaman Kebocoran Gas LPG Berbasis Sensor TGS2610 bekerja dengan arus listrik yang berasal dari PLN. Akan tetapi jika terjadi padam listrik secara tiba-tiba, rangkaian pendeteksi gas elpiji tidak boleh ikut mati karena sensor secara realtime harus bekerja jika sewaktu-waktu terjadi kebocoran gas.
baterai terlalu kecil dan memakan tempat yang terlalu besar. Sebagai perbandingan, dipilih baterai tipe GP 9V, Eneloop 2000mAh, dan EvGreen 2000mAh. Adapun tabel perbandingannya adalah sebagai berikut.
Tabel 3.5 Perbandingan Baterai
Perbandingan Tipe Baterai
GP 9V Eneloop AA 2000mAh EvGreen 2000 mAh
Tegangan 9 Volt/baterai 1,2 V/baterai 3,7 V/baterai
Arus Output 200 mAh 2000 mAh 2000 mAh
Dapat diisi
ulang Ya Ya Ya
Bahan Cell NiMH NiMH Li-Ion
Bentuk
Harga Rp 65.000 Rp 115.000 / pack Rp 30.000
Berdasarkan spesifikasi dari Tabel 3.5, baterai yang tepat untuk digunakan untuk rangkaian pendeteksi gas elpiji adalah jenis Li-Ion EvGreen 2000 mAh karena beberapa alasan sebagai berikut.
1. Memiliki arus yang besar, yaitu 2000 mAh sehingga kinerja baterai akan tahan lama.
Berbeda dengan tegangan baterai Eneloop yang memiliki tegangan hanya 1,2 Volt/baterai.
[image:46.595.280.396.241.431.2]3. Karena berbahan Li-Ion, dalam pengisian ulang arus baterai tidak perlu harus sampai kosong dahulu sehingga fleksibel sebagai cadangan dari catu daya jika terjadi padam listrik dari PLN.
Gambar 3.5 Baterai EvGreen 2000 mAh
3.7 Pemilihan Komponen Untuk Regulator Tegangan
Gambar 3.6 Bentuk IC Regulator 1086 dengan Kemasan TO-220
[image:47.595.248.374.87.179.2]Adapun perbandingan tipe dan jenis IC regulator yang setara adalah sebagai berikut.
Tabel 3.6 Perbandingan IC Regulator
Perbandingan Penggunaan Device Untuk Driver HX12K LM7805 LM1086 UA723
Tegangan Output 5 Volt 2,5 – 29 Volt 2-37 Volt
Kemasan TO-220 TO-220 DIP 14
Arus Output (Max) 1 A 1,5 A 150 mA
Memerlukan
komponen tambahan Tidak Tidak Ya
Drop Voltage 2 Volt 1,5 Volt -
Harga Rp 1.500 Rp 3.000 Rp 2.500
IC Regulator tipe LM1086 dipilih karena mempunyai kelebihan-kelebihan: 1. memiliki tegangan jatuh yang rendah, yaitu sebesar 1,5 Volt sehingga memiliki efisiensi yang lebih baik. Cocok digunakan untuk meregulasi tegangan dari baterai yang tegangannya sebesar 7,4 Volt,
36
4.1 Blok Diagram Sistem
Komparator Osilator Penyangga/ Buffer Buzzer Sensor Gas Multivibrator Bistabil Multivibrator Astabil Motor Servo
Gambar 4.1 Blok Diagram Sistem
Blok diagram diatas dapat dijelaskan bahwa sensor gas mendeteksi adanya bau gas yang akan mempengaruhi nilai hambatan internal pada sensor gas tersebut. Semakin kecil nilai hambatan internal dari sensor gas tersebut, maka tegangan keluaran yang dihasilkan akan semakin besar. Rangkaian komparator berfungsi untuk membandingkan tegangan masukan dari sensor dengan tegangan referensi. Ketika tegangan masukan dari sensor lebih besar dari tegangan referensi, maka keluaran dari komparator akan tinggi sehingga akan mengaktifkan rangkaian osilator. Rangkaian osilator akan menghasilkan frekuensi sekitar 80 Hz yang dapat terdengar keras oleh telinga.
dikondisikan 1 atau 0 melalui sebuah tombol ketika sensor tidak mendeteksi adanya kebocoran gas.
Pada saat yang bersamaan ketika terjadi kebocoran gas elpiji yang mengakibatkan tegangan keluaran komparator bernilai tinggi, maka rangkaian multivibrator bistabil akan dipaksa memiliki keadaan yang terkunci (locked) yang dilewatkan melalui rangkaian penyangga atau buffer. Pada saat keadaan terkunci ini kondisi keluaran multivibrator astabil akan selalu 0. Fungsi rangkaian buffer adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran yang diumpankan kepada multivibrator bistabil. Rangkaian buffer ini mempunyai impedansi masukan yang tinggi dan mempunyai impedansi keluaran yang rendah. Ketika multivibrator bistabil dalam keadaan terkunci (locked), maka tombol untuk menutup/membuka katup regulator gas tidak akan berfungsi dan servo terkunci pada putaran -90 derajat.
Pada saat sensor gas sudah tidak lagi mendeteksi bau gas yang bocor, maka keluaran rangkaian komparator akan berkondisi Low sehingga rangkaian osilator dan buzzer tidak akan aktif. Pada saat yang bersamaan nilai multivibrator bistabil akan memiliki keadaan yang tidak terkunci (unlocked). Dengan demikian secara otomatis tombol tutup/buka katup gas regulator dapat berfungsi kembali.
Mulai
Baca tegangan
Sensor (Vsensor)
Vsensor > Vref Komparator?
Ya
Tidak Apakah tombol
“tutup” Aktif? (ditekan satu kali)
· Aktifkan osilator
· Kunci keluaran multivibrator bistabil pada kondisi low
· Set multivibrator astabil pada <0,5 ms
· Bunyikan Buzzer
· Tombol tutup/buka tidak aktif
· Tetapkan servo pada putaran -90o
Tetapkan servo pada putaran +90o
· Matikan osilator
· Set multivibrator astabil pada >2,5 ms
Tetapkan servo pada putaran -90o
· Matikan osilator
· Set multivibrator astabil pada <0,5 ms
Ya Tidak Tombol Power ON ? Selesai Tidak Ya DC adaptor
terhubung? Baterai Backup ON Tidak
[image:50.595.129.495.79.672.2]Ya
4.2 Sensor Gas TGS2610
[image:51.595.236.388.345.536.2]Pada proses pendeteksian gas elpiji, nilai resistansi yang terdapat pada sensor akan berkurang sesuai dengan nilai konsenstrasi gas elpiji yang terdeteksi. Sensor TGS2610 dalam melakukan pendeteksiannya diperlukan pemanasan tegangan filamen (heater). Fungsi filamen ini adalah untuk menetralkan gas agar tidak terjebak didalam tabung sensor ketika sudah tidak lagi mendeteksi adanya bau gas. Adapun rangkaian sensor gas elpiji TGS2610 seperti ditunjukan pada Gambar 4.3.
VH
Out ke Komparator
Gambar 4.3 Rangkaian Sensor Gas TGS2610
Nilai tegangan Vout yang diperlukan agar rangkaian komparator dapat
bekerja telah ditentukan harus diatas tegangan referensi dari komparator yaitu 2,5 Volt sampai mendekati tegangan Vcc +5 Volt pada keadaan sensor mendeteksi gas
terdeteksi oleh sensor tersebut. Semakin kecil nilai hambatan sensor maka tegangan keluaran Vout akan semakin besar. Sedangkan jika nilai hambatan sensor
semakin besar maka tegangan keluaran Vout akan semakin kecil.
4.3 Rangkaian Komparator
Rangkaian komparator yang digunakan pada tugas akhir ini adalah komparator tak membalik (non-inverting) dengan satu tegangan keluaran. Cara kerja dari rangkaian komparator ini adalah jika tegangan masukan positif yang diberikan lebih besar dari tegangan masukan negatif (tegangan referensi), maka komparator akan menghasilkan kondisi keluaran yang tinggi. Sedangkan jika tegangan masukan positif lebih kecil dari tegangan masukan negatif, maka komparator akan menghasilkan kondisi keluaran yang rendah.
Gambar 4.4Rangkaian Komparator
Pada perancangan komparator ini terdapat resistor R1 yang berfungsi sebagai pull-up. Pull-up berfungsi untuk mengaktifkan komparator agar berkondisi tinggi pada saat masukan positif lebih besar dari masukan negatif. Nilai R1 sudah ditentukan sebesar 3kΩ yang didapatkan berdasarkan pada datasheet untuk rangkaian basic comparator. Potensiometer P1 berfungsi untuk
Dalam hal ini nilai tegangan referensi ditentukan dari titik tengah antara tegangan ground (0 volt) dan Vcc +5 Volt, yaitu sebesar 2,5 volt.
Ketika keluaran sensor gas yang telah terhubung dengan masukan positif komparator sudah mencapai tegangan diatas 2,5 Volt, maka keluaran komparator tersebut akan berlogika tinggi sehingga rangkaian multivibrator bistabil akan terkunci dan memaksa motor servo untuk berputar membuka tuas regulator gas.
4.4 Rangkaian Osilator
Rangkaian osilator pada perancangan tugas akhir ini adalah menggunakan rangkaian berbasis gerbang NAND yang disusun oleh IC CMOS 4093. Keluaran yang dihasilkan oleh osilator ini adalah gelombang persegi dengan frekuensi tertentu. Adapun rangkaian osilator CMOS adalah terlihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5Rangkaian Osilator
Agar osilator dapat dibangkitkan pada frekuensi tersebut digunakan rumus sebagai berikut:
f = (IV.1)
Dimana keterangan dari persamaan IV.1 tersebut: f= Frekuensi
T = Periode sinyal
Jika frekuensi yang ditentukan sebesar 80 Hz, maka periodenya adalah:
f =
80=
T =
= 0,012 s
Selanjutnya, untuk menentukan nilai R dan C agar frekuensi keluaran osilator menghasilkan 80 Hz, digunakan rumus:
T = RC Ln
(IV.2)
dimana: T= Periode
R = Resistansi umpan balik C = Nilai kapasitor
Vcc = Tegangan sumber
VN = Tegangan keluaran negatif
Apabila tegangan pemicu negatif ditentukan sebesar 0,24 Volt dan tegangan pemicu positif sebesar 4,92 Volt, dimana nilai tersebut didapatkan dari hasil pengukuran tegangan keluaran dari komparator maka untuk menghitung nilai RC-nya adalah sebagai berikut:
0,012 = RC Ln
0,012 = RC Ln
(
20,5). (
59,5)
0,012 = RC Ln 1219,75 0,012 = RC 7,10
RC =
RC = 0,0016
Jika nilai C = 4,7 uF, Maka nilai R yang akan di dapat:
R =
R = 340,43 Ω 360 Ω
Nilai hambatan 340,42 Ω tidak dapat ditemui di pasaran, sehingga dibulatkan ke atas menjadi 360 Ω, dengan nilai tersebut maka frekuensi yang dihasilkan oleh osilator:
f =
f =
f = 82,8 Hz
Berdasarkan analisa perhitungan dari persamaan (IV.2), maka konfigurasi rangkaian osilator CMOS akan menjadi seperti Gambar 4.6.
Gambar 4.6Rangkaian Osilator 82,8 Hz
4.5 Rangkaian Penyangga/Buffer
Rangkaian penyangga/buffer berfungsi untuk menstabilkan sinyal keluaran yang berasal dari rangkaian sebelumnya agar dapat diteruskan. Rangkaian buffer memiliki impedansi masukan yang besar dan memiliki impedansi keluaran yang kecil.
Rangkaian buffer yang digunakan adalah terdiri dari dua buah gerbang NAND yang disusun secara seri sehingga jika input memiliki kondisi 1 maka keluarannya juga akan berkondisi 1.
4.6 Rangkaian Multivibrator Bistabil
Mutivibrator bistabil yang dipakai dalam tugas akhir ini berfungsi sebagai kontrol dua keadaan, dimana keadaan ini digunakan untuk membuka atau menutup tuas regulator gas dengan satu tombol digital. Rangkaian bistabil multivibrator pada dasarnya memiliki keluaran dua keadaan yang stabil (tertahan), yaitu kondisi 1 dan kondisi 0. ketika tombol push button ditekan, maka keluaran Q akan menghasilkan kondisi 1. Kondisi nilai 1 ini akan tetap bertahan sampai tombol push button ditekan kembali. Setelah tombol tersebut ditekan, maka keluaran Q akan berbalik menjadi kondisi 0 dan seterusnya.
Gambar 4.8Rangkaian Multivibrator Bistabil
terkunci/tidak terkunci. Maksudnya adalah jika basis transistor diberi kondisi 1, maka kondisi logika di kolektor transistor dan pin CLR akan berkondisi 0. Hal ini akan memaksa keluaran Q dari multivibrator bistabil menjadi 0. Ketika kondisi ini terjadi, tombol tutup/buka dari push button tidak akan berfungsi sampai masukan basis transistor berlogika 0.
4.7 Multivibrator Astabil
[image:58.595.188.471.440.648.2]Rangkaian multivibrator astabil terdiri dari IC timer NE555 yang disusun dengan beberapa komponen resistor dan kapasitor. Fungsi dari multivibrator astabil adalah untuk menggerakan motor servo dengan memberikan jumlah pulsa tertentu. Karena pergerakan motor servo memerlukan 2 gerakan saja, yaitu +90o dan -90o maka besaran pulsa yang diperlukan untuk menggerakan motor servo tersebut adalah dibawah 0,5 ms untuk -90o dan di atas 2,5 ms untuk +90o.
Gambar 4.9Rangkaian Multivibrator Astabil
servo sebesar -90o diperlukan pulsa Thigh dibawah 0,5ms, sedangkan untuk
menggerakan motor servo sebesar +90o diperlukan pulsa Thigh lebih besar dari
2,5ms. <0,5ms >2,5ms ±20ms -90o +90o THigh TLow
Gambar 4.10Sinyal Pulsa untuk Kontrol Servo
Adapun rumus dan analisa perhitungan untuk menghitung pulsa keluaran dari multivibrator astabil adalah sebagai berikut.
Thigh= 0,693(R17.C4) (IV.3)
Jika nilai C4 ditentukan sebesar 0,1 µ F dan nilai Thigh yang dinginkan
adalah sebesar 3,25 ms untuk dapat bergerak +90 derajat, maka untuk menghitung nilai hambatan R17:
Thigh= 0,693. (R17 . C4)
3,25 ms = 0,693. (R17 . 0,1 µ F)
R17 =
R17 =
Untuk besaran pulsa Tlow ditentukan oleh nilai hambatan R18. Jika besaran
pulsa Tlow yang diinginkan adalah sebesar 15,5 ms maka untuk mencari nilai R18
adalah:
Tlow= 0,693(R18.C4) (IV.4)
15,5 ms = 0,693. (R18 . 0,1 µ F)
R18 =
R18 =
R18 = 223,6 kΩ 220 kΩ
Untuk perhitungan duty cycle:
Duty cycle =
(IV.5)
Duty cycle =
Duty cycle = 0,176 x100% Duty cycle = 17%
Frekuensi keluaran yang dihasilkan oleh multivibrator bistabil adalah:
f =
(IV.6)
f =
f =
f =
Dari analisa perhitungan yang telah dilakukan, reaksi yang terjadi dari keluaran rangkaian multivibrator astabil adalah menggerakan motor servo sebesar +90o. Selanjutnya untuk membuat keluaran multivibrator di bawah 0,5 ms agar servo bergerak pada posisi -90o, yaitu dengan memperkecil nilai resistor R17. Hal
ini dapat dilakukan dengan menambahkan resistor secara paralel R16 terhadap R17.
Jika nilai hambatan paralel tersebut adalah Rp sedangkan nilai Thigh yang
diinginkan adalah sebesar 0,3 ms maka untuk mencari nilai Rp adalah seperti pada
persamaan IV.7.
Thigh= 0,693. (Rp.C4) (IV.7)
0,3 ms = 0,693. (Rp . 0,1 µ F)
Rp =
Rp =
Rp = 4,33 kΩ
Karena nilai hambatan paralel Rp sudah diketahui sebesar 4,33 kΩ, maka
nilai R16 dapat dicari dengan memasukan nilai hambatan paralel Rp dan R17:
Rp=
(IV.8)
4,33 kΩ =
4,33R16+ 203,51 = 47R16
203,51 = 47R16 – 4,33R16
R16 =
R16 = 4,76 kΩ 4,7 kΩ
Untuk perhitungan duty cycle:
Duty cycle =
Duty cycle =
Duty cycle = 0,019 x100% Duty cycle = 1,9%
Frekuensi keluaran yang dihasilkan oleh multivibrator bistabil adalah:
f = ( )
f =
f =
f =
f = 64,28 Hz
Gambar 4.11Rangkaian Astabil Multivibrator untuk 3,25ms dan 0,3ms
4.8 Regulator Tegangan Catu Daya
Gambar 4.12Rangkaian Regulator Tegangan dengan LM1086
Untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan pada keluaran LM1086 digunakan rumus sebagai berikut.
Vout =1,25
(
1 +
)
(IV.9)Karena nilai R1 sudah ditetapkan sebesar 120 Ω (sesuai dengan datasheet)
Sehingga untuk mendapatkan tegangan keluaran sebesar 5 Volt adalah:
Vout =1,25 (1
+
)Vout =1,25 (1
+
)
R2 = ( – ) .120
R2 = ( – ) .120
R2 =
(
4-1).
120R2 = 3 . 120
Dengan demikian untuk mendapatkan tegangan keluaran sebesar 5 Volt, nilai hambatan R2 yang dibutuhkan adalah sebesar 360 Ω.
Gambar 4.13Rangkaian Regulator LM1086 dengan Output 5 Volt
Hambatan R2 sebesar 360 Ω yang digunakan adalah tipe hambatan yang
memiliki toleransi sebesar 1% sehingga toleransi tegangan keluarannya akan menjadi 360 Ω . 1% = 3,6 Ω, dimana hambatan 360 Ω nilai hambatannya akan menjadi 356,4 Ω atau 363,6Ω. Sehingga tegangan keluaran regulatornya adalah:
Jika hambatan R2sebesar 356,4 Ω :
Vout =1,25 (1
+
)
= 4,96 Volt
Sedangkan jika hambatan R2 sebesar 363,6 Ω:
Vout =1,25 (1
+
)
= 5,03 Volt
4.9 Charger Baterai Li-Ion
[image:66.595.116.549.305.520.2]Karena kapasitas yang dimiliki baterai terbatas, maka ketika kapasitas baterai tersebut habis maka diperlukan pengisian ulang arus listrik dengan menggunakan rangkaian charger. Rangkaian charger yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah rangkaian charger untuk jenis Li-Ion dengan sistem pengisian yang otomatis. Baik ketika baterai dalam keadaan kosong maupun dalam keadaan penuh. Adapun rangkaian charger Li-Ion otomatis adalah sebagai berikut:
Gambar 4.14Skema Rangkaian Charger Baterai Li-Ion
nilai positif yang diberikan pada basis Q1, maka semakin tinggi pula arus keluarannya.
Pada saat baterai dalam sedang mengisi, maka semakin lama nilai positif pada basis Q1 akan semakin kecil sehingga ketika baterai sudah penuh, nilai arus pada keluaran IC LM317 adalah minimum. Potensiometer P2 diatur sehingga pada saat baterai sudah penuh, transistor Q2 mampu menggerakan relay RL2. Ketika relay RL2 dalam keadaan aktif, maka pengisian arus kepada baterai akan terputus sampai kapasitas baterai tersebut dalam keadaan memerlukan pengisian kembali dan seterusnya. Sistem siklus pengisian dan pemutusan arus kepada baterai ini berlangsung secara otomatis.
4.10 Indikator Sistem
Indikator sistem berfungsi sebagai tanda bahwa rangkaian bekerja dengan kondisi-kondisi tertentu. Indikator ini terdiri dari tiga buah LED yang memiliki fungsi yang berbeda dan sebuah buzzer. Fungsi LED yang pertama adalah Power, LED yang kedua sebagai indikator alarm telah aktif, dan LED yang ketiga sebagai indikator tutup/buka dari motor servo yang menggerakan tuas regulator gas. Buzzer berfungsi sebagai peringatan berupa bunyi menandakan bahwa terjadi kebocoran gas elpiji.
[image:67.595.116.509.601.697.2]
4.11 Desain Perancangan Alat
[image:68.595.185.439.314.594.2]Rangkaian pendeteksi dan penanggulangan gas elpiji dikemas dalam bentuk box kecil yang ringan yang terdiri dari tiga LED indikator yaitu indikator power, open/close dan alarm. Selain itu di dalam panel terdapat sebuah tombol tutup/buka tuas regulator. Panel box ini memiliki dua lubang yaitu lubang untuk pendeteksian sensor dan sebuah lubang udara untuk bunyi buzzer Adapun desain panel box dari sistem pendeteksi dan penanggulangan gas elpiji yang telah direncanakan seperti yang tertera pada Gambar 4.16.
Gambar 4.16Desain Panel Box Sistem
Keterangan dari tampilan yang ada pada panel sistem seperti yang tertera pada Gambar 4.16 pendeteksi kebocoran gas elpiji adalah sebagai berikut.
· LED indikator power. Terdiri dari sebuah LED yang berfungsi untuk
· LED indikator alarm. Untuk memberitahukan bahwa alarm sistem telah
aktif dan sensor mendeteksi di sekitar telah terjadi kebocoran gas elpiji.
· Tombol “open/close”. Berfungsi untuk menutup atau membuka aliran gas
dari regulator ke kompor gas. Sistem mekanis yang berasal dari tombol ini akan melepas dan mengunci tuas dari regulator yang telah terhubung dengan tabung gas elpiji.
[image:69.595.204.456.468.657.2]Selain panel box, untuk menggerakan sebuah tuas regulator gas elpiji yang terpasang pada tabungnya diperlukan rangkaian mekanik yang dapat dikontrol melalui panel box. Rangkaian mekanik tersebut terdapat sebuah motor servo yang dipadukan dengan lempengan berbahan acrylic. Mekanik ini harus dirancang sekuat mungkin agar dapat menahan putaran servo pada saat menggerakan tuas regulator gas. Adapun rangkaian sistem mekanik yang rencanakan adalah sebagai berikut.
Gambar 4.18Rangkaian Sistem Mekanik (2)
Gambar 4.19Rangkaian Sistem Mekanik (3)
[image:70.595.204.455.337.524.2]Gambar 4.20Desain dalam Realisasi Cara Pemasangan Alat (1)
Gambar 4.21 Desain dalam Realisasi Cara Pemasangan Alat (2)
Pada desain cara pemasangan sistem pendeteksi dan penanggulangan gas elpiji, jarak efektif antara alat dengan tabung adalah tidak terlalu dekat dan tidak terlalu jauh, karena jika alat yang didalamnya terdapat sensor diletakan terlalu jauh, maka sensitivitas rangkaian akan lemah, sebaliknya jika terlalu dekat maka rangkaian akan terlalu sensitif sehingga akan terjadi wrong detection dimana ketika tabung gas sudah mulai habis rata-rata akan mengeluarkan bau gas sehingga sistem akan mendeteksi bahwa tabung gas telah terjadi kebocoran. Untuk penempatan steker kabel listrik dari alat ini diletakan kurang lebih 1 meter dari tabung gas elpiji agar tidak terlalu dekat dengan sumber gas tersebut.
[image:71.595.184.438.313.466.2]60
BAB V
PENGUJIAN DAN ANALISA
Pengujian terhadap sistem yang telah dibuat dilakukan untuk mengetahui apakah sistem yang telah dibuat dapat digunakan sesuai dengan perencanaan yang telah dilakukan.
5.1 Pengujian Regulator Catu Daya
Pada pengukuran catu daya dilakukan beberapa pengukuran terhadap IC regulator LM1086, dimana keluaran dari rangkaian catu daya di ukur pada saat tanpa beban dan dengan beban. Pada saat catu daya dihidupkan tanpa beban, keluaran tegangan yang dihasilkan adalah 4,99 Volt tetapi ketika catu daya dihubungkan terhadap beban, tegangan yang keluaran dari LM1086 menjadi sebesar 4,98 volt. Hal ini diakibatkan karena penyerapan arus yang diserap oleh beban.
Catu Daya+ Regulator
LM1086 +Vdc
-Catu Daya+ Regulator
LM1086 +Vdc
[image:72.595.142.481.477.566.2]-Beban Rangkaian
Gambar 5.1 Pengujian Regulator Tegangan dari Catu Daya.
5.2 Pengujian Charger Baterai
Tabel 5.1 Pengukuran Charger Baterai
Kondisi Pengisian Tegangan
Pengisian Arus Pengisian
Baterai kosong 7,5 Vdc 300 mA
Baterai penuh 0 0
Ketika charger sedang mengisi baterai yang sedang kosong, arus yang diberikan kepada baterai akan maksimum. Dalam hal ini arus pengisian di setting sebesar 300 mA. Arus pengisian ini akan terus menurun ketika baterai sudah mulai terisi sampai penuh. Ketika baterai sudah penuh, maka arus yang diberikan akan minimum sampai akhirnya relay proteksi akan memutuskan hubungan pengisian baterai, sehingga ketika baterai sudah penuh arus dan tegangan pengisian kepada baterai adalah nol. Waktu pengisian baterai yang diperlukan sampai penuh adalah sekitar 110 menit. Gambar grafik pengisian baterai adalah sebagai berikut. T eg an g an (V ol t) Waktu (menit)
[image:73.595.149.480.114.178.2]30 60 90 110 120 7,6 7,4 7,3 7,2 7,1 7,0 7,06 7,1
Gambar 5.2 Grafik Pengisian Baterai
5.3 Pengujian Sensor Gas
tegangan keluaran pada sensor gas ketika tidak ada gas dan ketika terdapat gas di udara. Karena sumber gas pada pengujian ini menggunakan korek gas biasa maka pengujian dilakukan dengan jarak dekat karena kadar gas yang dikeluarkan korek gas ini sangat kecil.
Tabel 5.2 Pengukuran Rangkaian Sensor Gas
Kondisi gas di
udara Vout Sensor
Tidak ada gas 0,5 Volt Terdapat gas 4,85 Volt
Pada sensor gas agar dapat bekerja dengan optimal, diperlukan waktu satu sampai tiga menit pertama untuk melakukan pemanasan pada heater sensor gas tersebut. Ketika sensor mendeteksi adanya gas yang mengandung propane dan butane di udara maka hambatan sensor akan semakin kecil sehingga tegangan
keluarannya akan semakin besar.
5.4 Pengujian Komparator
[image:75.595.177.443.204.258.2]Pengujian komparator dilakukan untuk mengetahui cara kerja dari komparator non-inverting apakah sesuai dengan teori atau tidak.
Tabel 5.3 Pengukuran Komparator
Vref Vin Vout Logika
2,5 Volt < 2,5 Volt 0,23 Volt Low > 2,5 Volt 4,92 Volt High
Berdasarkan Tabel 5.3 di atas, hasil pengukuran adalah sama dengan teori dan hasil perancangan, bahwa ketika tegangan masukan Vin lebih besar dari tegangan referensi, maka keluarannya akan berkondisi tinggi. Sebaliknya jika nilai tegangan masukan Vin lebih kecil dari tegangan referensi maka keluaran komparator akan menghasilkan kondisi keluaran yang rendah. Hal ini sama dengan teori dan perancangan. Pada saat keluaran komparator berkondisi logika 0, tegangan yang terukur tidak tepat sebesar 0 Volt, hal ini karena pengaruh pull-up resistor yang dihubungkan ke tegangan Vcc.
Vout (Volt)
Vin (Volt) 2,5
0,23 4,92
Tegangan referensi
[image:75.595.188.436.519.657.2]5.5 Pengujian Osilator
Pengujian osilator dilakukan dengan memberikan tegangan pemicu pada masukan dari osilator tersebut. Rangkaian osilator akan bekerja jika diberikan tegangan sebesar 3 sampai 5 volt pada masukan pemicunya. Hasil dari rangkaian osilator adalah berupa bunyi alarm yang dihasilkan oleh buzzer. Secara bersamaan, LED indikator alarm akan menyala ketika buzzer berbunyi. Adapun hasil bentuk gelombang dari keluaran osilator adalah sebagai berikut.
[image:76.595.221.460.379.557.2]1. Pengujian osilator ketika mendapatkan tegangan pemicu pada masukannya yang berasal dari keluaran komparator akan mengaktifkan osilator yang menghasilkan bunyi pada buzzer.
Gambar 5.5 Pengujian Osilator dengan Tegangan Pemicu
Gambar 5.6 Pengujian Osilator tanpa Tegangan Pemicu
5.6 Pengujian Multivibrator Bistabil
Pengujian multivibrator bistabil dilakukan dengan cara melakukan pengukuran kondisi keluarannya ketika tombol “tutup/buka” ditekan dengan kondisi tertentu pada bagian masukan basis transistor. Pada saat tombol
“tutup/buka” ditekan satu kali dengan kondisi masukan dari basis transistor
bernilai 0, maka yang terjadi adalah kondisi keluaran dari multivibrator bistabil
adalah 1, sedangkan ketika tombol “tutup/buka” ditekan kembali maka yang
terjadi pada keluaran multivibrator bistabil adalah sebaliknya berkondisi 0 dan seterusnya. Selanjutnya ketika masukan basis transistor diberi logika 1, yang
terjadi adalah tombol “tutup/buka” tidak berfungsi dan keluaran multivibrator
bistabil berkondisi 0.
Tabel 5.4 Output Multivibrator Bistabil terhadap Tombol “tutup/buka”.
Input Basis Transistor
Kondisi Tombol
Tegangan
Output Logika
Low
Tombol ditekan
1 kali 4,95 Volt High Tombol kembali
ditekan 1 kali 0 Volt Low
5.7 Pengujian Multivibrator Astabil
Pengujian multivibrator astabil dilakukan untuk mengamati dan membuktikan apakah realisasi kepada pergerakan motor servo yang dilakukan sesuai dengan perancangan atau tidak. pengujian dilakukan dengan mengamati pergerakan motor servo ketika multivibrator astabil memiliki keluaran sebesar 3,25 ms dan 0,3 ms.
Tabel 5.5 Pengujian Pergerakan Motor Servo
Pulsa multivibrat
or astabil
Bentuk Pulsa Putaran motor servo
0,3 ms -90o
3,25 ms
+90o
5.8 Pengujian Keseluruhan
yang umum beredar dimasyarakat. Adapun hasil pengujian sistem pendeteksi dan penanggulangan kebocoran gas elpiji adalah sebagai berikut.
Tabel 5.6 Pengujian Keseluruhan
Kondisi sensor Kondisi Tombol “tutup/buka” Indikator LED Putaran Servo Kondisi katup
regulator Aliran Gas
Tidak mendeteksi kebocoran gas Unlock LED Power menyala, LED Alarm Mati
-90o atau -+90o tergantung
tombol
“tutup/buka”
Tertutup/terlepas Mengalir/tidak mengalir Mendeteksi kebocoran gas Lock LED Power menyala, LED Alarm menyala
-90o Terlepas Tidak mengalir
Gambar 5.7 Regulator Gas dengan Mekanik yang sudah Terpasang (1)
Pada saat sensor tidak mendeteksi adanya kebocoran gas, maka kondisi katup regulator dapat dengan mudah ditutup/dibuka dengan menggunakan satu
tombol “tutup/buka”. Pada saat katup regulator tertutup, maka aliran gas pada
tabung akan terbuka sedangkan ketika katup regulator sedang terbuka maka aliran gas pada tabung akan tertutup.
Pada saat sensor mendeteksi adanya kebocoran gas diudara disekitar, maka
seketika tombol “tutup/buka” tidak akan berfungsi karena dalam kondisi “lock”
dan katup regulator akan dipaksa dalam kondisi terbuka sampai sensor sudah tidak lagi mendeteksi adanya gas di udara sekitar. Pada kondisi ini akan ada peringatan melalui bunyi alarm yang mengindikasikan bahwa telah terjadi kebocoran gas elpiji.
5.9 Analisa Ketahanan Baterai
69
BAB VI PENUTUP
6.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan pengujian yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.
· Telah berhasil dibuat seperangkat sistem peringatan dini kebocoran gas
elpiji dengan sensor TGS2610 sekaligus penanggulangan
