PROTOTIPE PENDETEKSI PARTIKEL DEBU SEBAGAI OTOMASI VENTILASI UDARA SKRIPSI GHADA FEBRIYADI GINTING

(1)

PROTOTIPE PENDETEKSI PARTIKEL DEBU SEBAGAI OTOMASI VENTILASI UDARA

SKRIPSI

GHADA FEBRIYADI GINTING 150801014

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(2)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

GHADA FEBRIYADI GINTING 150801014

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

(3)

(4)

PERNYATAAN

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, September 2019

Ghada Febriyadi Ginting 150801014

(5)

PENGHARGAAN

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terimakasih terkhusus kepada kedua Orang tua yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat ini serta kakak dan adik yang selalu memberikan dukungan moral serta doa, kepercayaan dan semangat selama ini kepada penulis. Dengan sepenuh hati, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai Ketua Departemen Fisika FMIPA USU.

2. Bapak Junedi Ginting, M.Si selaku Pembimbing yang telah membantu dan memberikan waktu, saran serta dukungan selama bimbingan.

3. Seluruh Staff Dosen pengajar dan pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan materi selama perkuliahan dan telah membantu serta memberikan petunjuk dan arahan selama perkuliahan.

4. Teman-teman Seperjuangan PHYSICS UNITY (Fisika 2015) Atas dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses.

5. Kepada IMF yang menyediakan wadah bagi penulis sebagai improvisasi diri.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyelesaian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dari para pembaca.

Medan, September 2019

Ghada Febriyadi Ginting

(6)

ABSTRAK

Telah dirancang alat Prototipe Pendeteksi Partikel Debu Sebagai Otomasi Ventilasi Udara yaitu sistem ventilasi dengan memanfaatkan sensor partikel debu. Sensor partikel debu memiliki kemampuan mendeteksi intensitas debu di udara bebas.

Sensor GP2Y1010A keluaran perusahaan Sharp bekerja dengam sinar infra merah.

Partikel debu dapat terdeteksi oleh photo transistor dengan baik dan memiliki linearitas yang cukup tinggi. Hasil deteksi kemudian dikalibrasi menjadi satuan pertikel debu dan menjadi acuan pengaktifan sistem ventilasi. Dari pengukuran dapat diambil kesimpulan bahwa tegangan yang dihasilkan telah memenuhi kebutuhan rangkaian yang dibuat yaitu 12V dan 5V. Hasil penelitian adalah sebuah alat pendeteksi debu dan sistem ventilasi yang berfungsi sebagai pembersih udara sebuah ruangan. Ada beberapa kasus udara sebuah ruangan tercemar dengan debu atau butiran partikel sesuatu material. Dengan adanya perancangan alat ini, diharapkan menjadi indikator dan peringatan tingkat polusi pada masyarakat yang berada disekitarnya dan dapat mengurangi tingkat polusi udara diruangan secara otomatis menggunakan sistem ventilasi.

Kata kunci : Pendeteksi Debu, Sensor GP2Y1010A, Mikrokontroler ATMega8535

(7)

Prototype Detection of Dust Particles As an Automation Ventilation

ABSTRACT

Prototype Detection of Dust Particles As an Automation Ventilation Tool has been designed, which is a ventilation system by utilizing a dust particle sensor. The dust particle sensor has the ability to detect the intensity of dust in free air. Sharp company's GP2Y1010A sensor works with infrared light. Dust particles can be detected by the photo transistor well and have a high enough linearity. Detection results are then calibrated into dust particle units and become a reference for the activation of the ventilation system. From the measurements it can be concluded that the voltage produced has met the needs of the circuit that is made namely 12V and 5V. The results of the study are a dust detector and ventilation system that function as air purifiers for a room. There are some cases of air in a room polluted with dust or granules of material matter. With the design of this tool, it is expected to be an indicator and warning of pollution levels in the surrounding community and can reduce the level of air pollution in the room automatically using a ventilation system.

Keywords : Dust Detector, GP2Y1010A Sensor, Microcontroller ATMega8535

(8)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak iv Abstract v

Daftar Isi vi

Daftar Tabel vii

Daftar Gambar ix

Daftar Lampiran x

Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1.3. Batasan Masalah 2

1.4. Tujuan Penelitian 2

1.5. Manfaat Penelitian 2

1.6. Metologi 3

1.7. Sistematika Penulisan 3

Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Sensor Debu Sharp GP2Y1010A 4

2.2 LCD (Liquid Crystal Display) 7

2.3 Mikrokontroler ATMega8535 8

2.3.1 Konfigurasi Pin ATMega8535 10

2.3.2 Kontruksi ATMega8535 11 2.4 Transistor 12 2.5 Kapasitor 12

2.6 Adaptor 13

(9)

2.7 Motor DC 14

2.8 Bahasa Pemrograman 15

2.9 Mosfet 16

Bab 3. Perancangan Sistem

3.1. Waktu dan Tempat 17

3.2. Diagram Blok 17

3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok 17

3.2.2 Perancangan Perangkat Keras 18

3.2.3 Rangkaian Pengendali 19

3.2.4 Sensor Arus Partikel Debu 19

3.2.5 Display LCD 20

3.2.6 Rangkaian Driver Motor Ventilasi 21

3.2.7 Rangkaian Catu Daya 23

3.3 Diagram Alir (Flowchart) 24

Bab 4. Pengujian Alat dan Program

4.1 Pengujian Sensor Debu GP2Y1010A 26

4.2 Pengujian Mikrokontroler ATMega8535 27

4.3 Pengujian Catu Daya Sistem 30

4.4 Pengujian Modul Display 31

4.5 Pengujian Secara Keseluruhan 32

4.6 Hasil Penelitian 33

4.7 Hasil Pengujian 34

Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 38

5.2 Saran 38

Daftar Pustaka

Lampiran

(10)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik elektro optik 5

Tabel 2.2 Penjelasan pin pada mikrokontroler ATMega8535 10

Tabel 2.3 Penjelasan pin pada port A 11

Tabel 2.4 Penjelasan pin pada port B 12

Tabel 2.5 Penjelasan pin pada port C 13

Tabel 2.6 Penjelasan pin pada port D 13

Tabel 4.1 Hasil pengukuran pada sensor GP2Y1010A 28 Tabel 4.2 Hasil pengukuran pin mikrokontroler Atmega 8535 30 Tabel 4.3 Hasil pengukuran tegangan output catu daya 32

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sistem 37

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Compact optical dust sensor GP2Y1010A 4

Gambar 2.2 Kondisi input terminal LED 6

Gambar 2.3 Pengambilan sampling output pulse 6

Gambar 2.4 Bentuk LCD 16x2 8

Gambar 2.5 Susunan Dari Pin IC ATmega 8535 10

Gambar 2.6 Simbol Kapasitor 12

Gambar 2.7 Bentuk fisik adaptor 13

Gambar 2.8 Motor DC Sederhana 15

Gambar 3.1 Gambar 3.2

Diagram Blok

Rangkaian lengkap sistem deteksi debu dan ventilator

17 18 Gambar 3.3

Gambar 3.4

Simbol sensor debu GP2Y1010A Rangkaian Sensor Arus Display LCD

20 21

Gambar 3.5 Rangkaian driver motor dan ventilator 22

Gambar 3.6 Rangkaian catu daya 23

Gambar 3.7 Diagram alir / Flowchart 24

Gambar 4.1 Gambar 4.2

Pengukuran tegangan output sensor GP2Y1010A Pengukuran tegangan port mikrokontroler Atmega 8535

28 32

Gambar 4.3 Pengukuran tegangan output regulator 33

Gambar 4.4 Hasi pengujian display LCD 34

Gambar 4.5 Prototipe sistem deteksi debu dan ventilasi 36

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

I. Program Lengkap 40

II. Sharp GP2Y1010A 46

III. Mikrokontroler ATMEGA8535 54

(13)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1.Latar belakang

Udara merupakan salah satu kebutuhan dalam kehidupan, udara yang dihirup belum tentu sebaik daripada apa yang diharapkan. Hal ini termasuk udara yang dihirup dalam ruangan maupun diluar ruangan, baik dengan pendingin ruang ataupun tanpa pendingin ruang, walaupun mengira bahwa udara di ruang itu lebih baik untuk dihirup. Tetap tidak bisa menjamin bahwa udara di dalam ruang lebih bersih daripada di luar ruang dan tidak mengandung polusi sedikitpun, yang dalam hal ini termasuk ruang yang menggunakan pendingin.

Perkembangan teknologi elektronika instrumen seperti sensor memberikan banyak manfaat bagi kehidupan manusia. Sensor adalah sebuah komponen yang dibuat untuk mendeteksi besaran-besaran fisik tertentu dan mengubahnya menjadi besaran listrik. Dengan adanya sensor maka dapat membantu penginderaan yang lebih baik terhadap perubahan besaran misalnya temperatur, kelembaban ,kadar gas dan sebagainya. Banyak sensor telah diciptakan seperti sensor tekanan udara, gas ,temperatur ,derajat pH dan partikel debu.

Pada kesempatan ini, akan dibangun sebuah sistem ventilasi dengan memanfaatkan sensor partikel debu. Sensor partikel debu memiliki kemampuan mendeteksi intensitas debu di udara bebas. Sensor GP2Y1010A keluaran perusahaan Sharp bekerja dengam sinar infra merah. Partikel debu dapat terdeteksi oleh photo transistor dengan baik dan memiliki linearitas yang cukup tinggi. Hasil deteksi kemudian dikalibrasi menjadi satuan pertikel debu dan menjadi acuan pengaktifan sistem ventilasi.

Dengan adanya perancangan alat ini, diharapkan menjadi indikator dan peringatan tingkat polusi pada masyarakat yang berada disekitarnya dan dapat mengurangi tingkat polusi udara diruangan secara otomatis menggunakan sistem ventilasi. Dari uraian diatas, peneliti mengambil judul “PROTOTIPE PENDETEKSI PARTIKEL DEBU SEBAGAI OTOMASI VENTILASI UDARA”.

(14)

1.2.Rumusan masalah

1. Bagaimana mendeteksi partikel debu diudara bebas menggunakan sensor GP2Y1010A.

2. Bagaimana kalibrasi nilai sensor menjadi satuan ukuran intensitas debu.

3. Bagaimana merancang rangkaian deteksi debu dan program untuk sistem ventilasi menggunakan mikrokontroler ATMega8535.

1.3.Batasan masalah

1. Pembahasan dilakukan pada aplikasi sensor sebagai deteksi debu dan pengendalian sistem ventilasi udara.

2. Rancang bangun menggunakan mikrokontroler ATMega8535 sebagai pemroses dan pengendali sistem.

3. Sensor yang digunakan adalah sensor partikel debu tipe GP2Y1010A keluaran Sharp.

4. Algoritma program ditulis dengan bahasa C menggunakan codevision AVR versi 3.27.

1.4.Tujuan penelitian

1. Mendeteksi debu dengan memanfaatkan sensor GP2Y1010A.

2. Melakukan kalibrasi pada output sensor agar diperoleh nilai satuan yang standar.

3. Merancang dan merakit rangkaian kontrol dan program untuk aplikasi diatas.

1.5.Manfaat

1. Memberikan indikator dan peringatan tingkat polusi pada manusia disekitarnya.

2. Bermanfaat membersihkan udara diruangan dengan sistem ventilasi otomatis

(15)

1.6. Metodologi

1. Kajian literatur ,yaitu mempelajari teori melalui buku-buku ataupun literatur yang berhubungan dan mengembangkannya sesuai kebutuhan.

2. Praktek, yaitu membuat simulasi ,membuat prototipe dan merancang sistem nyata ,kalibrasi ,pengujian dan analisa hasil.

3. Konsultasi atau diskusi, yaitu melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing, pakar maupun ahli dibidang yang sedang dibahas dan ditekuni.

1.7. Sistematika penulisan

Sistematika Penulisan dibagi menjadi beberapa bagian yaitu : BAB 1: PENDAHULUAN

Menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, rumusan masalah, batasan masalah, metodologi dan sistematika penulisan.

BAB 2: TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan landasan teori yang berhubungan dalam tugas akhir ini diantaranya sensor debu,display lcd ,teori komponen dasar , ATMega8535 dan sebagainya.

BAB 3: METODE PENELITIAN

Menjelaskan tentang desain sistem, prinsip kerja sistem, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak.

BAB 4: HASIL DAN ANALISIS

Menjelaskan tentang implementasi dari perancangan sistem, pengujian dan analisis dari hasil pengujian sistem.

BAB 5: KESIMPULAN DAN SARAN

Menjelaskan tentang kesimpulan yang didapat dari hasil pengujian dan analisis sistem secara keseluruhan dan saran untuk pengembangan tugas akhir.

(16)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor Debu Sharp GP2Y1010A

Sensor kualitas udara optik, yang dirancang untuk mendeteksi partikel debu.

Dioda pemancar inframerah dan fototransistor disusun secara diagonal ke dalam perangkat ini, untuk memungkinkannya mendeteksi pantulan debu yang tercermin di udara. Hal ini terutama efektif dalam mendeteksi partikel yang sangat halus seperti asap rokok, dan biasanya digunakan dalam sistem pembersih udara. Sensor ini memiliki konsumsi arus sangat rendah (20 mA max, 11 mA tipikal), dan bisa bertenaga hingga 7V DC. Output dari sensor adalah tegangan analog yang sebanding dengan densitas debu yang diukur, dengan sensitivitas 0.5V / 0.1mg / m3. Untuk dapat berkomunikasi dengan sensor yang anda harus menghubungkan ke konektor pitch pitch 6-pin, 1.5m, gambar sensor dust dapat dilihat pada gambar 2.1. (Riyanto, 2008)

Gambar 2.1 Compact optical dust sensor GP2Y1010A

Rangkaian sirkuit elektronik diimplementasikan dengan menggunakan papan PCB. Penggunaan papan PCB dapat mengurangi noise dan lebih stabil dibandingkan dengan penggunaan protoboard, karena PCB dapat membuat rangkaian elektronika yang stabil dan PCB juga dapat membuat sistem pada perangkat tidak menimbulkan bug ke dalam sistem dan mempermudah pengerjaan dalam merangkai. Merupakan sensor debu yang berbasis inframerah. Prinsip kerja dari sensor ini ialah cahaya dicerminkan pada partikel melewati keseluruhan permukaan, kemudian oleh photodioda diubah menjadi tegangan. Tegangan harus diperkuat untuk dapat membaca perubahan. Output dari sensor adalah tegangan analog sebanding dengan

(17)

kepadatan debu yang terukur, dengan sensitivitas 0.5V/0.1mg/m3, artinya setiap 0,1 mg/m3 kepadatan debu yang terukur, maka tegangannya naik sebesar 0,5 V.

Karakteristik elektro – optic dapat dilihat pada tabel 2.1

Tabel 2.1 Karakteristik elektro optik

Parameter Symbol Kondisi Min Typ Max Unit

Sensitivitas K *1*2 *3 0.35 0.5 0.65 V/(0.1mg/m3)

Tegangan VOC *2 *3 0 0.9 1.5 V

output tanpa debu

Kisaran VOH *2*3 3.4 - - V

tegangan

RL=4.7kΩ output

Arus terminal ILED *2 - 10 20 Ma

LED Tegangan

terminal LED = 0

Penggunaan ICC *2 RL= ∞ - 11 20 Ma

Arus

(18)

*1 Sensitivitas ditentukan oleh jumlah perubahan voltase output saat terjadi perubahan densitas debu sebesar 0,1 mg / m3.

*2 kondisi input di gambar 2.2

*3 waktu sampling output ditampilkan di gambar 2.3

Kondisi untuk input terminal LED

Gambar 2.2 Kondisi input terminal LED

Waktu pengambilan sampling output pulse

Gambar 2.3 Pengambilan sampling output pulse

Cahaya dicerminkan pada partikel melewati keseluruhan permukaan, kemudian oleh photodiode diubah menjadi tegangan. Tegangan harus diperkuat untuk dapat membaca perubahan. Output dari sensor adalah tegangan analog sebanding dengan kepadatan debu yang terukur, dengan sensitivitas 0.5V/0.1 mg/m3.

Spesifikasi dari GP2Y1010A Optical Dust Sensor :

(19)

• Output tegangan : analog, semakin tinggi intensitas debu semakin tinggi nilai tegangan output

• Sensitivitas : 0,5/01.mg/m3 • Suplai tegangan: 5-7 V

• Suhu operasi : -10-65 derajat Celcius

• Konsumsi saat ini: 20mA max (Sharp, 2006) 2.2 LCD (Liquid Crystal Display)

Display LCD sebuah liquid crystal atau perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar LCD yang dapat menampilkan numerik (digunakan dalam jam tangan, kalkulator dll) dan menampilkan teks alfanumerik (sering digunakan pada mesin foto kopi dan telepon genggam). Dalam menampilkan numerik ini kristal yang dibentuk menjadi bar, dan dalam menampilkan alfanumerik kristal hanya diatur kedalam pola titik.

Setiap kristal memiliki sambungan listrik individu sehingga dapat dikontrol secara independen.

Ketika kristal off' (yakni tidak ada arus yang melalui kristal) cahaya kristal terlihat sama dengan bahan latar belakangnya, sehingga kristal tidak dapat terlihat.

Namun ketika arus listrik melewati kristal, itu akan merubah bentuk dan menyerap lebih banyak cahaya. Hal ini membuat kristal terlihat lebih gelap dari penglihatan mata manusia sehingga bentuk titik atau bar dapat dilihat dari perbedaan latar belakang. Sangat penting untuk menyadari perbedaan antara layar LCD dan layar LED. Sebuah LED display (sering digunakan dalam radio jam) terdiri dari sejumlah LED yang benar-benar mengeluarkan cahaya (dan dapat dilihat dalam gelap).

Sebuah layar LCD hanya mencerminkan cahaya, sehingga tidak dapat dilihat dalam gelap. LMB162A adalah modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris terakhir adalah kursor). Memori LCD terdiri dari 9.920 bir CGROM, 64 byte CGRAM dan 80x8 bit DDRAM yang diatur pengalamatannya oleh Address Counter dan akses datanya (pembacaan maupun penulisan datanya) dilakukan melalui register data. (Ardi Kurniawan,2014). Bentuk fisik dari LCD LMB162A dapat dilihat pada gambar 2.4.

(20)

Gambar 2.4 Bentuk LCD 16x2

Pada LMB162A terdapat register data dan register perintah. Proses akses data ke atau dari register data akan mengakses ke CGRAM, DDRAM atau CGROM bergantung pada kondisi Address Counter, sedangkan proses akses data ke atau dari Register perintah akan mengakses Instruction Decoder (dekoder instruksi) yang akan menentukan perintah–perintah yang akan dilakukan oleh LCD. (Purwanta, 2013)

2.3 Mikrokontroler ATmega 8535

Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM). Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi ( misalnya pengolahan kata, pengolahan angka, dan sebagainya ). Mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM dan ROM-nya. Pada sistem perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program - program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedangkan rutin - rutin antar muka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM- nya yang berbeda artinya program disimpan di ROM yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sederhana sementara, termasuk register - register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

ATmega 8535 adalah mikrokontroler yang Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATmega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS 51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATmega 8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull. sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Hal ini dikarenakan mikrokontroler ATmega 8535 memiliki teknologi AVR RISC (Reduce Instruction Set Computing). Mikrokontroler ATmega

(21)

8535 digunakan sebagai pengolah data dengan kecepatan sebesar 300 bps sehingga dapat bekerja pada tegangan 4,5V – 5,5V (Afrie Setiawan, 2010).

Mikrokontroler merupakan otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input atau output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).

Teknologi yang digunakan pada mikrokontroler AVR berbeda dengan mikrokontroler seri MCS-51. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computer). Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, Keluarga ATmega, dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, kelengkapan periferal dan fungsi-fungsi tambahan yang dimiliki. ATmega 8535 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATmega 8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATmega 8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah.

Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATmega 8535 terdiri dari 32 saluran I/O yakni Port A, Port B, Port C, dan Port D, memiliki 10 bit dan 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter), 4 channel PWM, 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby, 3 buah timer atau counter, Analog comparator, dengan 512 byte SRAM dan 512 byte EEPROM, serta 8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write, memiliki Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5Mbps, dan beroperasi dari 4.5 sampai 5.5V dengan frekuensi 0 sampai 16MHz.

Untuk menjalankan ATmega 8535 harus digunakan Kristal yang berfungsi sebagai kecepatan mikrokontroler untuk membaca data yang dihubungkan ke pin Xtal1 dan Xtal 2 pada pin mikrokontroler dan sebagai penstabil digunakan kapasitor

(22)

22 pf. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar rangkaian mikrokontroler ATmega 8535 dibawah ini:

Gambar 2.5 Susunan Dari Pin IC ATmega 8535

2.3.1 Konfigurasi Pin ATMega8535

Mikrokontroler AVR ATMega8535 memiliki 40 pin dengan 32 pin diantaranya digunakan sebagai port paralel. Satu port paralel terdiri dari 8 pin, sehingga jumlah port pada mikrokontroler adalah 4 port, yaitu port A, port B, port C dan port D. Sebagai contoh adalah port A memiliki pin antara port A.0 sampai dengan port A.7, demikian selanjutnya untuk port B, port C, port D. Berikut ini adalah tabel penjelasan mengenai pin yang terdapat pada mikrokontroler ATMega8535:

Tabel 2.2 Penjelasan pin pada mikrokontroler ATMega8535 Vcc Tegangan suplai (5 volt)

GND Ground

RESET

Input reset level rendah, pada pin ini selama lebih dari panjang pulsa minimum akan menghasilkan reset walaupun clock sedang berjalan.

RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka sistem akan di-reset

(23)

XTAL 1 Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian operasi clock internal

XTAL 2 Output dari penguat osilator inverting

Avcc

Pin tegangan suplai untuk port A dan ADC. Pin ini harus dihubungkan ke Vcc walaupun ADC tidak digunakan, maka pin ini harus dihubungkan ke Vcc melalui low pass filter

Aref pin referensi tegangan analog untuk ADC

AGND pin untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki analog ground yang terpisah

Berikut ini adalah penjelasan dari pin mikrokontroler ATMega8535 menurut portnya masing-masing:

1. Port A

Pin33 sampai dengan pin 40 merupakan pin dari port A. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin pada port A juga memiliki fungsi- fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:

Tabel 2.3 Penjelasan pin pada port A

Pin Keterangan

PA.7 ADC7 (ADC Input Channel 7) PA.6 ADC6 (ADC Input Channel 6) PA.5 ADC7 (ADC Input Channel 5) PA.5 ADC4 (ADC Input Channel 4) PA.3 ADC3 (ADC Input Channel 3) PA.2 ADC2 (ADC Input Channel 2) PA.1 ADC1 (ADC Input Channel 1) PA.0 ADC0 (ADC Input Channel 0)

(24)

2. Port B

Pin 1 sampai dengan pin 8 merupakan pin dari port B. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port B juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:

Tabel 2.4 Penjelasan pin pada port B

PB.7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB.6 VISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB.5 VOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB.4 SS (SPI Slave Select Input)

PB.3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)OCC (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB.2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External Interrupt2 Input)

PB.1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

PB.0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)XCK (JSART External Clock Input/Output)

3. Port C

Pin 22 sampai dengan pin 29 merupakan pin dari port C. Port C sendiri merupakan port input atau output. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel II.6:

(25)

Tabel 2.5 Penjelasan pin pada port C

PC.7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC.6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)

PC.1 SDA (Two-Wire Serial Bus Data Input/Output Line) PC.0 SCL (Two-Wire Serial Bus Clock Line)

4. Port D

Pin 14 sampai dengan pin 20 merupakan pin dari port D. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus di-setting terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:

Tabel 2.6 Penjelasan pin pada port D Pin Keterangan

PD.0 RDX (UART input line) PD.1 TDX (UART output line)

PD.2 INT0 (external interrupt 0 input) PD.3 INT1 (external interrupt 1 input)

PD.4 OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output) PD.5 OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output) PD.6 ICP (Timer/Counter1 input capture pin)

PD.7 OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)

2.3.2 Konstruksi ATmega8535

ATmega 8535 memiliki 3 jenis memori, yaitu memori program, memori data dan memori EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.

a. Memori program

(26)

ATmega8535 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8 Kbyte yang terpetakan

dari alamat 0000h – 0FFFh dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit.

Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.

b. Memori data

ATmega8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte yang terba menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan untuk memori data SRAM.

c. Memori EEPROM

ATmega 8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Untuk mengakses memori EEPROM ini diperlakukan seperti mengakses data eksternal, sehingga waktu eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM.

(Cuswanto, 2012)

2.4 Transistor

Transistor merupakan semikonduktor berbahan dasar Silikon atau Geremanium dengan bentuk kemasaan yang sangat banyak jenisnya (TO-92, TO-220 ). Secara umun transistor memiliki 3 titik penyambungan , yaitu Basis (B), Kolektor (C), dan Emitor (E).

Pada perinsipnya transmitter mempunyai 2 buah dioda yang saling dipertemukan, yaitu diode Basis - Emitter dan diode Basis - Kolektor disebut juga dengan transmitter pertemuan (junctions). Dengan adanya kedua buah diode tersebut maka akan terdapat jenis transistor yang dibentuk, yaitu transistor NPN (negatif positive negative) bila dipertemukan anodanya dan transmitter PNP( positive negatif positive ).

(27)

Berdasarkan jenisnya transistor dapat dengan mudah dilakukan dengan melihat datasheet transistor yang bersangkutan. Sebagai contoh penggunaan transistor dalam perancangan alat yaitu menggnunakan spesifikasi dasar transistor daya dalam dalam kondisi taraf maksimumnya. Trasnmiter memiliki karakteristik batas maksimal IC maksimum sbesar 150 mA dengan jangkauan tegangan kerja yang bervariasi, sedangkan transistor dengan arus kolektor maksimum lebih dari 150 mA, dapat digolongkan dalam transistor penguat frekuensi audio atau radio (AF/RF) dan transistor daya (Po). (Andrianto, 2008)

2.5 Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasitansi atau kapasitas. Seperti halnya hambatan tetap kapasitor tetap merupakan kapasitor yang mempunyai nilai kapasitas yang tetap. Kapasitor dapat dibedakan dari bahan yang digunakan sebagai lapisan diantara lempeng - lempeng logam yang disebut dielektrikum. Dielektrikum tersebut dapat berupa keramik, mika, mylar, kertas, polyester ataupun film.

Prinsip sebuah kapasitor pada umumnya sama halnya dengan resistor yang juga termasuk dalam kelompok komponen pasif, yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar. Kapasitor terdiri atas dua konduktor ( lempeng logam ) yang dipisahkan oleh bahan penyekat ( isolator ). Isolator penyekat ini sering disebut sebagai bahan ( zat ) dielektrik. (Fachan, 2011)

2.6 Adaptor

Adaptor adalah sebuah rangkaian elektronika yang dapat mengubah tegangan AC menjadi DC. Rangkaian ini adalah alternatif pengganti dari sumber tegangan DC, misalnya batu baterai dan accumulator. Keuntungan dari adaptor dibanding dengan batu baterai atau accumulator adalah sangat praktis berhubungan dengan ketersediaan tegangan karena adaptor dapat di ambil dari sumber tegangan AC yang ada di rumah, di mana pada jaman sekarang ini setiap rumah sudah menggunakan listrik. Selain itu, adaptor mempunyai jangka waktu yang tidak terbatas asal ada tegangan AC, tegangan AC ini sudah merupakan kebutuhan primer dalam kehidupan manusia. Bentuk fisik dari adaptor dapat dilihat pada gambar 2.6.

(28)

Gambar 2.6 Bentuk fisik adaptor

Arus Listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dan pabrik pada umumnya adalah dibangkitkan, dikirim dan didistribusikan ke tempat masing-masing dalam bentuk Arus Bolak-balik atau arus AC (Alternating Current). Hal ini dikarenakan pembangkitan dan pendistribusian arus Listrik melalui bentuk arus bolak-balik (AC) merupakan cara yang paling ekonomis dibandingkan dalam bentuk arus searah atau arus DC (Direct Current). Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan sekarang ini sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya. Oleh karena itu, hampir setiap peralatan Elektronika memiliki sebuah rangkaian yang berfungsi untuk melakukan konversi arus listrik dari arus AC menjadi arus DC dan juga untuk menyediakan tegangan yang sesuai dengan rangkaian Elektronika-nya. Rangkaian yang mengubah arus listrik AC menjadi DC ini disebut dengan DC Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu daya DC. DC Power Supply atau Catu Daya ini juga sering dikenal dengan nama “Adaptor”. Sebuah DC Power Supply atau Adaptor pada dasarnya memiliki 4 bagian utama agar dapat menghasilkan arus DC yang stabil. Keempat bagian utama tersebut diantaranya adalah Transformer, Rectifier, Filter dan Voltage Regulator. (Nafis,2012)

2.7 Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab

(29)

diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen. (Ginting,2002)

2.8 Bahasa Pemrograman

Untuk mengendalikan mikrokontroler ATmega8535, digunakan program CodeVision CVAVR yang memiliki basis pemrograman bahasa C. Bahasa ini di pilih karena memiliki kemudahan dengan fasilitas CodeVision Wizard yang mana dengan mengatur kebutuhan yang kita perlukan mulai dari jenis chip, port yang digunakan, komunikasi yang di pilih dan antarmuka yang di pakai, secara otomatis akan di generate program dasarnya, sehingga pengguna tinggal melakukan modifikasi untuk keperluan-keperluan tambahan dan memasukkan algoritma program pada main program. (NB, 2002)

Seperti yang telah dijelaskan diatas program Arduino sendiri menggunakan bahasa C. walaupun banyak sekali terdapat bahasa pemrograman tingkat tinggi (high level language) seperti pascal, basic, cobol, dan lainnya. Walaupun demikian, sebagian besar dari paraprogramer profesional masih tetap memilih bahasa C sebagai bahasa yang lebih unggul, berikut alasan-alasannya:

 Bahasa C merupakan bahasa yang powerful dan fleksibel yang telah terbukti dapat menyelesaikan program-program besar seperti pembuatan sistem

(30)

operasi, pengolah gambar (seperti pembuatan game) dan juga pembuatan kompilator bahasa pemrograman baru.

 Bahasa C merupakan bahasa yang portabel sehingga dapat dijalankan di beberapa sistem operasi yang berbeda. Sebagai contoh program yang kita tulis dalam sistem operasi windows dapat kita kompilasi didalam sistem operasi linux dengan sedikit ataupun tanpa perubahan sama sekali.

 Bahasa C merupakan bahasa yang sangat populer dan banyak digunakan oleh programer berpengalaman sehingga kemungkinan besar library pemrograman telah banyak disediakan oelh pihak luar/lain dan dapat diperoleh dengan mudah.

 Bahasa C merupakan bahasa yang bersifat modular, yaitu tersusun atas rutin- rutin tertentu yang dinamakan dengan fungsi (function) dan fungsi-fungsi tersebut dapat digunakan kembali untuk pembuatan program-program lainnya tanpa harus menulis ulang implementasinya.

 Bahasa C merupakan bahasa tingkat menengah (middle level language) sehingga mudah untuk melakukan interface (pembuatan program antar muka) ke perangkat keras.

 Struktur penulisan program dalam bahasa C harus memiliki fungsi utama, yang bernama main(). Fungsi inilah yang akan dipanggil pertama kali pada saat proses eksekusi program. Artinya apabila kita mempunyai fungsi lain selain fungsi utama, maka fungsi lain tersebut baru akan dipanggil pada saat digunakan.

Oleh karena itu bahasa C merupakan bahasa prosedural yang menerapakan konsep runtutan (program dieksekusi per baris dari atas ke bawah secara berurutan), maka apabila kita menuliskan fungsi-fungsi lain tersebut dibawah fungsi utama, maka kita harus menuliskan bagian prototipe (prototype), hal ini dimaksudkan untuk mengenalkan terlebih dahulu kepada kompiler daftar fungsi yang akan digunakan di dalam program. (Yuswanto, 2010)

(31)

Display Kontroler ATMEGA 8385 Dust

Sensor GP2Y10

Display LCD

Ventilator Partikel

Debu

BAB 3

METODE PENELITIAN

3. 1 Waktu Dan Tempat

Pembuatan Prototipe Pendeteksi Partikel Debu Sebagai Otomasi Ventilasi Udara dilakukan pada bulan Maret 2019 sampai Mei 2019 di Laboratorium Fisika Komputasi Universitas Sumatera Utara.

3.2 Diagram blok

Gambar 3.1 Diagram Blok

Metode yang digunakan adalah metode perancangan ,yaitu merancang dan merakit sistem sebagai objek pembahasan. Sistem yang dirancang berupa rangkaian real untuk keperluan simulasi dan pembuktian bahwa sistem yang dirancang dapat bekerja sebagaimana mestinya . Dalam hal ini adalah sebuah alat pendeteksi debu sekaligus sebagai pemicu aktifasi sistem ventilasi udara. Alat dirakit dengan beberapa komponen elektronika termasuk sensor. Hasil rancangan diuji dan dianalisa untuk memperoleh data skunder dan spesifikasi alat. Dari pengujian dirumuskan beberapa kesimpulan dan saran untuk mengembangkan atau menyempurnakannya.

3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok

1. Blok Partikel Debu : Sebagai objek yang diamati oleh sensor GP2Y1010A.

2. Blok Dust Sensor GP2Y10 : Sebagai sensor untuk mendeteksi partikel debu yang tercermin di udara.

(32)

3. Blok ATMEGA 8385 : Sebagai pengolah algoritma dengan input berupa sinyal dan program sehingga dapat dikirim ke Display LCD dan

Ventilator .

4. Blok Display LCD : Sebagai menampilkan jumlah partikel debu yang telah di deteksi Dust Sensor GP2Y10.

5. Blok Ventilator : Sebagai Ventilasi keluarnya debu yang berada diruangan.

3.2.2 Perancangan Perangkat Keras

Gambar 3.2 Rangkaian lengkap sistem deteksi debu dan ventilator.

SW1

SW -SPST

1 VI

VO 3

GND2

U2

7805

C2

10uF/50V Out 5V

PB0/ICP1 14

PB1/OC1A 15

PB2/SS/OC1B 16

PB3/MOSI/OC2 17

PB4/MISO 18

PB5/SCK 19

PB6/TOSC1/XTAL1 9

PB7/TOSC2/XTAL2

10 PC6/RESET 1

PD0/RXD 2 PD1/TXD 3 PD2/INT0 4 PD3/INT1 5 PD4/T0/XCK 6 PD5/T1 11 PD6/AIN0 12 PD7/AIN1 13 PC0/ADC0 23 PC1/ADC1 24 PC2/ADC2 25 PC3/ADC3 26 PC4/ADC4/SDA 27 PC5/ADC5/SCL 28

21 AREF 20 AVCC

U1

ATMEGA8

L1

BR1 1N4002

C1

1000u/50V

V1

220VAC

R2

10k

VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

www.TheEngineeringProjects.com LCD1

LCD 16X2 5V

Q2

IRFZ44E

+88.8

20.0 1 VOVCC 3

2 GND

U4

GP2Y10 5V DC

(33)

3.2.3 Rangkaian Pengendali

Komponen pengendali utama sistem adalah mikrokontroler. Tipe mikrokontroler yang digunakan adalah tipe AVR dengan nomor ATmega 8.

Kontroler berfungsi membaca sensor , mengkalibrasi data sensor dan membandingkan data sensor dengan data setpoint. Mikrokontroler juga akan mengaktifkan motor ventilasi jika konsentrasi debu melebihi batas tertentu. Input output mikrokontroler diatur melalui program yang dibuat ,dalam hal ini Input sensor diberikan pada masukan analog ke 6 yaitu pada PORTC.5 pada pin 28. Sedangkan output display dihubungkan pada port D pada pin 2 hingga pin 13. Output untuk aktifasi motor diprogram pada port B yaitu PORTB.0. Kontroler atmega8 memiliki 28 pin dengan 3 buah port I/O ,2 pin untuk masukan kristal, 1 pin reset , 1 pin Vcc ,1 pin ground dan 1 pin reverensi tegangan. Saat start, kontroler akan menginisialisasi port-port sebagai masukan dan keluaran . Kemudian mulai membaca input dari sensor. Jika terdapat masukan atau input maka kontroler akan memprosesnya dan kemudian menampilkan hasil pembacaan pada output display. Besar konsentrasi debu akan menentukan apakah ventilasi akan diaktifkan atau tidak. Kontroler atmega 8 diprogram dengan bahasa C pada perangkat lunak codevision AVR versi 3.27.

3.2.4 Sensor arus partikel debu

Sensor partikel debu adalah sensor untuk mendeteksi konsentrasi debu dalam ruangan atau ruang terbuka. Tipe sensor yang digunakan adalah GP2Y10 merek sharp. Sensor bekerja dengan sinar inframerah dan photo transistor. Partikel debu akan terdeteksi oleh photo transistor pada sensor. Output sensor adalah analog yaitu tegangan analog 0 hingga 5 volt. Besar tegangan tergantung pada konsentrasi debu dalam sensor. Makin tinggi konsentrasi makin besar tegangan hingga mencapai maksimal. Output sensor dihubungkan pada masukan analog mikrokontroler pada pin 28. Kalibrasi sensor dilakukan pada program bahasa C.

(34)

Gambar 3.3 Simbol sensor debu GP2Y1010A.

3.2.5 Display LCD

Display LCD merupakan sebuah komponen yang berfungsi menampilkan informasi berupa pesan teks . Display yang digunakan pada rancangan ini adalah display tipe 1608 yaitu display ukuran 2 baris dengan panjang karakter 16 digit.

Fungsi display dalam hal ini adalah menampilkan pesan berupa nilai konsentrasi debu yang terdeteksi. Display ini dikendalikan oleh mikrokontroler atmega 8 melalui port data. Pada LCD terdapat bus data dan bus kontrol. Bus data berukuran 8 bit, sedangkan bus kontrol hanya 3 bit yaitu RS,RW dan clock. Bus data diberikan pada port D mikrokontroler pada pin 13,12,11 dan pin 6. Sedangkan pin RS dipasang pada pin 3 atmega8 dan RW pada pin 4 ,kemudian pin clock pada pin 5.

Kontroler mengirim pesan teks melalui bus data ke display LCD. Pesan atau nilai yang akan ditampilkan dikirim oleh program ke modul LCD melalui bus data.

20.0 1 VOVCC

3

2 GND

U3

GP2Y10 5V DC

Output

(35)

Gambar 3.4 Display LCD 3.2.6 Rangkaian driver motor ventilasi

Driver motor adalah sebuah rangkaian penguat arus yang berfungsi menguatkan arus agar dapat menggerakkan beban. Rangkaian ini menggunakan driver IRF Z44 yaitu mosfet tipe P sebagai penggerak motor DC. Motor ventilasi adalah motor kipas DC sehingga dapat langsung dikendalikan oleh mosfet. Mosfet tipe P bekerja berdasarkan bias positif pada pin gate. Jika pin gate bernilai 0 atau negatif mosfet akan dalam keadaan off dan jika diberi bias tegangan positif mosfet akan menjadi ON . Dengan demikian driver dapat dikendalikan oleh kontroler secara langsung melalui port keluaran. Output mosfet dihubungkan dengan motor melalui pin Drain. Beban motor terhubung antara pin Drain dengan vcc, sedangkan pin Source mosfet terhubung pada ground. Saat mosfet dalam keadaan “ON” arus akan mengalir dari sumber vcc melalui motor kemudian ke ground.

VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

www.TheEngineeringProjects.com

LCD2

LCD 16X2

(36)

Gambar 3.5 Rangkaian driver motor dan ventilator 3.2.7 Rangkaian catu daya

Catu daya bekerja sebagai pemberi suplai arus pada rangkaian kontrol dan semua komponen. Output yang diberikan oleh catudaya adalah sekitar 12V dengan arus 1A. Rangkaian catudaya terdiri dari sebuah trafo stepdown dan rangkaian penyearah dioda serta kapasitor. Trafo berfungsi menurunkan tegangan hingga 12V ,dioda menyearahkan arus menjadi arus DC dan diratakan oleh kapasitor. Setelah itu sebuah IC AN 7805 digunakan untuk regulasi tegangan 5V untuk mencatu kontroler, sensor dan display LCD.

Q1

IRFZ44E

+88.8

12V

Gate

Drain

Source

Ventilator motor

(37)

Gambar 3.6 Rangkaian catu daya

SW2

SW -SPST

1 VI VO 3

GND2

U5

7805

C3

10uF/50V

L2

BR2 1N4002

C4

1000u/50V

V2

220VAC

(38)

3.3 Diagram Alir (FlowChart)

Gambar 3.7 Diagram alir / Flowchart system Konversi Data Analog ke

Digital Inisialisasi dan

Nilai Awal

MULAI

Baca Semsor GP2Y10

Kalibrasi Nilai Sensor

Bandingkan nilai sensor dengan batasan yang ditentukan

Tampilkan konsentrasi debu pada display LCD

Selesai

Konsentrasi debu > batas?

Aktifkan motor ventilasi

YA TIDAK

(39)

Gambar diatas menunjukkan diagram alir program yang bekerja pada kontroler atmega 8 selama 1 siklus kerja. Aliran proses ditentukan oleh program yang dibuat dan tertanam pada IC kontroler. Aliran proses yang dibuat dimulai dari inisialisasi dan pemberian nilai awal oleh program . Yaitu inisialisasi LCD display dan input output port serta nilai awal dari masing2 port. Setelah itu proses dilanjutkan pada pembacaan input yaitu tegangan keluaran sensor. Tegangan sensor diubah menjadi data digital oleh rangkaian internal adc . Data digital kemudian dikalibrasi menjadi nilai konsentrasi debu ke udian ditampilkan pada display lcd melalui port keluaran. Data juga dibandingkan oleh program dengan nilai tertentu . Jika hasil pembandingan melebihi batas yang ditentukan program akan mengaktifkan motor ventilasi melalui salah satu portnya.

(40)

BAB 4

PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM

4.1 Pengujian sensor debu GP2Y1010A

Pengujian ini dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran sensor pada beberapa kondisi. Karena tidak tersedianya alat ukur konsentrasi partikel debu pada pengujian ini, maka pengujian hanya berdasarkan kondisi atau keadaan sekitar sensor yang diuji dengan memberikan input debu buatan dari beberapa material seperti debu pasir, tepung kanji, debu kayu atau papan dan asap kenderaan bermotor. Berikut adalah hasil pengukuran teganga terhadap output sensor.

Gambar 4.1. Pengukuran tegangan output sensor GP2Y1010A Tabel 4.1 Hasil pengukuran pada sensor GP2Y1010A

Residu Vout sensor(V)

Tanpa masukan 0,15

Debu pasir 0,27

Tepung kanji 0,21

Debu kayu 0,24

Asap kenderaan 0,17

Asap pembakaran kertas 0,18

(41)

4.2 Pengujian mikrokontroler atmega 8535

Tujuan pengujian mikrokontroler adalah untuk mengetahui apakah mikrokontroler telah bekerja dengan baik atau tidak. Untuk pengujian ini akan dilakukan pembandingan antara program yang dibuat dgn hasil pengukuran. Dimana tiap port keluaran diukur dengan voltmeter kemudian dibandingkan dengan data yang diprogram. Jika terdapat perbedaan logik maka berarti ada indikasi kesalahan dan harus diperiksa ulang.

Algoritma program dalam bahasa C untuk pengujian tersebut adalah : DDRA = 0xFF;

PORTA = 0xD0;

DDRB = 0xFF;

PORTB = 0x55;

DDRC = 0xFF;

PORTC = 0x3E;

DDRD = 0xFF;

PORTD = 0x54;

(42)

Data tegangan hasil pengukuran pada port mikrokontroler Atmega 8535 adalah sbb:

Tabel 4.2 Hasil pengukuran pin mikrokontroler Atmega 8535.

PORT B PIN VOUT(V)

1. 4,97

2. 0,0

3. 5,0

4. 0,0

5. 5,0

6. 0,0

7. 5,01

8. 0,0

PORT D 14. 0,01 15. 0,01 16. 5,01

17. 0,0

18. 5,00 19. 0,01

20. 5,0

21. 0,0

PORT C

22. 0,0

23. 5,01 24. 4,99 25. 5,01 26. 4,99 27. 4,99 28. 0,01

29. 0,0

(43)

PORT A 33. 0,01

34. 0,0

35. 0,0

36. 0,0

37. 5,01 38. 0,01 39. 5,01 40. 5,00

Dengan demikian data logik keluaran tiap port adalah : PORTA : 11010000 = D0 hexa

PORTB : 01010101 = 55 hexa PORTD : 01010100 = 54 hexa PORTC : 00111110 = 3E hexa Analisa :

Dari data diatas yang dibuat secara acak nilainya jika dibandingkan antara data program dengan hasil pengukuran port akan terlihat adanya kesamaan antara program dan keluaran tiap pin. Hasil menunjukkan tidak terdapat perbedaan ,sehingga dapat dinyatakan rangkaian kontroler telah bekerja dengan baik sesuai program.

(44)

Gambar 4.2. Pengukuran tegangan port mikrokontroler Atmega 8535.

4.3 Pengujian catu daya sistem

Catu daya yang digunakan adalah trafo stepdown. Pengujian dilakukan dgn mengukur tegangan keluaran catu daya saat berbeban dan tanpa beban . Terdapat 2 test point output yaitu output setelah penyearah dan output setelah regulator 7805.

Berikut adalah data hasil pengukuran catu daya :

Tabel 4.3. Hasil pengukuran tegangan output catu daya.

Kondisi Catu daya Output dc Output regulator

Tanpa beban 13,7 V 5,02 V

Dengan beban 12,3 V 5,01 V

Pembahasan:

Dari pengukuran diatas dapat diambil kesimpulan bahwa tegangan yang dihasilkan telah memenuhi kebutuhan rangkaian yang dibuat yaitu 12V dan 5V. Dengan demikian pengujian ini dinyatakan berhasil.

(45)

Gambar 4.3. Pengukuran tegangan output regulator.

4.4. Pengujian modul display M1632

Pengujian display LCD dilakukan dengan program yang dibuat khusus untuk menampilkan sebuah pesan pada LCD tersebut . Program dibuat dengan bahasa C, kemudian diunggah pada kontroler . Berikut adalah list program yg dibuat untuk pengujian tersebut.

Init_lcd();

while(1) {

lcd_clear();

lcd_putsf("DETEKTOR DEBU");

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_putsf("& VENTILATOR");

delay_ms(1000);

}

(46)

Setelah diunduh pada mikrokontroler dan dijalankan , maka pada display LCD akan muncul kata " DETEKTOR DEBU" pada baris pertama dan "&

VENTILATOR "pada baris kedua . Dengan tampilan seperti itu maka pengujian display dinyatakan telah bekerja dengan baik sesuai dengan yang diprogramkan.

Gambar 4.4. Hasi pengujian display LCD.

4.5 Pengujian secara keseluruhan

Pengujian dilakukan setelah semua komponen telah disatukan pada sistem minimum mikrokontroler atmega 8535. Dimulai dengan mengaktifkan catu daya dan memberikan masukan pada sistem. Dalam pengujian ini masukan berupa kondisi dimana dipilih suatu lokasi yang banyak debu misalnya pada tempat pengolahan kayu/papan. Respon alat cukup baik saat mesin pemotong kayu mulai dihidupkan.

Tampak kenaikan signifikan dari debu yang terdeteksi oleh sensor. Hingga mencapai batas yang ditentukan ,ventilasi kemudian diaktifkan dan display menunjukkan suatu pesan peringatan bahwa konsentrasi partikel cukup tinggi dan perlu waspada.

Pengujian dilakukan beberapa kali pada tempat yang sama kemudian pindah ke lokasi lain dengan sumber debu lain. Saat ini dipilih lokasi tempat pembangunan rumah dimana pekerjaan semen sedang dilakukan. Proses penuangan semen yang

(47)

menghasilkan debu semen dengan cepat terdeteksi oleh sensor dan menyulut ventilator untuk bekerja. Dari hasil pengujian-pengujian yang dilakukan diatas dapat disimpulkan bahwa alat telah berfungsi sesuai dengan yang diinginkan dengan demikian dapat dikatakan alat deteksi debu dan sistem ventilasi otomatis berhasil direalisasikan dengann baik.

4.6 Hasil peneltian

Hasil penelitian adalah sebuah alat pendeteksi debu dan sistem ventilasi yang berfungsi sebagai pembersih udara sebuah ruangan. Ada beberapa kasus udara sebuah ruangan tercemar dengan debu atau butiran partikel sesuatu material.

Misalnya sebuah ruang produksi , sebagai contoh ruang pabrik mebel dengan benda kerja papan atau kayu akan menghasilkan banyak partikel debu kayu. Pabrik semen menghasilkan debu partikel pasir atau kapur. Pabrik makanan menghasilkan partiel debu jenis makanan tertentu seperti tepung dan sebagainya. Partikel-partikel kecil yang disebut debu ini tentunya tidak baik dan berdampak buruk bagi kesehatan manusia terutama orang yang bekerja didalam ruang tersebut. Problem atau masalah muncul ketika orang tersebut tidak sadar atau telah terbiasa dengan kondisi tersebut sehingga lama kelamaan akan menimbulkan penyakit yang merugikan orang tersebut.Solusi yang ditawarkan pada kesempatan ini adalah sebuah sistem yang dapat mendeteksi partikel debu secara otomatis dan melakukan aksi pembersihan yaitu mengaktifkan ventilasi udara. Dengan cara demikian diharapkan polusi debu dapat berkurang drastis sambil memberikan peringatan kesehatan bagi orang yang berada disana. Rancangan yang dihasilkan berupa prototipe dalam bentuk miniatur yang berfungsi sebagai simulator yang menunjukkan sebuah sistem ventilasi dengan deteksi debu. Sensor debu bekerja dengan sinar infra merah mendeteksi partikel- partikel yang melewati sensor. Dilengkapi sebuah kipas penghisap untuk menarik partikel disekitar sensor untuk masuk melalui celah atau lubang sensor. Debu dideteksi dengan ukuran ppm(part per milion) dan dibandingkan dengam suatu acuan , jika besaran yang terdeteksi melampaui acuan maka sistem ventilasi akan diaktifkan. Besaran nilai yang terdeteksi ditampilkan pada display LCD sebagai monitor level partikel debu. Sistem dikontrol dengan sebuah mikrokontroler atmega

(48)

8535 yang diprogram dengan bahasa C menggunakan codevision AVR. Wujud fisik sistem diperlihatkan pada foto gambar 4.5.

Gambar 4.5. Prototipe sistem deteksi debu dan ventilasi.

Untuk mengetahui fungsi dan kinerja sistem maka dilakukan beberapa pengujian terhadap alat yang dibuat misalnya pengujian komponen hingga pengujian software dan pengujian sistem secara keseluruhan. Pada bagian berikut ini akan dipaparkan hasil pengujian yang dilakukan pada sistem.

4.7 Hasil pengujian

Pengujian sistem dilakukan untuk mengetahui kinerja sistem yaitu kinerja tiap komponen dan kinerja keseluruhan sistem. Setelah semua komponen telah siap dan

(49)

telah tersedia maka pengujian dapat dilakukan. Beberapa pengujian yang dilakukan meliputi pengujian sensor, pengujian kontroler, pengujian hasil kalibrasi dan output display serta fungsi sistem sebagai ventilator otomatis.

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sistem Material debu Vout

sensor(V) Densitas Debu ( ppm ) Ventilator

Tanpa masukan 0,16 58 Mati

Debu pasir 0,27 99 Hidup

Tepung kanji 0,21 77 Hidup

Debu kayu 0,24 88 Hidup

Asap kenderaan 0,17 62 Mati

Asap pembakaran kertas 0,18 65 Mati

(50)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan alat hingga pengujian alat, penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain:

1. Rancang bangun alat deteksi debu dan sistem ventilasi berhasil dibuat dan bekerja sesuai tujuannya, yaitu sensor GP2Y1010A dapat mendeteksi adanya perubahan di udara apabila terdapat beberapa material seperti debu pasir, tepung kanji, debu kayu atau papan dan asap kendaraan bermotor pada suatu wadah.

2. Kalibrasi nilai sensor berhasil dilakukan secara software didalam program yang dibuat.

3. Ventilator akan aktif secara otomatis saat nilai sensor melampaui 0,20 V dimana merupakan kondisi udara tidak bersih atau steril dari debu.

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk penelitian selanjutnya yaitu :

1. Masih membutuhkan proses pengembangan dan penyempurnaan agar sistem dapat diterapkan sebagai sistem ventilasi inovatif.

2. Membutuhkan proses kalibrasi yang lebih dalam dari nilai sensor agar hasil pengukuran lebih presisi dan akurat.

(51)

DAFTAR PUSTAKA

Andrianto, H. (2008). Pemrograman Microcontroller ATMEGA 16.

Bandung:

Informatika.

Cuswanto, A. (2012). Prototype Pendeteksi Prosentase Kadar Alkohol Dalam Minuman Berbasis Mikrokontroller ATMEGA 8535 Dengan Output LCD. Yogyakarta: Amikom Yogyakarta.

Fachan, M. (2011). PC Cloning Melalui Port USB dengan Software betwin. Pelita Teknologi VOL. 4 no. 1.

Ginting NB. (2002). Penggerak antena modem USB tiga dimensi berbasis mikrokomputer menggunakan Arduino UNO. J Fisika 2, 17-18.

MW, Sari. (2016). Rancang Bangun Aplikasi Monitoring Detak Jantung Melalui Finger Test Berbasis Arduino. Jurnal EKSIS Universitas Kristen Duta Wacana Yogyakarta. Vol 9 No 2 November 2016 ISSN: 19781385 halaman 105-112.

Nafis, Christopher (2012).

http://www.howmuchsnow.com/arduino/airquality.

Diakses pada tanggal 5 Juli 2019.

NB, G. (2002). J Fisika 2. Penggerak antena modem USB tiga dimensi berbasis mikrokomputer menggunakan Arduino UNO, 17-18.

Purwanta. (2013). Karakteristik Pendingin Evaporatif menggunakan Cooling Pads berbahan Spon Yang Disusun Paralel. Teknik Desain Mekanika VOL. 1, 65-70.

Riyanto, S. (2008). Application Note of Sharp Dust Sensor GP2Y1010AU0F.

Yogyakarta: Graha Ilmu.

Sharp, Corporation (2006). Datasheet Optical Compact Dust Sensor GP2Y1010AU0F. Japan : Sharp Press.

Yuswanto, S. (2010). Boom..! Visual Studio.Net 2010 Meledak. Jakarta:

Cerdas

Pustaka.

(52)

Lampiran

Program Lengkap

#include <io.h> #include

<delay.h> #include

<alcd.h>

#include <stdio.h>

unsigned int V,DustDensity,K,V0,i;

char buffer[20];

// Voltage Reference: AREF pin

#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR))

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)

{

ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;

(53)

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=(1<<ADSC);

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0);

ADCSRA|=(1<<ADIF);

return ADCW;

}

void main(void)

{

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port A initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In

DDRA=(0<<DDA7) | (0<<DDA6) | (0<<DDA5) | (0<<DDA4) | (0<<DDA3) | (0<<DDA2) | (0<<DDA1)

| (0<<DDA0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

(54)

// Port B initialization

// Function: Bit7=Out Bit6=Out Bit5=Out Bit4=Out Bit3=Out Bit2=Out Bit1=Out Bit0=Out

DDRB=(1<<DDB7) | (1<<DDB6) | (1<<DDB5) | (1<<DDB4) | (1<<DDB3) | (1<<DDB2) | (1<<DDB1) | (1<<DDB0);

// State: Bit7=0 Bit6=0 Bit5=0 Bit4=0 Bit3=0 Bit2=0 Bit1=0 Bit0=0

// Port C initialization

DDRC=(0<<DDC7) | (0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1) | (0<<DDC0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

// Port D initialization

DDRD=(0<<DDD7) | (0<<DDD6) | (0<<DDD5) | (0<<DDD4) | (0<<DDD3) | (0<<DDD2) | (0<<DDD1)

| (0<<DDD0);

(55)

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 1000.000 kHz

// ADC Voltage Reference: AREF pin

// ADC High Speed Mode: Off

// ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped ADMUX=ADC_VREF_TYPE;

SFIOR=(1<<ADHSM) | (0<<ADTS2) | (0<<ADTS1) | (0<<ADTS0);

// Alphanumeric LCD initialization

// Connections are specified in the

// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:

// RS - PORTC Bit 0

// RD - PORTC Bit 1

(56)

// D4 - PORTC Bit 4

// D5 - PORTC Bit 5

// D6 - PORTC Bit 6

// D7 - PORTC Bit 7

// Characters/line: 16 lcd_init(16);

lcd_gotoxy(0,0);

lcd_putsf(" DETEKTOR DEBU");

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_putsf(" & VENTILATOR");

delay_ms(2000);

K = 50;

V0 = 123;

while (1)

{

V = (read_adc(0)*15);

(57)

if (DustDensity < 20){DustDensity = 0;}

sprintf(buffer," DDS : %i ppm ",DustDensity);

lcd_gotoxy(0,0);

lcd_puts(buffer);

delay_ms(1000); lcd_clear();

if (DustDensity >= 70){PORTB.0 = 1;lcd_putsf(" VENTILASI AKTIF");delay_ms(1000);i=0;} i++;

if (i == 60) {PORTB.0 = 0;}

}