SISTEM DETEKTOR KADAR ZAT CARBON MONOKSIDA PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 LAPORANTUGAS AKHIR AMRO WIJAYA DAMANIK

(1)

SISTEM DETEKTOR KADAR ZAT CARBON MONOKSIDA PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLLER

ATMEGA 328

LAPORANTUGAS AKHIR

AMRO WIJAYA DAMANIK 162408009

PROGRAM STUDI D-3 FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2019

Universitas Sumatera Utara

(2)

SISTEM DETEKTOR KADAR ZAT CARBON MONOKSIDA PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLLER

ATMEGA 328

LAPORANTUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya

AMRO WIJAYA DAMANIK 162408009

PROGRAM STUDI D-3 FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

PERNYATAAN

SISTEM DETEKTOR KADAR ZAT CARBON MONOKSIDA PADA RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLLER

ATMEGA 328

LAPORANTUGAS AKHIR

Saya menyatakan bahwa laporantugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan,01 Juli2019

AMRO WIJAYA DAMANIK 162408009

(4)

(5)

ii SISTEM DETEKTOR KADAR ZAT CARBON MONOKSIDA PADA

RUANGAN BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

ABSTRAK

Bebarapa kalangan masyarakat beranggapan bahwa kandungan zat berbahaya berupa gas CO hanya berada pada luar ruangan saja, alasan itu dikarenakan bahwa pembakaran hanya banyak dilakukan diluar ruangan. Namun, didalam ruangan seperti rumah dan pabrik juga terdapat gas berbahaya tersebut, yang akan membahayakan penghuni rumah ataupun para pekerja di pabrik.

Maka dirancang alat instrumentasi untuk mendeteksi karbon monoksida yang dihasilkan dari peralatan ataupun beberapa aktivitas yang ada dalam ruangan seperti dalam rumah.

Ketika alat ini diaktifkan dan melakukan proses beberapa detik, dan sensor akan mulai mendeteksi gas CO dalam ruangan. Ketika sensor mendeteksi kadar zat CO berbahaya melebihi standard yang disesuaikan, maka secara otomatis alat akan bekerja dengan memberikan peringatan berupa bunyi buzzer, indikator led merah yang menyala dan berupa kipas fan sebagai minimalis atau menghilangkan kadar zat CO yang tinggi dari udara dalam ruangan. LCD berfungsi menampilkan kandungan zat CO dimana alat pendeteksi diletakkan.

Kata Kunci : Buzzer, Kipas, LCD,LED,Sensor MQ-7.

(6)

DETECTOR SYSTEM FOR CARBON MONOXIDE LEVEL IN ROOM USED ATMEGA 328 MICROCONTROLLER

ABSTRACT

Some people think that the content of hazardous substances in the form of CO gas is only outdoors, the reason being that burning is only done outdoors. However, in a room such as a house and a factory there is also this gas, which will endanger the occupants of the house or workers in the factory.

So an instrumentation tool is designed to detect carbon monoxide produced from equipment or some activities that are in the room as in the house. When this tool is activated and processes a few seconds, the sensor will start detecting CO gas in the room.

When the sensor detects harmful CO substances exceeding the adjusted standard, the tool will automatically work by giving a warning sound in the form of a buzzer, a red LED indicator that lights up and a fan as a minimalist fan or removing high levels of CO from the indoor air. The LCD function displays the CO content where the detector is placed.

Keyword : Buzzer, Fan, LCD, LED,MQ-7 Sensor

(7)

iv PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini dengan judul Sistem Detektor Kadar Zat Carbon Monoksida Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroller ATmega 328.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr.Bisman Perangin-angin,M.Eng.Sc. selaku pembimbing yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan laporan tugas akhir ini. Terima kasih banyak kepada Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc. dan Bapak Drs.Aditia Warman,M.Si selaku ketua program studi dan sekretaris program studi D3-Fisika FMIPA USU, dekan dan wakil dekan FMIPA USU, seluruh staff dan dosen program studi D3-Fisika FMIPA USU, pegawai dan rekan-rekan kuliah. Akhirnya tidak terlupakan kepada Bapak, Ibu dan keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan. Semoga Tuhan Yang Maha Esa akan membalasnya.

Medan, 01 Juli 2019

Amro Wijaya Damanik

(8)

DAFTAR ISI

PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ... i

ABSTRAK ... ii

ABSTRACT ... iii

PENGHARGAAN ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Hipotesis ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 2

1.5Manfaat Penelitian ... 3

1.6Metodologi Penulisan... 3

1.7Sistematika Penulisan... 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Gas Carbon Monoksida ... 5

2.2 Sensor MQ ... 6

2.2.1Sensor Gas MQ-7 ... 7

2.3Mikrokontroller ... 8

2.4 Arduino ... 9

2.4.1 Arduino Uno... 9

2.4.2 Bahasa Pemrograman ... 11

2.5 Liquid Crystal Display ( LCD) ... 12

2.5.1 Inter Intergrated Circuit (I2C) ... 13

2.6 Light Emitting Diode ( LED) ... 14

2.7 Buzzer ... 15

2.8 Relay ... 16

(9)

vi

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 18

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 18

3.2Perancangan Sistem ... 18

3.3Flowchart Detektor Kadar Zat CO ... 19

3.4 Rangkaian Input Untuk Sensor MQ-7... 20

3.5 Rangkaian Output Untuk LCD,LED, Buzzer ,Dan Relay ... 21

3.5.1 Rangkaian Output Untuk LCD ... 21

3.5.2 Rangkaian Output Untuk LED ... 22

3.5.3 Rangkaian Output Untuk Buzzer ... 22

3.5.4 Rangkaian Output Untuk Relay ... 23

3.6 Rangkaian Keseluruhan Sistem Alat Detektor CO ... 25

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26

4.1 Pengukuran Dan Hasil Pengukuran ... 26

4.2 Analisis Pembahasan ... 28

4.2.1 Pengkalibrasian sensor MQ-7 ... 28

4.2.2 Menentukan ralat/error detektor untuk MQ-7 ... 31

BAB 5 KESIMPULAN ... 33

5.1 Kesimpulan ... 33

5.2 Saran ... 33

DAFTAR PUSTAKA ... 34

LAMPIRAN ... 35

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data board Arduino ... 10

Tabel 2.2 Data pin LCD ... 13

Tabel 4.1 Perbandingan CO untuk MQ-7 ... 26

Tabel 4.2 Pengukuran kadar CO pada obat anti nyamuk ... 27

Tabel 4.3 Pengukuran kadar CO pada asap rokok ... 27

Tabel 4.4 Pengukuran kadar CO pada etanol 70% ... 28

Tabel 4.5 Pengujian menentukan nilai Rs/Ro ... 30

(11)

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ekivalen Sensor Seperti Indra Manusia ... 7

Gambar 2.2 Sensor Gas MQ-7 ... 8

Gambar 2.2.1 Elektronika Sensor Gas MQ-7 ... 8

Gambar 2.3 Arduino Uno ATMega 328 ... 9

Gambar 2.4 Konfigurasi ATMega 328 dalam pin mikrokontroller Arduino Uno ... 10

Gambar 2.5 LCD 16x2 dengan pin datasheet ... 12

Gambar 2.5 Elektronika LCD 16x2 ... 13

Gambar 2.6 Module I2C dengan LCD 16x2 ... 14

Gambar 2.7 Komponen LED ... 15

Gambar 2.8 Buzzer... 15

Gambar 2.8.1 Rangkaian Buzzer ... 16

Gambar 2.9 Modul Relay 5V DC ... 16

Gambar 2.9.1 Elektronika Relay ... 16

Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Sistem ... 18

Gambar 3.2 Flowchart Detektor CO ... 19

Gambar 3.3 Rangkaian input sensor MQ-7... 20

Gambar 3.4 Rangkaian output untuk LCD ... 21

Gambar 3.5 Rangkaian output untuk LED ... 22

Gambar 3.6 Rangkaian output untuk buzzer ... 23

Gambar 3.7 Rangkaian output untuk relay ... 24

Gambar 3.8 Rangkaian seluruh sistem alat detektor CO ... 25

Gambar 4.1 CO-Meter standard ... 28

Gambar 4.2 Baris program untuk menentukan nilai Vout dan Rs ... 29

Gambar 4.3 Grafik trendline untuk persamaan ppm dan Rs/Ro ... 30

Gambar 4.4 Baris program kalibrasi kadar CO dengan sensor MQ-7 ... 31

Gambar 4.5 Alat detektor CO dengan sensor MQ-7 saat proses heating... 32

(12)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Polusi udara merupakan salah satu kerusakan lingkungan, berupa penurunan kualitas udara karena masuknya unsur-unsur berbahaya ke dalam udara atau atmosfer bumi. Unsur-unsur berbahaya yang masuk ke dalam atmosfer tersebut bisa berupa karbon monoksida (CO), Nitrogen dioksida (No2), dan Carbon Dioksida (CO2).

Unsur-unsur tersebut bisa disebut juga sebagai polutan atau jenis-jenis bahan pencemar udara. Unsur carbon monoksida (CO) adalah salah satu unsur dari zat tersebut yang sangat berbahaya terutama bagi organ dalam tubuh.Carbon monoksida merupakan salah satu senyawa yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna.

Carbon monoksida yang terhirup dalam tubuh bisa menimbulkan bahaya dan dapat meracuni tubuh yang bisa berakibat hingga kematian.Setiap tahun, selalu ada korban keracunan carbon monoksida, mulai dari keracunan tingkat rendah hingga tingkat tinggi yang menyebabkan kematian.Carbon monoksia diproduksi oleh banyak hal, termasuk oleh berbagai peralatan rumah tangga di rumah. Membakar sampah di halaman rumah, memanaskan mobil di garasi yang tertutup atau asap dari perapian bisa menjadi penyebabnya. Karbon monoksida adalah hasil sampingan daripembakaran tidak sempurna bahan bakar seperti gas alam, minyak, minyak tanah dan kayu.

Cara termudah agar bisa melindungi diri dari keracunan karbon monoksida adalah dengan memiliki sebuah alat detektor. Dengan alat detektor maka kasus keracunan akibat senyawa carbon monoksida minimal bisa dikurangi atau dicegah.

Pada perancangan detektor ini, dimana mikrokontroller atmega 328 Arduino Uno berfungsi sebagai pengendali pada alat agar dapat bekerja sebagai pendeteksi. Sensor MQ-7 yang mendeteksi kandungan zat carbon monoksida akan mengirimkan data hasil radar pendeteksian dan dikirimkan ke mikrokontroller atmega 328 Arduino Uno, lalu mikrokontroller akan menginstruksikan ke LCD untuk menampilkan hasil data tersebut. Bersamaan dengan perintah ke LCD,relay, buzzer dan LED akan aktif sesuai perintah dari mikrokontroller ketika data masukan berupa kadar zat melebihi standard yang diinstruksikan.

(13)

2 Berdasarkan latar belakang tersebut maka penulis membuat “Sistem Detektor Kadar Zat Carbon Monoksida Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroller Atmega 328”. Sebagai pembahasan dalam Tugas Akhir yang dibuat oleh penulis.

1.2 Rumusan Masalah

Dalam permasalahan utama ini, bagaimana kerja sensor MQ-7 mendeteksi kadar gas CO dalam ruangan. Pada pendeteksian kadar zat carbon monoksida,bagaimana mengetahui sensivitas sensor MQ-7 untuk penelitian di dalam ruangan yang begitu luas.

1.3 Hipotesis

Berdasarkan permasalahan tersebut, untuk mengetahui kerja sensor MQ-7 untuk mendeteksi kadar zat carbon monoksida, maka dirancang sebuah alat detektor untuk mendeteksi kadar zat carbon monoksida menggunakan mikrokontroller atmega 328 Arduino Uno sebagai pengendali. Ketika sensor MQ-7 mendeteksi zat carbon monoksida, mikrokontroller akan menginstruksikan ke LCD untuk menampilkan kadar zat, saat kandungan zat CO melebihi batas standard yang dibuat mikrokontroller juga menginstruksikan LED, buzzer, dan relay akan aktif untuk memberikan peringatan dan meminimalkan kadar zat carbon monoksida diudara. Untuk melakukan penelitian dalam ruangan, alat detektor akan diletakkan pada area yang memiliki radar kandungan zat carbon monoksida.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai salahsatu persyaratan dalam menyelesaikan program D3-Fisika Universitas Sumatera Utara, membuat peralatan, dan juga bentuk pemahaman tentang cara-cara membuat tugas akhirpada program diploma ( D3).

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui sistem kerja daripada sensor MQ-7 dalam mendeteksi kadar zat carbon monoksida.

(14)

2. Untuk mengetahui proses dan kinerja alat detektor kadar zat carbon monoksida ketika di dalam ruangan .

3. Sebagai tambahan dalam pengembangan mikrokontroller Atmega 328 Arduino Uno pada bidang instrumentasi.

1.6 Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penyelesaian tugas akhir ini meliputi : 1. Studi Literatur

Studi literatur dimaksudkan untuk mencari referensi dan mempelajarinya guna mendukung dalam perancangan tugas akhir.

2. Perancangan Sistem

Pada tahap ini dilakukan perancangan rangkaian sitem dan blok diagram.

3. Perancangan dan Pembuatan Alat

Pada tahap ini dilakukan perancangan dan pembuatan detektor kadar zat karbon monoksida pada ruangan berbasis mikrokontroler atmega 328.

4. Analisis dan Pengujian

Analisis dan pengujian dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana alat yang dibuat pada tugas akhir ini dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan.

5. Penyusunan Laporan

Tahap akhir pada tugas akhir ini adalah penyusunan laporan dengan tahap tahap diatas.

1.7 Sistematika Penulisan

Berikut merupakan sistem penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir :

1. BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, motivasi dan tujuan tugas akhir, sasaran tugas akhir, metode tugas akhir dan sistematika penulisan.

(15)

4 2. BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisi landasan teori yang menjadi referensi utama dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dibahas berhubungan dengan sistem yang akan dibuat dan juga yang akan digunakan untuk kepentingan analisis dan perancangan.

3. BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini membahas tentang waktu, tempat seta perancangan prototipe alat, pembuatan rangkaian prototipe, blok diagram, dan cara kerja rangkaian yang dapat menghasilkan Sistem Detektor Kadar Zat Karbon Monoksida Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroler Atmega 328.

4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas hasil dari analisis dan pengujian dari Sistem Detektor Kadar Zat Karbon Monoksida Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroler Atmega 328.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun untuk masa yang mendatang.

(16)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gas Carbon Monoksida

Senyawa carbon monoksida(CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan carbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna merupakan gabungan dari bentuk unsur kimia karbon dan oksigen. Carbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Senyawa CO mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah yaitu haemoglobin.

Karakteristik biologi yang paling penting dari CO adalah kemampuannya untuk berikatan dengan haemoglobin, pigmen sel darah merah yang mengangkut oksigen keseluruh tubuh. Sifat ini menghasilkan pembentukan carboksihaemoglobin (HbCO) yang 200 kali lebih stabil dibandingkan oksihaemoglobin (HbO2). Penguraian HbCO yang relatif lambat menyebabkan terhambatnya kerja molekul sel pigmen tersebut dalam fungsinya membawa oksigen keseluruh tubuh. Kondisi seperti ini bisa berakibat serius, bahkan fatal, karena dapat menyebabkan keracunan. Selain itu, metabolisme otot dan fungsi enzim intra-seluler juga dapat terganggu dengan adanya ikatan CO yang stabil tersebut. Dampak dari keracunan CO sangat berbahaya bagi orang yang telah menderita gangguan pada otot jantung atau sirkulasi darah periferal yang parah.Seseorang yang menderita sakit jantung atau paru-paru akan menjadi lebih parah apabila kadar HbCO dalam darahnya sebesar 5–10%.

Pengaruh CO kadar tinggi terhadap sistem syaraf pusat dan sistem kardiovaskular telah banyak diketahui.Studi epidemiologi tentang kesakitan dan kematian akibat penyakit jantung dan kadar CO di udara yang dibagi berdasarkan wilayah, sangat sulit untuk ditafsirkan. Namun dada terasa sakit pada saat melakukan gerakan fisik, terlihat jelas akan timbul pada pasien yang terpajan CO dengan kadar 60 mg/m3 , yang menghasilkan kadar HbCO mendekati 5%. Kemampuan untuk mendeteksi atau mengetahui bagi setiap orang sangat diperlukan, dalam lingkungannya yang terjadi pada saat yang tidak dapat diperkirakan sebelumnya dan membutuhkan kewaspadaan tinggi dan terus menerus, dapat terganggu/ terhambat pada kadar HbCO yang berada

(17)

6 dibawah 10% dan bahkan sampai 5% (hal ini secara kasar ekivalen dengan kadar CO di udara masing-masing sebesar 80 dan 35 mg/m3) Pengaruh ini terlalu terlihat pada perokok, karena kemungkinan sudah terbiasa terpajan dengan kadar yang sama dari asap rokok.

2.2 Sensor MQ

Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah besaran fisik ke besaran listrik. Sensor kemudian akan dapat mengkonversi pengukuran menjadi sinyal bahwa seseorang akan dapat membaca. Sebagian besar sensor yang digunakan saat ini benar-benar akan dapat berkomunikasi dengan perangkat elektronik yang akan melakukan pengukuran dan perekaman.

Sensor gas dengan kode MQ... terdiri dari 2 bagian, yaitu sensor elektrokimia dan sebuah pemanas (internal heater) didalamnya. Sensor ini dapat mendeteksi berbagai tipe gas, dan akan lebih sensitif untuk jenis gas tertentu, tergantung jenis sensor yang terpasang. Semua sensor gas tipe ini harus dikalibrasi dengan mengukurnya pada udara / gas yang telah diketahui konsentrasinya. Keluaran sensor ini berupa data analog yang dapat dibaca oleh pin-pin Analog Arduino.

Jika hendak menggunakan salah satu jenis sensor MQ ini, maka pertama, cobalah untuk membuka datasheet yang kami lampirkan pada setiap produk. Mengapa ini penting? Karena ini berhubungan dengan bagaimana sensor ini diaktifkan, dan bagaimana korelasi data keluaran dengan besaran gas yang akan Anda ukur.

Berhati-hatilah saat menghubungkannya, karena jika salah, maka sensor akan mempengaruhi keluaran sensor, atau bahkan bisa rusak seketika. Perhatikan kembali datasheet dan cara menghubungkannya dengan mikrokontroler Arduino.

Yang terpenting kedua adalah mengenai tegangan untuk mensuply internal heater.

Sebagian sensor memerlukan tegangan 5V terus menerus untuk memanaskan heaternya, sebagian lagi memerlukan 2V, dan yang sebagian lagi memerlukan tegangan 5V dan 1.4V secara bergantian. Tegangan 2V dan 1.4V bisa didapat dengan menggunakan analogWrite pada pin PWM Arduino. Namun perlu diperhatikan pula (di datasheet) jumlah arus yang diperlukan untuk pemanasan tersebut. Jika lebih

(18)

besar dari 40mA, maka sebaiknya menggunakan mosfet atau switching transistor, karena jika memaksakan menggunakan Arduino maka akan kelebihan beban, dan bisa membuat Arduino Anda overheating.

Gambar 2.1 Ekivalen Sensor Seperti Indra Manusia

Sensor yang menggunakan tegangan 5V untuk supply internal heaternya, biasanya sangat cepat untuk mencapai 50-60 derajat celcius. Setelah "burn-in-time" , internal heater umumnya memerlukan waktu 3 menit untuk mencapai pembacaan yang stabil (contohnya pada MQ2). Beberapa datasheet menggunakan istilah "preheat", atau sebuah prasyarat untuk membuat pembacaan sensor lebih stabil. "burn-in-time" atau

"preheat" biasanya dalam 12 hingga 48 jam. Lihat kembali datasheet untuk sensor yang bersangkutan.

2.2.1 Sensor Gas MQ -7

Sensor MQ-7 merupakan sensor gas yang sensitive dengangas karbon monoksida.Sensor ini dapat mengukur dari 20-2000 kadar gas karbon monoksida dalam bentuk ppm. Bahandetektor gas adalah metal oxida SnO2, dimana ketika bahanmetal oxida dihangatkan pada temperatur tertentu, oksigenakan diserap pada

(19)

8 permukaan kristal dan bermuatan negatif.Hal ini disebabkan karena permukaan kristal mendonorkanelektron pada oksigen yang terdapat pada lapisan luarsehingga oksigen bermuatan negatif.Permukaan luar kristalakan bermuatan positif sehingga membuat tegangan permukanmenghambat aliran laju electron.

Sensor MQ-7 memiliki enam pin empat diantaranyadigunakan untuk menjemput sinyal, dan dua diantaranyasebagai penyedia dari heating current. Pada perancangan alatukur uji karbon monoksida (CO), tiga pin terhubung padasumber tegangan, satu pinterhubung pada arduino sebagaipemberi sinyal, dan dua pin terhubung pada resistor 10kΩ danground.

Gambar 2.2 Sensor Gas MQ-7

Gambar 2.2.1 Elektronika Sensor Gas MQ-7 2.3 Mikrokontroller

Mikrokontroller adalah sebuah chip dimana berfungsi sebagai pengontrol elektronika. Dimana dalam sebuah mikrokontroller terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, maupun keduanya), dan perlengkapan input-output. Mikrokontroller adalah salahsatu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroller dibangun dari elemen- elemen dasar yang sama. Secara sederhana, computer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.

(20)

Agar sebuah mikrokontroller dapat berfungsi, mikrokontroller tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimum paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroller sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroller sudah beroperasi.

2.4 Arduino

Arduino adalah sistem minimum dari sebuah kit atau papan rangkaian elektronika open source yang didalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroller dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel, dan sistem clock dan reset. Ada bermacam-macam bentuk dan jenis papan Arduino yang disesuaikan dengan peruntukannya dan setiap papan Arduino memliki jenis mikrokontroller yang berbeda.

2.4.1 Arduino Uno

Arduino Uno adalah papan mikrokontroller berbasis ATmega 328 yang memiliki 14 pin digital input/output (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke computer dengan kabel USB atau daya eksternal dengan adaptor AC-DC atau baterai dengan tegangan operasi sebesar 5 V.

Gambar 2.3 Arduino Uno ATMega 328

Memory pada ATmega328 mempunyai memori 32 KB (dengan 0.5 KB digunakan untuk boatloader), juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang mana dapat dibaca tulis dengan library EEPROM). Dalam komunikasi pada

(21)

10 komputer, Arduino Uno memiliki fasilitas lengkap, itu terlihat ATmega 328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).

Gambar 2.4 Konfigurasi ATMega 328 dalam pin mikrokontroller Arduino Uno Untuk lebih jelas terdapat spesiﬁkasi board Arduino Uno.

Tabel 2.1 Data Board Arduino

Tegangan Operasi 5V

Tegangan Input (disarankan) 7—12V Batas Tegangan Input 6—2OV

Pin Digital I/O 14 (di mana 6 pin output PWM)

Pin Analog Input 6

Arus DC per I/O Pin 40 mA Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) , di mana 0,5 KBdigunakan olehbootloader

SRAM 2 KB (Atmega328)

EEPROM 1 KB (Atmega328)

Clock 16 Hz

Adapun pin power suplai pada Arduino Uno adalah :

(22)

1) VIN. Tegangan input board Arduino ketika menggunakan sumber daya ( 5 volt dari sambungan USB atau dari sumber regulator lain). Kita dapat mensuplai tegangan pada pin ini, jika suplai tegangan lewat power jack, dapat mengakses melalui pin ini.

2) 5V. Keluaran Pin ini telah diatur sebesar 5V dari regulator pada board. Board dapat disuplai melalui DC jack power (7-12 V), konektor USB (5V), atau pin VIN (7-12V). Menyuplai tegangan melalui pin 5V atau 3.3 V bypasses regulator, dapat merusak board.

3) 3v3. Suplai 3.3 volt dihasilkan oleh regulator pada board, menarik arus maksimum 50 mA.

4) GND. Pin Ground.

Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pinMode(),digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi- fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi- fungsi spesial:

1) Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan memancarkan (TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial Atmega8U2USB-ke-TTL.

2) External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk dipicu sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk lebihjelasnya.

3) PWM: 3,5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi analogWrite().

4) SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport komunikasi SPI menggunakan SPIlibrary.

5) LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LEDmati.

(23)

12 2.4.2 Bahasa Pemrograman

Untuk pemrograman Arduino menggunakan bahasa C yang lebih simpel.

Bahasa C merupakan bahasa pemrograman yang sangat lazim dipakai sejak awal komputer dibuat dan sangat berperan dalam perkembangan software. Selain itu, bahasa C juga yang sangat ampuh karena kemampuannya mendekati bahasa assembler. Bahasa C menghasilkan file kode objek yang sangat kecil dan dieksekusi dengan sangat cepat sehingga bahasa pemrograman ini sering digunakan pada sistem operasi dan pemrograman mikrokontroller, serta multi-flatform dimana ini bisa dijalankan pada system operasi Windows, Unix, Linux, MacOs, dan sebagaianya.

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 lainselain 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. Namun apabila kita menuliskan fungsi-fungsi lain tersebut diatas atau sebelum fungsi utama, maka kita tidak perlu lagi untuk menuliskan bagian prototipe diatas.

2.5 Liquid Crystal Display ( LCD)

Liquid crystal display atau sering disebut LCD merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakankristal cair sebagai penampil utama. LCD cukup popular digunakan dalam menampilkan teks, angka, dan simbol.LCD karakter memiliki beberapa ukuran jumlah baris dan kolomnya, antara lain 8x2, 16x2, 20x2, 20x4, dan sebagainya.

(24)

Gambar 2.5 LCD 16x2 dengan pin datasheet

Gambar 2.5.1 Elektronika LCD 16x2

Karena LCD sudah dilengkapi perangkat kontrol sendiri yang menyatu dengan LCD, maka kita mengikuti aturan standar yang telah disimpan dalam pengontrolan tersebut. konfigurasi pin yang terdapat dalam LCD adalah:

Tabel 2.2 Data Pin LCD

Pin Simbol Nilai Fungsi

1 Vss – Power supply 0 volt (ground) 2 Vdd/Vcc – Power supply Vcc

3 Vee – Seting kontras

4 RS 0/1 0: intruksi input / 1: data input

5 R/W 0/1 0: tulis ke LCD / 1: membaca dari LCD 6 E 0–>1 Mengaktifkan sinyal

7 DB0 0/1 Data pin 0

15 VB+ – Power 5 Volt (Vcc) Lampu latar (jika ada) 16 VB- – Power 0 Volt (ground) Lampu latar (jika ada)

(25)

14 Dalam menghubungkan potensiometer 10K untuk menyediakan voltase kontras, kaki pada potensiometer terhubung dengan pin 3 LCD dan menghubungkan Gnd dan Vcc 5V dari Arduino pada pin LCD 1 dan pin 2. Sebagian besar panel LCD memiliki sebuah lampu latar internal yang sering disebut dengan backlight untuk menerangi layar. Lampu latar ini sifatnya polarizoid, jadi pastikan pin 15 terhubung pada +5V dan pin 16 pada Gnd.

2.5.1 Inter Intergrated Circuit (I2C)

Standar dari I2C dibuat untuk menyediakan cara sederhana bagi informasi digital agar bisa dikirim antar sensor dan mikrokontroller seperti Arduino Uno.

Library Arduino untuk I2C memudahkan programmer untuk menggunakan protocol tersebut.

I2C memiliki kelebihan yaitu hanya membutuhkan dua koneksi sinyal saja pada Arduino, menggunakan banyak perangkat pada dua koneksi sangatlah mudah, dan programmer bisa memastikan bahwa sinyal tersebut sudah bisa diterima dengan baik. Dalam proyek ini, I2C digunakan untuk mempermudah dan meminimalkan jumlah pin dari LCD 16x2 ke pin Arduino Uno ATmega 328. Pada I2C, dua koneksi untuk bus modul tesebut disebut dengan SCL (pin 5 Arduino) dan SDA (pin 4 Arduino).

Gambar 2.6 Module I2C dengan LCD 16x2

Sebelum memprogram ke aplikasi Arduino, setiap I2C dapat berjalan dengan mencari alamat modul agar dapat terkoneksi dengan Arduino. Library Wire Arduino menyimpan semua fungsi low-level untuk I2C dan memudahkan perintah yang akan digunakan untuk mengenali dan berkomunikasi dengan perangkat.

(26)

2.6 Light Emitting Diode ( LED)

LED atau yang juga dikenal dengan istilah dioda pemancar cahaya akan mengeluarkan cahaya bila diberi tegangan sebesar 1.8 V dengan arus 1.5 mA. Lampu LED terbuat dari plastik dan diode semikonduktor yang dapat menyala apabila dialiri tegangan listrik rendah (sekitar 1.8 volt DC). Terdapat bermacam-macam warna dan bentuk dari lampu LED yang disesuaikan dengan kebutuhan dan fungsinya.

Gambar 2.7 Komponen LED

Ketika menggunakan sebuah LED untuk aplikasi elektronika, kita memerlukan resistor pembatas yang dapat dipasang secara seri. Saat LED tersebut digunakan untuk proyek Arduino dengan tegangan output pin Arduino 5V, maka harus diberi tahanan pembatas dan tidak bisa langsung dihubungkan dengan pin Arduino agar tidak merusak LED.

2.7 Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan

(27)

16 sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

Gambar 2.8 Buzzer

Gambar 2.8.1Rangkian Buzzer

2.8 Relay

Relay adalah saklar elektronik, dengan relay memungkinkan penggunaan arus kecil untuk mengontrol arus yang lebih besar tanpa terhubung secara langsung.Relay ada 2 jenis yaitu elektromekanik relay atau EMR biasa disebut Relay saja dan Solid State Relai biasa disebut SSR. Dalam pembuatan proyek ini, adalah relay EMR digunakan dalam proses swiching, karena EMR memiliki variasi aplikasi yang luas baik pada rangkaian listrik maupun elektronis. Relai EMR berisi kontak diam dan kontak bergerak.

Gambar 2.9 Modul Relay 5V DC

(28)

Gambar 2.9.1 Elektronika Relay

Kontak yang bergerak dipasangkan pada plunger. Kontak ditunjuk sebagai normally open ( NO) dan normally close ( NC). Aksi dari medan pada gilirannya menyebabkan plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan membuka kontak NC ketika kumparan diberi tenaga. Kontak normally open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau diberi tenaga, dan begitu sebaliknya untuk sistem kerja pada kontak normally close ketika kumparan diberi daya.

Dalam prinsipnya, relay yang memiliki tegangan 5V DC akan mengontrol kipas yang bertegangan 12 V dari arus DC pada sebuah baterai 9V. Ketika alat mendeteksi kadar ppm yang tinggi, relay dimana sebagai switch akan bertindak sebagai normally close untuk mengalirkan arus DC dari baterai untuk menggerakkan kipas bertegangan 12V.

(29)

18 BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Waktu untuk pembuatan dan pengujian alat ini dilakukan pada April 2019 sampai Juni 2019, dan untuk tempat proses pembuatan dan pengujian alat dilakukan di rumah tinggal Jl. Abdul Hakim, UKM Robotik Sikonek USU, dan Jl.Pangaribuan, P.Siantar.

3.2 Perancangan Sistem

Pada bagian ini dijelaskan secara garis besar pembuatan bagaimana detektor pendeteksi zat CO bekerja. Dengan menggunakan diagram blok sangat efektif untuk menyederhanakan sistem perancangan yang rumit. Adapun diagram blok dari sistem rancang bangun, seperti berikut.

Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Sistem Adapun fungsi setiap rangkaian sistem antara lain :

1) Sensor MQ-7 berfungsi untuk mendeteksi zat carbon monoksida.

2) Mikrokontroller ATMega328 berfungsi sebagai media pengolah data dalam mengirim sinyal ataupun menerima sinyal dari sistem rangkaian lain.

3) Suplai DC 5V berfungsi memberikan tegangan arus agar rangkaian sistem dapat bekerja.

Suplai DC 5 V

LCD 16x2

Buzzer Mikrokontroller

ATMega328 Sensor MQ-7

LED

Program/PC

Kipas/Fan

(30)

4) Program /PC berfungsi untuk mengendalikan semua fungsi kerja dari rangkaian sistem.

5) LCD 16x2 berfungsi sebagai display dalam menampilkan data keluaran.

6) Buzzer berfungsi sebagai indicator berupa suara.

7) LED berfungsi sebagai indikator dalam sistem kerja rangkaian.

8) Kipas/Fan berfungsi untuk meminimalkan kandungan CO diudara ketika dideteksi.

3.3 Flowchart Detektor Pendeteksi Kadar Zat CO

Tidak

Ya

Gambar 3.2 Flowchart detektor CO Mulai

Identifikasi Port

Pembacaan nilai ADC

Jika zat CO terdeteksi oleh

sensor.

Kadar CO>85

Tampilan LCD ― CO Berbahaya‖dan inisial

―i‖ , 3 LED hidup (terutama merah),buzzer

dan relay hidup

Tampilan LCD inisial

―n‖ , 2 LED hidup (kecuali merah),buzzer

dan relay mati

(31)

20 3.4 Rangkaian Input Untuk Sensor MQ-7

Untuk rangkaian input detektor pendeteksi zat CO dapat dilihat pada gambar 3.3 seperti berikut.

Gambar 3.3 Rangkaian input sensor MQ-7

Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa rangkaian merupakan bagian input yang difungsikan sebagai pusat pendeteksi kandungan zat CO diudara. Untuk dapat mendeteksi zat secara tepat, maka pada sensor MQ-7 harus dijalankan dengan siklus pemanasan yang tinggi dan rendah. Hal yang paling utama dalam siklus pemanasan tinggi dan rendah, dimana sensor harus membutuhkan 60 detik dan 90 detik secara berkala. Namun yang menjadi permasalahan, Arduino tidak cukup memberikan daya yang besar sekitar 180 mA ke pin sensor untuk mendapatkan tingkat pemanasan yang diinginkan, sedangkan pin pada arduino hanya dapat memberikan daya sekitar 50 mA. Jika hal ini dilakukan terus-menerus tanpa adanya penguat penambah lain, akan mengakibatkan pin arduino overheating dan mengalami kerusakan. Sehinggadiharuskan menggunakan beberapa jenis penguat arus yang membutuhkan arus input kecil untuk mengontrol arus keluaran besar.

(32)

Dalam gambar, transistor dapat menjawab permasalahan untuk rangkaian input. Ketika dilakukan pemanasan secara terus-menerus, transistor dapat menguatkan arus tinggi ke pemanasan sensor dan bekerja dalam PWM dalam mengurangi arus pemanasan. Ketika menerapkan input PWM yang diperlukan untuk fase tinggi dan rendah pemanasan sensor dari 5V ke 0V dan sebaliknya , kapasitor dapat menghaluskan arus yang berdenyut dengan tegangan yang dijaga konstan, dengan begitu dapat membaca sensor dengan jelas. Sebagai utamanya, bahwa kapasitor berfungsi sebagai filter untuk arus yang akan digunakan sensor membaca kadar carbon monoksida berupa sinyal analog yang dikonversikan ke nilai ADC.

3.5 Rangkaian Output Untuk LCD, LED, Buzzer Dan Relay

Untuk rangkaian output pada detektor pendeteksi zat CO dapat dilihat pada beberapa gambar seperti berikut.

3.5.1 RangkaianOutput Untuk LCD

Gambar 3.4 Rangkaian output untuk lcd

LCD 16x2 digunakan dalam menampilkan display terutama kadar dan persen zat CO yang dideteksi oleh sensor. Pada gambar, detailnya bahwa LCD 16x2 tidak langsung dihubungkan ke pin arduino, namun ke pin modul I2C yang terhubung

(33)

22 secara serial ke pin arduino, dan hanya menggunakan dua pin SCL dan SDA ( pin A5 dan A4 arduino) sebagai instruksi data dari arduino. Tujuan dalam pemakaian modul tersebut, agar tidak memakan banyak pemakaian pin arduino yang berguna untuk rangkaian lainnya.

3.5.2 Rangkaian Output Untuk LED

Untuk rangkaian dari 3 jenis led, digunakan sebagai indikator yang dimana pada led hijau sebagai output dari masuknya tegangan ke alat detektor untuk memulai sistem kerja alat. Pada led berwarna kuning digunakan sebagai delay pada sensor yang bekerja mendeteksi kandungan zat CO diudara, dan juga sebagai indikator dari fase PWM yang bekerja mengatur pemanasan untuk arus masuk ke sensor. Ketika zat CO terdeteksi dan melebihi kadar yang telah ditentukan maka led merah berfungsi sebagai indikator, led merah akan berhenti menyala ketika kadar zat CO yang terdeteksi kembali kenormal.

Gambar 3.5 Rangkaian output untuk led

(34)

3.5.3 Rangkaian Output Untuk Buzzer

Dalam penggunaan buzzer pada detector, saat zat CO terdeteksi dan melebihi kadar yang telah ditentukan maka buzzer akan mengeluarkan suara, buzzer akan berhenti bersuara saat kadar zat CO yang terdeteksi kembali kenormal.

Gambar 3.6 Rangkaian output untuk buzzer 3.5.4 Rangkaian Output Untuk Relay

Relay pada rangkaian berfungsi sebagai switch untuk menggerakkan kipas bertegangan 12V. Dalam pembuatan rangkaian, relay tersambung ke pin digital arduino. Pada dasarnya tegangan output tidak sanggup mengendalikan relay dan akan mengalami kerusakan arduino jika dihubungkan secara langsung. Maka dengan itu relay dibuat rangkaian transistor jenis npn.Tegangan output pada pinarduino akan menghidupkan led.Led menyala ini akan memicu photo transistor, sehingga tegangan 5V akan di lewatkan ke basis nya transistor.

(35)

24 Akibatnya transistorakan melewatkan tegangan 12 volt ke GND pada kolektor, sehingga lilitan pada relay akan aktif dan kontaktor pada relay akan tersambung. Dan untuk menghidupkan kipas diperlukan tegangan DC 9-12V. Pada gambar, tegangan dari baterai yang digunakan adalah 9V DC.

Gambar 3.7 Rangkaian output untuk relay pada kipas

(36)

3.6 Rangkaian Keseluruhan Sistem Alat Detektor CO

Gambar 3.8 Rangkaian seluruh sistem alat detektor CO

Dalam prisnsip kerjanya, sensor akan mendeteksi aktivitas dalam ruangan ataupun peralatan-peralatan yang secara otomatis dari sistem kerja akan mendeteksi jumlah kadar zat CO. Ketika kadar zat CO melebihi batas ditentukan (utama menggunakan kadar 85 ppm), mikrokontroller ATMega328 dalam arduino uno memberikan instruksi ke rangkaian sistem yang tersambung ke mikrokontroller untuk melakukan prinsip kerja. Dimana led merah akan hidup, buzzer akan bunyi, dan relay akan ON sebagai switch pada kipas agar bergerak untuk meminimalkan kadar zat CO diudara.

(37)

26 BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengukuran Dan Hasil Pengukuran

Pengujian serta pembuatan tugas akhir yang berjudul ―Sistem Detektor Kadar Zat Carbon Monoksida Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroller ATMega 328‖

menghasilkan pembuatan alat dengan fungsi yang baik. Sebelum pembuatan pada alat terlebih dilakukan pengujian dan pengukuran pada setiap komponen untuk mendukung sistem kerja alat. Maka sebelumnya pada pembahasan bab 3 proyek telah dilakukan pengukuran dan pembuatan tabel hasil percobaan untuk setiap data keluaran dari komponen-komponen pendukung alat.

Sebelum pengambilan data alat detektor yang didukung oleh sensor gas MQ-7 terlebih diuji keluaran sebelum melakukan perbandingan dalam mendeteksi kadar zat CO.

Tabel 4.1 Perbandingan CO untuk MQ-7

MQ-7 ADC V(out) Rs

0.34 ppm 15 bit 0.07 v 67.02 kΩ 2.27 ppm 35 bit 0.17 v 28.26 kΩ

57.45 ppm 141 bit 0.69 v 6.26 kΩ 277.62

ppm 264 bit 1.29 v 2.50 kΩ

Pada pendeteksian kadar zat carbon monoksida pada ruangan, diambil beberapa data yang berhubungan dengan aktifitas dalam ruangan maupun sekitarnya dengan perbandingan alat konvensional.

Seperti pada tabel 4.2 dari hasil pengujian pada obat anti nyamuk, dimana benda yang akan dideteksi yang diujicoba pada ruang miniatur yang telah dirancang. Dari hasil pengujian untuk beberapa percobaan, bahwa kadar tertinggi diambil pada waktu 20 menit terakhir dengan jumlah kadar CO sekitar 65 ppm.

(38)

Tabel 4.2 Pengukuran kadar CO pada obat anti nyamuk

MQ-7 CO-Meter ADC V(out) Rs Waktu

(menit)

Ralat/Err or 26.56 ppm 28 ppm 102 bit 0.50 v 9.04 kΩ ke 5 6%

33.83 ppm 35 ppm 113 bit 0.55 v 8.06 kΩ ke10 4%

44.68 ppm 46 ppm 127 bit 0.62 v 7.06 kΩ ke15 3%

62.50 ppm 65 ppm 146 bit 0.71 v 6.01 kΩ ke20 4%

Untuk pengujian beberapa batang rokok yang diuji pada ruangan miniatur juga memiliki kadar CO yang tetinggi. Hal ini dapat dilihat pada tabel 4.3, dimana proses kenaikan kadar sangat cepat dan saat pengujian asap pada rokok menutupi ruangan pada miniatur.

Tabel 4.3 Pengukuran kadar CO pada asap rokok

(menit)

102.96 ppm 101 ppm 201 bit 0.77 v 4.62 kΩ ke10 2%

185.25 ppm 184 ppm 226 bit 1.10 v 3.82 kΩ ke15 2%

277.62 ppm 274 ppm 264 bit 1.29 v 2.50 kΩ ke20 2%

Untuk pengukuran kadar CO etanol,dapat dilihat pada tabel 4.4. Dalam prosesnya, etanol disemprotkan pada dinding-dinding ruang miniatur. untuk mempermudah pengukuran dan pendeteksian kadar CO. Hal itu dilakukan berdasarkan pengujian sebelumnya dimana gas etanol yang akan menguap dan

(39)

28 menekan udara kesegala ruang, ketika volume gas etanol proses peningkatan saat itu alat detektor dapat membaca kadar CO.

Tabel 4.4 Pengukuran kadar CO pada etanol 70%

(menit)

88.04 ppm 86 ppm 168 bit 0.82 v 5.10 kΩ ke10 3%

90.64 ppm 91 ppm 170 bit 0.83 v 5.02 kΩ ke15 1%

91.96 ppm 93 ppm 171 bit 0.83 v 4.99 kΩ ke20 2%

Dalam pengukuran kadar zat carbon monoksida dilakukan pada beberapa ruangan miniatur dan CO-Meter konvensional digunakan sebagai perbandingan dan acuan pada alat detector yang dibuat.

Gambar 4.1 CO-Meter Standard

4.2 Analisis Pembahasan

Pada pembahasan atau analisis dilakukan untuk mengetahui bagaimana proses nilai dari pada alat detektor keluar saat pengkalibrasian dan mendetekati nilai standard.

4.2.1 Pengkalibrasian Sensor MQ-7

Pada pengujian,alat detektor yang menggunakan sensor MQ-7 terlebih dahulu dikalibrasi dan membandingkan dengan memperhatikan sistematis dari nilai datasheet . Nilai untuk konsentrasi dari ppm didapat, ketika mengambil nilai setiap

(40)

data Rs, dimana akan berhubungan dengan nilai dari Rs/Ro,Vout, dan ADC sehingga memperoleh nilai ppm sesuai dengan CO-Meter konvensional. Untuk mencari nilai Rs digunakan persamaan :

Rs = ( Vc * RL / VRL ) – RL

Pada persamaan tersebut, Vc menggunakan tegangan ± 5 volt, dan pada sensor MQ-7 menggunakan resistansi (RL) 1kΩ. Selanjutnya pada VRL(Vout) dapat dicari dengan menggunakan fungsi ADC pada pembacaan data sensor.

Ro adalah nilai yang akan digunakan sebagai acuan dalam menentukan nilai ppm di program Arduino, karena Ro/Rs = 1 ketika diudara dengan nilai 100 ppm (sesuai dengan datasheet).

Gambar 4.2 Baris program untuk menentukan nilai Vout dan Rs

Pada tabel 4.5 dapat dilihat bahwa pada saat konsentrasi carbon monoksida bernilai 100 ppm nilai Rs adalah 4.69 dan Rs/Ro dengan nilai 1. Dengan begitu dapat disimpulkan bahwa nilai dari Ro adalah 4.69 .

Dan untuk mendapatkan nilai ppm menggunakan fungsi pow pada program arduino, dapat menggunakan persamaan grafik dengan bantuan microsoft excel, dimana persamaan y dan x dapat digunakan sebagai acuan menentukan kadar zat CO.

(41)

30 Tabel 4.5 Pengujian menentukan nilai Rs/Ro

PPM Rata-rata

ADC Vout Rs Rs/Ro

20 95 0.45 10.36 2.8

30 120 0.55 8.88 2.4

40 139 0.62 8.51 2.3

50 146 0.66 6.29 1.7

60 152 0.71 6.06 1.6

70 160 0.76 5.65 1.5

80 171 0.81 5.21 1.4

90 185 0.86 4.82 1.2

100 202 0.90 4.69 1

200 250 1.49 3.43 0.8

Gambar 4.3 Grafik trendline untuk persamaan ppm dan Rs/Ro

Dari data grafik hubungan antara ppm dan Rs/Ro didapat persamaan : y = 100.6 .x^-1.227

Pada persamaan diatas, maka fungsi pow pada arduino dapat dijalankan.

Dimana bentuk penulisannya pow ( R,p), yaitu R sebagai Rs/Ro dan p sebagai

y = 100,6x^-1,227 R² = 0,943

0 50 100 150 200 250

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

PPM

Expon. (PPM)

(42)

bilangan pangkat dari persamaan (-1.227), sedangkan untuk y dari persamaan grafik trendline adalah nilai ppm yang diukur sensor nantinya.

Maka setelah menetukan nilai pow, dapat dicari nilai ppm untuk kadar zat CO yang terdeteksi dalam ruangan. Untuk nilai ppm pada alat detektor, selain fungsi pow digunakan pembacaan ADC dari sensor MQ-7 dan dapat disesuaikan dengan data CO-Meter.

Gambar 4.4 Baris Program kalibrasi kadar CO dengan sensor MQ-7

4.2.2 Menentukan ralat/error detektor untuk sensor MQ-7

Dalam melakukan pengujian untuk menentukan nilai dari kadar zat CO, terdapat perbedaan nilai antara alat detektor dari sensor MQ-7 dengan CO-Meter konvensional. Perbedaan tersebut dinamakan error, dimana standard ukur untuk perbandingan berdasarkan alat konvensional adalah ≤ 10 % sebagai nilai ditoleransi.

Dalam persamaannya sebagai berikut.

x 100%

Setelah mendapatkan hasil nilai error, maka nilai error disederhanakan ke nilai absolut untuk mendapatkan nilai positif.

Nilai absolut = | (- Error/Ralat) = Error/Ralat

Pada detektor kadar zat CO ini, nilai untuk error terjadi pada setiap pengukuran atau pengujian. Hal itu dikarenakan dalam pengujiannya nilai keluaran

(43)

32 berupa ADC dan Vout tidak konstan, dimana sangat berhubungan dengan nilai ppm jika dibandingkan nilai CO-Meter konvensional. Yang dalam beberapa percobaan CO-Meter konvensional selalu konstan, sedangkan nilai ppm pada alat detektor menggunakan sensor MQ-7 selalu berubah, dan untuk hasil terakhir ditentukan dengan nilai modusnya.

Gambar 4.5 Alat detektor CO dengan sensor MQ-7 saat proses heating

Pada proses pengujian kadar zat CO diudara, detektor CO yang menggunakan sensor MQ-7 menggunakan miniatur berbentuk menyerupai ruangan sebagai wadah untuk mempermudah pengujian kadar zat carbon monoksida.

(44)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari perancangan dan pengujian alat dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut.

1. Pada sistem kerjanya, sensor MQ-7 yang telah dirancang akan mendeteksi kandungan zat carbon monoksida dari aktivitas didalam ruangan maupun peralatan yang otomatis banyak mengandung zat carbon monoksida.

2. Dalam proses kerja pada alat detektor, ketika sensor mendeteksi zat CO yang tinggi maka buzzer dan led merah akan hidup, saat itu juga ditampilkan ppm di LCD.

3. Arduino Uno yang merupakan sistem minimum dari mikrokontroller ATMega 328, berfungsi sebagai sistem pengendali dalam menjalankan perintah pada perancangan alat.

4. Setelah dilakukan pengujian pada beberapa benda ataupun kondisi ruangan yang mengandung zat carbon monoksida, sensor MQ-7 yang menggunakan pengontrol mikrokontroller ATMega 328 bekerja dengan baik mendeteksi kadar CO pada ruangan, dengan pengkalibrasian yang disesuaikan dari perbandingan CO-Meter konvensional.

5.2 Saran

Dalam pengembangan selanjutnya perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut.

1. Agar sensor memiliki akurasi yang lebih tepat atau konsisten dalam menentukan jumlah yang sesuai standard pada suatu percobaan dari datasheet sensor dan CO- Meter konvensional.

2. Pada perancangan selanjutnya sistem detektor agar lebih peka dalam mendeteksi kadar zat CO dalam lingkup ruangan yang luas.

(45)

34 DAFTAR PUSTAKA

Petruzella Frank D, 2001.Elektronik Industri.ANDI.Yogyakarta.

Sarungallo Semuel Kete,Agung I Gusti Putu Raka,Jasa Lie,2017.Rancang Bangun Alat Ukur Uji Emisi Gas Karbon Monoksida (CO) Berbasis Mikrokontroller.Journal Electrical Engineering.16: 141-145.

Susanto Indra, 2018.Microcontroller Menguasai Arduino.Teknosain.Yogyakarta.

Syahwil Muhammad, 2013.Panduan Mudah Simulasi dan Praktik Mikrokontroller Arduino.ANDI.Yogyakarta.

……….,2017.Panduan Mudah Belajar Arduino Menggunakan Simulasi Proteus.

ANDI.Yogyakarta.

Syam Rafiuddin, 2013.Seri Buku Ajar Dasar-Dasar Teknik Sensor.Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.Makassar.

Environmental ITB, 2014.Carbon Monoksida.

https://airpollution2014.weebly.com/dampak-pencemaran-udara---karbon-monoksida Diakses : 3 April 2019

Indraharja, 2012.Pengertian Buzzer.

https://indraharja.wordpress.com/2012/01/07/pengertian-buzzer/

Diakses : 4 April 2019

Sitepu Jimmi, 2018.Learning Sharing.

https://mikroavr.com/fungsi-transistor/

Diakses : 5 April 2019

Gerai Cerdas,2015.Panduan Memilih Sensor Gas.

Diakses : 30 Juli 2019

https://www.geraicerdas.com/Blog/panduan-memilih-sensor-gas.html

(46)

LAMPIRAN

1. Kode Program ArduinoDetektor Kadar Zat Carbon MonoksidaPadaRuangan

#include <Wire.h> // i2C Conection Library

#include <LiquidCrystal_I2C.h> //Memanggil i2C LCD Library

#define pinSensor A0 // mendefinisikan bahwa pin yang digunakan

#define ON 0 // Relay ON

#define OFF 1 //Relay OFF

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

const int PWM_Input = A1; // Input tes PWM const int WarningPin = 9; //lampudarurat CO const int TestPin = A2; //Tombol Test const int BuzzerPin = 12; //Aktif Buzzer

const int LEDPin = 13; //LED Indikator Sensor const int Relay =11; //Relay (kipas)

const int PWMControl=3; // Output PWM

float ppm; //CO dalam perkiraan

const int COMax = 85; //Kadar Maksimal COberbahaya unsigned long previousMillis = 0; // mulai led indikator sensor String gasKondisi; // status kadar CO terbacaolehdetektor

int PWM_Value = 0;

int ledState = LOW;

unsigned long previousMillis2 = 0;

long interval = 1000;

void setup() {

(47)

pinMode (A2,INPUT_PULLUP);

pinMode (9,OUTPUT);

pinMode (11,OUTPUT);

pinMode (PWMControl, OUTPUT);

lcd.begin();

lcd.backlight();

// put your setup code here, to run once:

Serial.begin (9600);

lcd.setCursor (0,0);

lcd.print(F(" Amro W.Damanik"));

lcd.print(F(" 162408009 "));

delay (3000);

lcd.clear();

lcd.print(F(" D3-Fisika "));

lcd.print(F(" Tugas Akhir "));

delay (1000);

lcd.clear();

lcd.print(F(" Detektor "));

lcd.print(F("Carbon Monoksida"));

(48)

delay (3000);

lcd.clear();

lcd.print(F(" Universitas "));

lcd.print(F(" Sumatera Utara "));

delay (1000);

lcd.clear();

}

long RL = 1.00; // 1000 Ohmnilairesistansipadamodul sensor long Ro = 4.69; // 4690 ohm nilaihasilperhitunganRs/Ro=1

void loop (){

int sensorvalue = analogRead(pinSensor); // membaca nilai ADC dari sensor

float VRL = sensorvalue*5.00/1024.00 ; // mengubah nilai ADC ( 0 - 1023 ) //menjadi nilai voltage ( 0 - 5.00 volt )

Serial.print("VRL : ");

Serial.print(VRL);

Serial.println(" volt");

float Rs = ( 5.00 * RL / VRL)-RL; // nilairesistansiberbedasaat ppm terbaca Serial.print("Rs : ");

Serial.print(Rs);

Serial.println(" k.Ohm");

float ppm = sensorvalue* pow(Rs / Ro,-1.22); // ppm = 100 * ((rs/ro)^-1.227);

Serial.print("CO : ");

(49)

Serial.print(ppm);

Serial.println("ppm ");

Serial.print ("ADC : ");

Serial.print (sensorvalue);

Serial.println ("bit");

interval = (analogRead(pinSensor)* 10.0) / 1023.0;

lcd.print ("CO:");lcd.print (ppm);

lcd.print ("ppm");

lcd.print ("V:"); lcd.print (VRL);

lcd.print ("v");

lcd.print ("");lcd.print (sensorvalue,1);

lcd.print ("b"); lcd.print (" ");

lcd.print ("Rs:"); lcd.print (Rs,0);

lcd.print ("kO"); lcd.print (" ");

Serial.begin(9600);

if( ppm>COMax || digitalRead(TestPin) == LOW ){ // mengontrolsaat CO tinggi digitalWrite(BuzzerPin,HIGH);

digitalWrite(WarningPin,HIGH);

digitalWrite(Relay,ON);

gasKondisi = " i";

(50)

lcd.print (" CO BERBAHAYA!!! ");

delay(1000);

lcd.clear();

}

else { // mengontroldetektorsaatkadar CO yang disesuaikan digitalWrite(BuzzerPin,LOW);

digitalWrite(WarningPin,LOW);

digitalWrite(Relay,OFF);

gasKondisi = " n";

}

blinkingLed (interval);

//delay scanning sensor delay(1000);

}

void blinkingLed (long in ) {

unsigned long currentMillis2 = millis();

if (currentMillis2 - previousMillis2 >= in) { previousMillis2 = currentMillis2;

if (ledState == LOW) {

ledState = HIGH;

} else {

ledState = LOW;

}

digitalWrite(13, ledState);

lcd.print (gasKondisi);

}

(51)

LAMPIRAN

2. Penghitungan Sederhana Nilai Rs Untuk Mendapatkan Nilai Kadar PPM CO Untuk Rs adalah nilai resistansi sementara atau berubah-ubah tergantung setiap pembacaan kadar CO diudara oleh sensor MQ-7. Nilai ppm CO yang didapat sangat berkaitan erat dengan nilai Rs. Dalam menentukan nilai Rs, program yang diolah dimikrokontroller berperan penting. Didalam program nantinya akan memuat beberapa penghitungan penting demi mendapatkan nilai Rs sebagai bagian dari nilai utama menentukan kadar CO yang dibaca. Untuk rangkaian elektronika juga penting pada Rs. Setiap pembacaan dari sensor sangat berhubungan berapa nilai Rs nantinya.Dan dijelaskan sebelumnya, bahwa untuk mendukung keakuratan pembacaan agar sesuai alat ukur konvensional, ditambahkan transistor sebagai penguat arus untuk pembacaaan sensor dan kapasitor jenis keramik sebagai filter, untuk menyaring arus yang dihasilkan transistor dan digunakan secukupnya oleh sensor (180 mA) . Untuk menentukan Rs disesuaikan dengan acuan dari datasheet, dimana :

Rs = ( Vc * Rl/VRl) – Rl

Apa hubungan Rs dengan nilai zat CO yang dibaca sensor MQ-7 ? Jawab : Vc = 5V misal : analogRead = 20 bit

Rl = 1000 Ω = 1 kΩ

1) Menentukan nilai Vout dari sensor MQ-7 VRl = analogRead * Vc / ADC 10 bit

VRl = 20 * 5 / 1024 =100 / 1024 = 0,097 v

2) Menentukan nilai Rs dari rumus sesuai datasheet sensor MQ-7 Rs = ( Vc * Rl/VRl) – Rl = ( 5 * 1 / 0,097 ) – 1

Rs =51,54 – 1 = 50,54 kΩ

3) Menentukan nilai kalibrasi dari sensor MQ-7 PPM = analogRead * pow (Rs/Ro,-1,22)

(52)

pow merupakan variabel dari program bahasa C untuk menaikkan kedaya dengan menghitung nilai angka, biasa berguna untuk menghasilkan perbandingan dari kurva. Dan untuk kurva sudah dibuat sebelumnya, dimana terdapat perbandingan nilai ppm alat konvensional dengan Rs/Ro yang berfungsi menentukan pembacaan kadar CO oleh sensor MQ-7. Ro merupakan nilai tetapan dalam pembacaan kadar CO, saat kadar CO 100 ppm Rs / Ro =1, sehingga dapat disimpulkan nilai Rs = Ro.

Ro = 4,69 ( ketika 100 ppm terbaca dan nilai Rs = 4,69)

PPM = 20 * pow ( 50,54/4,69,-1,22)

PPM = 20 *pow (10,77,-1,22) = 20 * (10,77 ^-1,22) PPM = 20 * ( 1/18,16) = 20 * 0,05

PPM = 1

Kesimpulan dari perhitungan sederhana tersebut , bahwa nilai Rs sangat penting dalam menentukan nilai kadar kalibrasi zat CO . Bahwa pada penghitungannya , Rs akan dibagi dengan Ro lalu dipangkat negatifkan dari hasil persamaan eksponensial dari grafik lalu dikali dengan nilai ADC.