PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI KADAR GAS BUANG CO
2PADA SEPEDA MOTOR MATIC BERBASIS ARDUINO DENGAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
AFMITA ANGGRAINI PRATIWI 142408022
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI KADAR GAS BUANG CO2
PADA SEPEDA MOTOR MATIC BERBASIS ARDUINO DENGAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
AFMITA ANGGRAINI PRATIWI 142408022
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2017
PERSETUJUAN
Judul : Perancangan Alat Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2 Pada Sepeda Motor Matic Berbasis Arduino
Dengan Sensor MQ-135
Kategori : Tugas Akhir
Nama : Afmita Anggraini Pratiwi
Nomor Induk Mahasiswa : 142408022
Program Studi : Diploma (D-3) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, 14 Juni 2017
Ketua Program Studi D-3 Fisika Dosen Pembimbing
Drs.Takdir Tamba, M.Eng.Sc Dr. Perdinan Sinuhaji, MS NIP: 1960060311986011002 NIP. 195903101987031002
PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI KADAR GAS BUANG CO2 PADA SEPEDA MOTOR MATIC BERBASIS ARDUINO
DENGAN SENSOR MQ-135
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 14 Juni 2017
Afmita Anggraini Pratiwi 142408022
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah swt atas segala keberkahan dan rahmat yang dikaruniakan-Nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang sangat membantu penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga dapat selesai.
Terima kasih kepada:
1. Ayah dan Mama tercinta yang senantiasa memberikan dukungan do’a, moril dan material serta bimbingan yang sangat membantu penulis.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Ibu Dr. Nursahara Paribu, M.Sc selaku Pembantu Dekan I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng, Sc selaku Ketua Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Dosen Pembimbing penulis, yang telah banyak memberikan pengarahan dan bimbingan kepada penulis.
6. Seluruh Staff Pengajar / Pegawai program studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
7. Kakanda Juliani dan Juliana yang telah memberikan bantuan berupa ilmu dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
8. Teman-teman seperjuangan D-3 Fisika yang memberikan bantuan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
9. Semua pihak yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.
Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritikan yang membangun dari pembaca.
Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini tidak hanya sebagai tanggung jawab perkuliahan saja namun dapat bermanfaat juga bagi pihak-pihak yang berkepentingan.
Medan, 14 Juni 2017
Afmita Anggraini Pratiwi
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI KADAR GAS BUANG CO2
PADA SEPEDA MOTOR MATIC BERBASIS ARDUINO DENGAN SENSOR MQ-135
ABSTRAK
Perkembangan transportasi seperti angkutan umum, mobil dan sepeda motor mengalami suatu kemajuan yang luar biasa dari tahun ke tahun. Semakin bertambahnya jumlah transportasi khususnya sepeda motor menghasilkan gas buang kendaraan yang semakin besar, dapat meningkatkan pemanasan global dan mengganggu kesehatan penduduk sekitar. Beberapa unsur dari gas buang sepeda motor yang berbahaya seperti karbon dioksida (CO2). Maka dari itu, dirancang suatu peralatan instrumentasi berupa alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor menggunakan sensor MQ-135 berbasis arduino uno. Sensor akan mendeteksi gas CO2 melalui knalpot sepeda motor dan hasilnya akan ditampilkan pada LCD. Pada saat sensor mendeteksi unsur berbahaya dari gas buang kendaraan yang melebihi ambang batas secara otomatis buzzer akan berbunyi dan LED akan menyala.
Kata kunci : Buzzer, CO2, LCD, LED, Mikrokontroller Arduino Uno, Sensor MQ- 135
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penulisan 2
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Metodologi Penulisan 3
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Gas Buang Kendaraan 6
2.1.1 Gas Karbon dioksida (CO2) 7
2.2 Mikrokontroller Arduino Uno 8
2.2.1 Daya (Power) 10
2.2.2 Memori 11
2.2.3 Input dan Output 11
2.2.4 Komunikasi 12
2.2.5 Programming 13
2.2.6 Bahasa Pemrograman Arduino 14
2.2.7 Reset Otomatis (Software) 16
2.2.8 Proteksi Arus Lebih USB 17
2.2.9 Karakteristik Fisik 17
2.3 Sensor 18
2.3.1 Sensor MQ 135 18
2.4 Liquid Crystal Display (LCD) 20
2.4.1 Konfigurasi LCD 2 x 16 21
2.4.2 Prinsip Kerja LCD 21
2.5 Buzzer 22
2.6 Light Emitting Diode (LED) 23
2.7 Resistor 25
2.8 Adaptor 26
BAB 3 METODE PENELITIAN 28
3.1 Waktu dan Tempat 28
3.2 Alat dan Bahan 28
3.2.1 Alat yang digunakan 28
3.2.2 Bahan yang digunakan 28
3.3 Flowchart Sistem Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2 30
3.4 Spesifikasi Sistem 31
3.5 Rangkaian Keseluruhan Sistem 32
3.5.1 Rangkaian Power Supply 32
3.5.2 Rangkaian Sensor MQ-135 33
3.5.3 Rangkaian Bagian Output 34
3.5.3.1 Rangkaian LCD 34
3.5.3.2 Rangkaian Buzzer 35
3.5.3.3 Rangkaian LED 36
3.6 Software pemrograman dan program pendeteksi kadar gas
buang CO2 pada sepeda motor matic dengan sensor MQ-135 37
3.6.1 Program Arduino.cc 1.8.1 37
3.6.2 Program Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2 37 3.7 Rangkaian Hubungan Keseluruhan Sistem Alat 44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 45
4.1 Pengujian Rangkaian Sumber Daya 45
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno 45
4.3 Pengujian Rangkaian Sensor MQ-135 46
4.4 Pengujian Rangkaian LCD 48
4.5 Pengujian Rangkaian Buzzer 49
4.6 Pengujian Rangkaian LED 49
4.7 Gambar Pengujian Alat 50
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 51
5.1 Kesimpulan 51
5.2 Saran 52
DAFTAR PUSTAKA 53
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
2.1 Skematik Tata Letak Alat 6
2.2 Arduino Uno 8
2.3 Sensor MQ 135 19
2.4 LCD 2x16 20
2.5 Buzzer 23
2.6 Light Emitting Diode (LED) 24
2.7 Resistor 25
3.1 Flowchart Sistem Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2 30
3.2 Diagram Blok System 31
3.3 Rangkaian Sumber Tegangan 32
3.4 Hubungan Arduino dengan Sensor MQ-135 33
3.5 Hubungan Arduino dengan LCD 34
3.6 Hubungan Arduino dengan Buzzer 35
3.7 Hubungan Arduino dengan LED 36
3.8 Software Arduino.cc 37
3.9 Penulisan program pada software Arduino.cc 42
3.10 Tampilan saat proses compile dan upload 43
3.11 Tampilan saat proses compile dan upload telah selesai 43 3.12 Rangkaian hubungan keseluruhan sistem alat 44 4.1 Informasi Signature Mikrokontroler Arduino Uno R3 45 4.2 Grafik Hasil Pengujian Kadar CO2 terhadap Jarak 47
4.3 Pengujian Alat Dalam Keadaan Bahaya 50
4.4 Pengujian Alat Dalam Keadaan Aman 50
DAFTAR TABEL
Halaman
2.1 Komposisi Udara Bersih 7
2.2 Deskripsi Arduino 9
2.3 Konfigurasi LCD 21
3.1 Penjelasan Program Perbaris 39
4.1 Hasil Pengujian Kadar CO2 terhadap Jarak 46
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Udara merupakan zat yang paling penting setelah air dalam memberikan kehidupan di permukaan bumi ini. Selain memberikan oksigen, udara juga berfungsi sebagai alat penghantar suara dan bunyi-bunyian, pendingin benda- benda yang panas, dan dapat menjadi media penyebaran penyakit pada manusia.
Masalah pengotoran udara sudah lama menjadi masalah kesehatan pada masyarakat, terutama di Negara-negara industri yang banyak memiliki pabrik dan kendaraan bermotor. Sisa pembakaran bahan bakar minyak oleh kendaraan bermotor berupa gas CO, CO2, NO, karbon, hidrokarbon, aldehide dan Pb merupakan sumber pencemaran buatan manusia.
Dengan adanya kemajuan teknologi yang sangat signifikan, maka diperlukanlah alat pendeteksi kadar gas buang kendaraan agar mempermudah manusia untuk mengetahui besar kadar gas buang yang dikeluarkan oleh kendaraan tersebut.
Dalam perancangan ini, Arduino berfungsi sebagai pusat pengendalian proyek dalam berkerja, yang akan menampilkan hasil pendeteksian kadar gas buang CO2 dari sensor MQ-135 ke dalam LCD serta akan mengirimkan perintah ke LED dan buzzer untuk aktif apabila kadar gas buang CO2 melebihi ambang batas udara bersih.
Berdasarkan latar belakang tersebut maka penulis membuat
“Perancangan Alat Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2 Pada Sepeda Motor
Matic Berbasis Arduino Dengan Sensor MQ-135”. Sebagai pembahasan dalam Tugas Akhir yang dibuat oleh penulis.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan utama pada penelitian ini antara lain bagaimana kerja sensor MQ-135 sebagai sensor pendeteksi gas buang CO2 pada sepeda motor matic.
Ruang lingkup dari penelitian ini untuk mengetahui sensitivitas MQ-135 sebagai sensor pendeteksi kadar gas buang sepeda motor. Berdasarkan dari permasalahan yang ada, untuk mengetahui besar kadar gas buang sepeda motor tersebut maka dirancanglah alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor dengan menggunakan arduino uno sebagai pusat pengendalian program dalam berkerja, yang akan menampilkan hasil pendeteksian kadar gas buang CO2 dari sensor MQ-135 ke dalam LCD serta LED dan buzzer akan aktif sebagai tanda peringatan apabila kadar gas buang melebihi ambang batas udara bersih.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program D-3 Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
2. Sebagai pengembangan lebih lanjut dari mikrokontroler Arduino Uno dalam bidang alat ukur dengan memanfaatkan sensor MQ-135.
3. Untuk mengetahui kinerja (keberhasilan) alat pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic berbasis Arduino dengan sensor MQ-135, sesuai dengan perancangan.
1.4 Batasan Masalah
Agar perancangan yang dibahas dalam tugas akhir ini tidak terlalu luas dan menyimpang dari topik yang telah ditentukan, maka penulis perlu membatasi permasalahan sebagai berikut:
1. Pembahasan tentang mikrokontroler Arduino Uno R3 hanya sebatas yang berkaitan dengan perancangan ini.
2. Pembahasan mengenai komponen pendukung yang meliputi: sensor MQ-135, LCD, Buzzer, LED, Resistor, Adaptor dan komponen lainnya hanya sebatas teori umum dan yang berkaitan dengan perancangan alat.
3. Sensor gas buang pada sepeda motor menggunakan MQ-135.
4. Senyawa yang diuji pada gas buang sepeda motor adalah CO2 dalam satuan ppm.
5. Pengujian alat hanya dilakukan pada sebuah sepeda motor matic yang menggunakan bahan bakar minyak jenis bensin.
6. Ketika gas buang CO2 sepeda motor yang dideteksi melebihi ambang batas udara bersih maka LED dan buzzer akan aktif.
1.5 Metodologi Penulisan
Adapun metode penulisan yang digunakan dalam menyusun dan menganalisa proyek ini adalah :
1. Studi literature yang berhubungan dengan perancangan dan pembuatan alat.
2. Perencanaan dan pembuatan alat
Merencanakan peralatan yang akan dirancang baik software maupun hardware.
3. Pengujian alat
Peralatan yang telah dirancang kemudian diuji apakah telah sesuai dengan perencanaan.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah dalam pembahasan dan penulisan laporan, penulis membagi menjadi beberapa bab-bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan dengan urutan sebagai berikut:
BAB 1: PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.
BAB 2: TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penyelesaian masalah.
BAB 3: METODE PENELITIAN
Dalam bab ini berisikan tentang waktu dan tempat dilakukan perancangan, alat dan bahan yang diperlukan dalam proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem secara hardware dan software.
BAB 4: HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan pada alat serta penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroller Arduino Uno.
BAB 5: KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan tentang hasil rancangan yang telah dibuat serta saran dalam pengembangan rancangan tersebut.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gas Buang Kendaraan
Berbagai transportasi yang berkembang pesat di zaman sekarang diantaranya pesawat terbang, kapal, kereta api, mobil dan sepeda motor sangat membantu manusia dalam beraktifitas. Kendaraan bermotor merupakan sarana yang tepat untuk memudahkan bepergian ke tempat tujuan dengan cepat dan efisien. Tanpa disadari, kendaraan bermotor juga memiliki dampak yang begitu luar biasa pada manusia. Seperti meningkatnya kemacetan dan tingginya kadar polutan udara akibat berbagai pencemaran dari gas buang kendaraan bermotor.
Emisi gas buang merupakan sisa hasil pembakaran mesin kendaraan, baik itu perahu/kapal, pesawat terbang dan kendaraan beroda, yang menggunakan bahan bakar. Dilihat dari penggunaannya dikalangan masyarakat, emisi gas buang banyak dihasilkan oleh kendaraan bermotor khususnya pada sepeda motor. Perlu diketahui bahwa dalam gas buang sepeda motor terdapat berbagai komponen yang berbahaya bagi tubuh manusia. Diantaranya gas Karbon monoksida (CO), Timbal (Pb), gas Karbon dioksida (CO2), Nitrogen Oksida (NO) serta kabut karbon.
Pada perancangan alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor matic ini, senyawa yang akan diuji yaitu Karbon dioksida (CO2).
Gambar 2.1 Skematik Tata Letak Alat
2.1.1 Gas Karbon dioksida (CO2)
Gas adalah uap yang dihasilkan dari zat padat atau zat cair karena dipanaskan atau menguap sendiri. Contohnya CO2. Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon.
Karbon dioksida merupakan suatu gas yang penting, tetapi keberadaannya yang tidak seimbang akan membuat fenomena alam yang mampu merusak bumi.
Mulai dari tenggelamnya beberapa pulau di dunia sampai musnahnya beberapa jenis spesies di bumi. Oleh karena itu kadar konsentrasi karbon dioksida yang sesuai harus dipertahankan. Dan komposisi karbon dioksida dalam udara bersih seharusnya adalah 314 ppm. Karbon dioksida (CO2) banyak dihasilkan dari sisa- sisa pembakaran domestic dan industri, emisi kendaraan bermotor. Berikut tabel penjelasan komposisi udara bersih:
Tabel 2.1 Komposisi Udara Bersih
Jenis gas Formula Konsentrasi
(% volume) Ppm
1. Nitrogen N2 78,08 780,800
2. Oksigen O2 20,95 209,500
3. Argon Ar 0,934 9,340
4. Carbon Dioksida CO2 0,0314 314
5. Neon Ne 0,00812 18
6. Helium He 0,000524 5
7. Methana CH4 0,0002 2
8. Krypton Kr 0,000114 1
Sumber : Environmental Chemistry, Air and Water Pollution
2.2 Mikrokontroller Arduino Uno
Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328.
Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller;
dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB.
Gambar 2.2 Arduino Uno
Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramannya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan ketika memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan
sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program.
Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. Dengan kata lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16. Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada dipasaran. Bahasa pemrograman arduino merupakan bahasa C yang sudah disederhanakan syntax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontroller. Deskripsi Arduio UNO:
Tabel 2.2 Deskripsi Arduino
2.2.1 Daya (Power)
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER. Board Arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board Arduino UNO.
Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika board sedang menggunakan
sumber suplai eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang diatur). Kita dapat menyuplai tegangan melalui pin ini, atau jika penyuplaian tegangan melalui power jack, aksesnya melalui pin ini.
5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt yang diatur dari regulator pada
board. Board dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC power jack (7- 12V), USB connector (5V), atau pin VIN dari board (7-12). Penyuplaian tegangan melalui pin 5V atau 3,3V membypass regulator, dan dapat membahayakan board. Hal itu tidak dianjurkan.
3V3. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh regulator pada board. Arus maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA.
GND. Pin ground.
2.2.2 Memori
ATmega328 mempunyai 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader). ATmega 328 juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis (RW/read and written) dengan EEPROM library).
2.2.3 Input dan Output
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:
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 Atmega8U2 USB-ke-TTL.
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 lebih jelasnya.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi analogWrite().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport komunikasi SPI menggunakan SPI library.
LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13. Ketika
pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED mati.
Arduino UNO mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda).
Secara default, 6 input analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi spesial:
TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi TWI
dengan menggunakan Wire library Ada sepasang pin lainnya pada board:
AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference().
Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset mikrokontroler. Secara
khusus, digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang memblock sesuatu pada board.
2.2.4 Komunikasi
Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah komputer, Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328
menyediakan serial komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul sebagai sebuah port virtual ke software pada komputer.
Firmware 16U2 menggunakan driver USB COM standar, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Bagaimanapun, pada Windows, sebuah file inf pasti dibutuhkan. Software Arduino mencakup sebuah serial monitor yang memungkinkan data tekstual terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX dan TX pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to- serial dan koneksi USB pada komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah Software Serial library memungkinkan untuk komunikasi serial pada beberapa pin digital UNO. Atmega328 juga mensupport komunikasi I2C (TWI) dan SPI.
2.2.5 Programming
Arduino UNO dapat diprogram dengan software Arduino (download).
Pilih “Arduino Uno dari menu Tools > Board(termasuk mikrokontroler pada board). ATmega328 pada Arduino Uno hadir dengan sebuah bootloader yang memungkinkan untuk mengupload kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan pemrogram hardware eksternal. ATmega328 berkomunikasi menggunakan protokol STK500 asli (referensi, file C header).
Dapat membypass bootloader dan program mikrokontroler melalui kepala/header ICSP (In-Circuit Serial Programming. Sumber kode firmware ATmega16U2 (atau 8U2 pada board revisi 1 dan revisi 2) tersedia.
ATmega16U2/8U2 diload dengan sebuah bootloader DFU, yang dapat diaktifkan dengan:
Pada board Revisi 1: Dengan menghubungkan jumper solder pada belakang board (dekat peta Italy) dan kemudian mereset 8U2
Pada board Revisi 2 atau setelahnya: Ada sebuah resistor yang menarik garis
HWB 8U2/16U2 ke ground, dengan itu dapat lebih mudah untuk meletakkan ke dalam mode DFU. Dapat menggunakan software Atmel’s FLIP (Windows) atau pemrogram DFU (Mac OS X dan Linux) untuk meload sebuah firmware baru. Atau dapat menggunakan header ISP dengan sebuah pemrogram eksternal (mengoverwrite bootloader DFU).
2.2.6 Bahasa Pemrograman Arduino
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 para programer 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 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 operasiyang berbeda. Sebagai contoh program yang ditulis
dalam sistem operasi windows dapat dikompilasi 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 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
menuliskan fungsi-fungsi lain tersebut diatas atau sebelum fungsi utama, maka tidak perlu lagi untuk menuliskan bagian prototipe diatas.
2.2.7 Reset Otomatis (Software)
Dari pada mengharuskan sebuah penekanan fisik dari tombol reset sebelum sebuah penguploadan, Arduino Uno didesain pada sebuah cara yang memungkinkannya untuk direset dengan software yang sedang berjalan pada pada komputer yang sedang terhubung. Salah satu garis kontrol aliran hardware (DTR) dari ATmega8U2/16U2 dihubungkan ke garis reset dari ATmega328 melalui sebuah kapasitor 100 nanofarad. Ketika saluran ini dipaksakan (diambil rendah), garis reset jatuh cukup panjang untuk mereset chip. Software Arduino menggunakan kemampuan ini untuk memungkinkan mengupload kode dengan mudah menekan tombol upload di software Arduino. Ini berarti bahwa bootloader dapat mempunyai sebuah batas waktu yang lebih singkat, sebagai penurunan dari DTR yang dapat menjadi koordinasi yang baik dengan memulai penguploadan.
Pengaturan ini mempunyai implikasi. Ketika Arduino Uno dihubungkan ke sebuah komputer lain yang sedang running menggunakan OS Mac X atau Linux, Arduino Uno mereset setiap kali sebuah koneksi dibuat dari software (melalui USB). Untuk berikutnya, setengah-detik atau lebih, bootloader sedang berjalan pada Arduino UNO.
Ketika Arduino UNO diprogram untuk mengabaikan data yang cacat/salah (contohnya apa saja selain sebuah penguploadan kode baru) untuk menahan beberapa bit pertama dari data yang dikirim ke board setelah sebuah koneksi dibuka. Jika sebuah sketch sedang berjalan pada board menerima satu kali
konfigurasi atau data lain ketika sketch pertama mulai, memastikan bahwa software yang berkomunikasi menunggu satu detik setelah membuka koneksi dan sebelum mengirim data ini.
Arduino Uno berisikan sebuah jejak yang dapat dihapus untuk mencegah reset otomatis. Pad pada salah satu sisi dari jejak dapat disolder bersama untuk mengaktifkan kembali. Pad itu diberi label “RESET-RN” dapat menonaktifkan reset otomatis dengan menghubungkan sebuah resistor 110 ohm dari tegangan 5V ke garis reset.
2.2.8 Proteksi Arus lebih USB
Arduino UNO mempunyai sebuah sebuah sekring reset yang memproteksi port USB komputer dari hubungan pendek dan arus lebih. Walaupun sebagian besar komputer menyediakan proteksi internal sendiri, sekring menyediakan sebuah proteksi tambahan. Jika lebih dari 500 mA diterima port USB, sekring secara otomatis akan memutuskan koneksi sampai hubungan pendek atau kelebihan beban hilang.
2.2.9 Karakteristik Fisik
Panjang dan lebar maksimum dari PCB Arduino UNO masing-masingnya adalah 2.7 dan 2.1 inci, dengan konektor USB dan power jack yang memperluas dimensinya. Empat lubang sekrup memungkinkan board untuk dipasangkan ke sebuah permukaan atau kotak. Sebagai catatan, bahwa jarak antara pin digital 7 dan 8 adalah 160 mil. (0.16"), bukan sebuah kelipatan genap dari jarak 100 mil dari pin lainnya.
2.3 Sensor
Sensor pada dasarnya dapat dipandang sebagai sebuah perangkat atau device yang berfungsi mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian listrik atau sistem digital.
Berdasarkan variabel yang diindranya, sensor dikatagorikan ke dalam dua jenis:
sensor fisika dan sensor kimia. Sensor Fisika merupakan jenis sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hukum – hukum fisika, yaitu seperti sensor cahaya, suara, gaya, kecepatan, percepatan, maupun sensor suhu. Sedangkan jenis sensor kimia merupakan sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan jalan mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik dimana didalamnya dilibatkan beberapa reaksi kimia, seperti misalnya pada sensor pH, sensor oksigen, sensor ledakan, dan sensor gas.
2.3.1 Sensor MQ 135
Sensor tipe MQ-135 adalah sensor gas yang mempunyai keluaran dual output yaitu output digital (dengan op-amp sebagai komparator yang sensitifitas/offsetnya bisa diatur dengan memutar trimpott) dan output analog yaitu output langsung dari sensor yang dapat dihubungkan dengan ADC.
Gambar 2.3 Sensor MQ-135
Sensor tipe MQ-135 disebut sebagai air quality control sensor, karena sensor ini mempunyai fungsi dan cakupan yang luas untuk mendeteksi kualitas udara dari gas yang mencemari lingkungan atau membahayakan kesehatan seperti ammonia, aromatic compounds, sulfur, benzene vapor, smoke, NH3, NOx, alcohol, CO2, dll. Sensor ini melaporkan hasil deteksi kualitas udara berubah perubahan resistansi analog di pin keluarannya. Pin keluaran ini bisa disambungkan dengan pin adc (analog to digital converter) di mikrokontroler/ pin analog input arduino dengan menambahkan satu buah resistor saja (berfungsi sebagai pembagi tegangan/ voltage divider). Spesifikasi sensor MQ-135:
Sumber catu daya menggunakan tegangan 5 volt
Menggunakan adc dengan resolusi 10 bit
Tersedia 1 jalur output kendali on/off
Pin input/output kompetibel dengan level tegangan ttl dan cmos
Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan DC
Signal instruksi indikator output
Output ganda sinyal (output analog dan output tingkat ttl)
Ttl output sinyal yang valid rendah
Analog output dengan meningkatkan konsentrasi (semakin tinggi konsentrasi semakin tinggi tegangan)
Memiliki umur panjang dan stabilitas handal
Karakteristik pemulihan respon cepat
Untuk keterangan lebih lanjut tentang sensor MQ-135 dapat dilihat pada datasheet yang terdapat pada lampiran.
2.4 Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid crystal display adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer.
Gambar 2.4 LCD 2x16
LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:
Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
Mempunyai 192 karakter tersimpan.
Terdapat karakter generator terprogram.
Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
Dilengkapi dengan back light.
2.4.1 Konfigurasi LCD 2 x 16
Tabel 2.3 Konfigurasi LCD
2.4.2 Prinsip Kerja LCD
Cara kerja LCD adalah Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah
“0”. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk
mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus.
Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7- bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD.
Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.
2.5 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 sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Gambar 2.5 Buzzer
Buzzer elektronik ini dapat diciptakan dengan merangkaikan beberapa komponen yang pada prinsipnya alat ini dapat menimbulkan pulsa dimana arus listrik adalah sebagai indikator terciptanya pulsa tersebut.
2.6 Light Emitting Diode (LED)
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah diode. Strukturnya juga sama dengan diode, tetapi belakangan ditemukan bahwa electron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efesien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic, dan fospor. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak adalah warna merah, kuning, dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efesien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum
dan disipasi dayanya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam- macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.
Sebuah LED yang tipikal memiliki kemasan berbentuk kubah bulat yang terbuat dari bahan plastic, dengan pinggiran yang menonjol (rim) pada bagian bawah kubah. Terdapat dua buah kaki terminal di bagian bawah kubah. Biasanya, meskipun tidak selalu demikian, kaki katoda lebih pendek dari kaki anoda.
Cara lain untuk membedakan kaki katoda dengan kaki anoda adalah dengan memperhatikan bagian rim (apabila LED yang bersangkutan memang memilikinya). Rim dibuat berbentuk datar pada sisi yang berdekatan dengan kaki katoda.
Gambar 2.6 Light Emitting Diode (LED)
Sebuah LED membutuhkan arus sekitar 20 mA untuk memancarkan cahaya dengan kecerahan maksimum, meskipun arus sekecil 5 mA masih dapat menghasilkan cahaya yang jelas tampak. Jatuh tegangan maju sebuah LED rata- rata adalah 1,5 V, sehingga pasokan tegangan 2 V dapat menyalakan sebagian besar LED dengan kecerahan maksimum. Dengan level-level tegangan yang lebih tinggi, LED dapat terbakar apabila tegangan maju yang diberikan melebihi 2 V.
maka penting untuk menyambungkan resistor pembatas arus secara seri ke sebuah LED.
2.7 Resistor
Konsep resistansi sebagai suatu yang melawan arus. Bentuk-bentuk resistor konvensional mengikuti suatu hukum garis lurus ketika tegangan diplot terhadap arus dan ini memungkinkan kita untuk menggunakan resistor sebagai suatu sarana untuk mengkonveksi arus menjadi jatuh tegangan dan sebaliknya.
Karena itu resistor merupakan sarana untuk mengkontrol arus dan tegangan yang bekerja dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Resisor juga dapat berperan sebagai beban untuk mensimulasi keberadaan suatu rangkaian selama pengujian.
Gambar 2.7 Resistor
Tiga buah cincin warna dipergunakan untuk mengindikasikan nilai tahanan sebuah resistor. Cincin-cincin ini ditempatkan saling berdekatan disalah satu ujung badan resistor. Warna tiap-tiap cincin merepresentasikan sebuah bilangan. Membaca kode warna dari ujung resistor terdekat, warna-warna tersebut memiliki arti:
Cincin pertama adalah digit pertama dari nilai tahanan. Cincin kedua merupakan digit kedua dari nilai tahanan. Dan cincin ketiga merupakan faktor pengali (sebuah nilai pemangkatan bilangan 10, atau banyaknya angka nol dibelakang kedua digit pertama).
Spesifikasi-spesifikasi untuk suatu resistor umumnya meliputi nilai resistansi (dinyatakan dalam ohm (Ω), kilohm (kΩ) atau megaohm (MΩ)), nilai
ketepatan atau tolerasnsi (dinyatakan sebagai penyimpangan maksimum yang diizinkan dari nilai yang tertera), dan rating daya (yang harus sama dengan atau lebih besar daripada disipasi daya maksimumnya). Nilai yang tertera pada susatu resistor bukanlah resistansi eksaknya. Penyimpangan-penyimpangan kecil dalam nilai resistansi pasti selalu terjadi akibat adanya toleransi produksi. Resistor tersedia dalam beberapa seri yang nilai-nilainya merupakan kelipatan sepuluh, dimana jumlah nilai yang diberikan setiap seri ditentukan oleh toleransinya.
Untuk mencakup kisaran nilai resistansi yang sepenuhnya menggunakana resistor yang bertoleransi ± 20%, harus menyediakan enam nilai dasar.
Rating daya resistor berkaitan dengan suhu operasi dan resistor akan mengalami penurunan rating pada suhu yang tinggi. Jika keandalan merupakan hal yang penting, resistor harus dioperasikan jauh dibawah nilai normal disipasi daya maksimumnya.
Resistor karbon dan resistor oksida logam umumnya ditera dengan kode- kode warna yang menunjukkan nilai dan toleransinya. Ada dua metode pengkodean warna yang umumnya digunakan. Yang satu adalah dengan menggunakan empat cincin warna dan yang lain menggunakan lima cincin warna.
2.8 Adaptor
Adaptor merupakan alat atau jembatan untuk menyambungkan sumber tegangan DC. Tegangan DC ini dibutuhkan oleh berbagai macam rangkaian elektronik untuk dapat dioperasikan. Seperti halnya adaptor/ power supply yang digunakan pada hiasan lampu akrilik. Rangkaian inti dari adaptor/ power supply adalah suatu rangkaian penyearah yaitu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-
balik (AC) menjadi sinyal searah (DC). Proses pengubahan dimulai dari penye- arah oleh diode, penghalusan tegangan kerut (Ripple Viltage Filter) dengan menggunakan condensator dan pengaturan (regulasi) oleh rangkaian regulator.
Pengaturan meliputi pengubahan tingkat tegangan atau arus. Pada teknik regulasi pada pembuatan adaptor, kita mengenal teknik regulasi daya linier dan teknik regulasi switching. Sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yaitu:
Tranformasi (travo) tegangan yang diperlukan untuk menurunkan tegangan yang diinginkan.
Rangkaian penyearah, rangkaian ini untuk mengubah tingkat tegangan arus bolak balik ke arus searah.
Filter (Condesator), merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi penyearah yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang lebih rata.
Regulasi adalah parameter yang sangat penting pada adaptor dan regulator
tegangan dengan bahan bervariasi.
Pada teknologi modern saat ini adaptor/ power supply rata-rata sudah tidak lagi menggunakan transformator step down, dimana tegangan AC diturunkan terlebih dahulu melalui sebuah transformator step down keluaran trafo diserahkan dengan diode dan diratakan dengan kapasitor elekronik (elco).
Adaptor/power supply umumnya menggunakan sistem switching, sinyal AC dari tegangan jala-jala listrik 220V disearahkan lebih dahulu ketegangan DC melalui sebuah rangkaian diode penyearah dan elco. Tegangan DC hasil penyearah ini kemudian disaklar on-off secara terus menerus dengan frekuensi tertentu sehingga memungkinkan nilai indikator dari trafo menjadi kecil. Hal ini khususnya untuk memperkecil ukuran power supply.
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Perancangan ini telah dilakukan pada bulan Februari sampai April 2017 di Sikonek, rumah tinggal Sunggal, dan Perpustakaan Universitas Sumatera Utara.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat yang Digunakan
1. Satu set komputer berfungsi untuk pengelolaan data dan pemrograman 2. Bor listrik berfungsi untuk melubangi material
3. Solder berfungsi untuk mencairkan timah dan menyambungkan beberapa komponen elektronik
4. Obeng berfungsi untuk memasang baut dan mur
5. Mesin potong triplek berfungsi untuk memotong triplek dan akrilik 6. Attractor berfungsi sebagai alat penyedot timah pada PCB
3.2.2 Bahan yang Digunakan
1. Mur dan baut berfungsi sebagai peguat dalam pemasangan komponen pada papan triplek dan akrilik
2. Akrilik berfungsi sebagai pelindung komponen pada alat
3. Spacer berfungsi sebagai penyanggah antara akrilik dengan triplek 4. Papan triplek berfungsi sebagai tempat meletakkan alat
5. Arduino Uno R3 berfungsi sebagai mikrokontroler
6. Sensor MQ-135 berfungsi untuk mendeteksi kadar gas buang CO2
7. LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi untuk menampilkan status kerja alat
8. Trimpot 103 berfungsi untuk mengatur tingkat kecerahan (intensitas cahaya) LCD
9. Buzzer berfungsi sebagai tanda peringatan (mengeluarkan bunyi) apabila kadar gas buang melebihi ambang batas udara bersih
10. LED (Light Emitting Diode) berfungsi sebagai tanda peringatan (mengeluarkan cahaya) apabila kadar gas buang melebihi ambang batas udara bersih
11. Resistor (330 Ω) berfungsi untuk menghambat tegangan yang masuk pada LED
12. Adaptor berfungsi sebagai supply tegangan
3.3 Flowchart Sistem Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2
Mulai
Inisialisasi Port
Membaca ADC
Kadar CO2 > 314 ppm
Tampilan LCD
“Berbahaya”
LED dan Buzzer hidup
Tampilan LCD
“Aman”
LED dan Buzzer mati
Ya
Tidak
Gambar 3.1 Flowchart Sistem Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2
Alat pendeteksi kadar gas buang CO2 akan aktif apabila diberi supply tegangan dari powerbank. Kemudian alat akan menginisialisasi port yang ada pada Arduino (mengidentifikasi atau mengenali port-port Arduino yang terhubung dengan komponen-komponen yang ada pada rangkaian). Sensor MQ-135 akan mendeteksi kadar CO2 ketika diberi inputan berupa gas buang dari sepeda motor
matic. Jika CO2 yang dideteksi lebih besar dari 314 ppm maka LCD akan menampilkan kata “BAHAYA” dan mengaktifkan Buzzer serta LED. Sedangkan jika CO2 yang dideteksi lebih kecil dari 314 ppm maka LCD akan menampilkan kata “AMAN” dan menonaktifkan Buzzer serta LED.
3.4 Spesifikasi Sistem
Dalam perancangan alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor, mikrokontroler Arduino Uno digunakan sebagai komponen utama yang mengatur komponen lainnya seperti: Sensor MQ-135, LCD, Buzzer dan LED.
Hardware ini dirancang agar mikrokontroler Arduino dapat menerima masukan dari sensor MQ-135, sehingga fungsi alat untuk mendeteksi kadar gas buang yang keluar dari sepeda motor tercapai. Hardware pendeteksi kadar gas buang sepeda motor dirancang sesuai diagram blok yang terdapat pada gambar berikut.
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Power Supply
Arduino
LCD Sensor
MQ-135
Buzzer dan LED
Berdasarkan blok di atas, Arduino menerima masukan yaitu Sensor MQ- 135 dan sumber tegangan dari power supply. Masukan dari sensor tersebut, apabila sensor mendeteksi gas buang CO2 sepeda motor melebihi ambang batas udara bersih maka arduino akan memerintahkan LCD untuk menampilkan kata
“BAHAYA” serta menghidupkan buzzer dan LED.
3.5 Rangkaian Keseluruhan Sistem
Rangkaian keseluruhan sistem dari alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor dibagi menjadi 3 bagian yaitu: power supply, bagian input (sensor) , dan bagian output. Bagian power supply merupakan input tegangan dari baterai.
Bagian input terdiri dari 1 buah input yaitu sensor MQ-135. Bagian output terdiri dari LCD, Buzzer, dan LED.
3.5.1 Rangkaian Power Supply
Bagian power supply ini menggunakan Powerbank dengan kapasitas 6000 mAh dan tegangan masukan keluaran sebesar 5 Volt dengan arus 1000 mAh, yang dihubungkan dengan Arduino Uno R3.
Gambar 3.3 Rangkaian Sumber tegangan
Keterangan:
Adaptor dihubungkan dengan Arduino menggunakan kabel downloader
Pada gambar diatas, powerbank berfungsi sebagai pemberi tegangan pada alat pendeteksi kadar asap sepeda motor yang terhubung dengan arduino melalui kabel downloader.
3.5.2 Rangkaian Sensor MQ-135
Pada alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor ini, sensor yang digunakan adalah sensor MQ-135. Dari datasheet, sensor ini mampu mendeteksi beberapa senyawa, diantaranya CO2, NH3, NOX, alcohol, Benzene, smoke.
Penggunaan sensor MQ-135 pada rangkaian alat tersebut ialah sebagai bagian input, dan senyawa gas buang kendaraan yang diuji dari sensor MQ-135 hanya CO2 saja. Sensor MQ-135 akan memberikan peringatan melalui LED dan buzzer apabila kadar gas buang CO2 yang dikeluarkan melebihi batas bersih (314 ppm).
Gambar 3.4 Hubungan Arduino dengan Sensor MQ-135 Keterangan:
Kaki A0 (analog output) pada sensor MQ-135 dihubungkan ke pin A4 pada Arduino
Kaki VCC pada sensor MQ-135 dihubungkan ke pin VCC pada Arduino
Kaki GND pada sensor MQ-135 dihubungkan ke pin GND pada Arduino
3.5.3 Rangkaian Bagian Output 3.5.3.1 Rangkaian LCD
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena arduino dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan trimpot sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Arduino Uno.
Gambar 3.5 Hubungan Arduino dengan LCD Keterangan:
Kaki RS pada LCD dihubungkan ke pin 12 pada Arduino
Kaki RW pada LCD dihubungkan ke pin 11 pada Arduino
Kaki D4 pada LCD dihubungkan ke pin 9 pada Arduino
Kaki D5 pada LCD dihubungkan ke pin 8 pada Arduino
Kaki D6 pada LCD dihubungkan ke pin 7 pada Arduino
Kaki D7 pada LCD dihubungkan ke pin 6 pada Arduino
Kaki E (Enable) pada LCD dihubungkan ke pin 10 pada Arduino
Kaki A (Anoda) pada LCD dihubungkan ke pin VCC pada Arduino
Kaki K (Katoda) pada LCD dihubungkan ke pin GND pada Arduino
3.5.3.2 Rangkaian Buzzer
Pada alat pendeteksi kadar gas buang sepeda motor, keluaran yang digunakan salah satunya ialah buzzer. Jenis buzzer yang digunakan yaitu Buzzer Putih M, dapat beroperasi dari tegangan 3V-24V DC. Buzzer kecil dengan ukuran diameter 29 mm dan tinggi 14mm ini memiliki datasheet, apabila V=3V maka I=0.8mA, V=5V maka I=1.5mA dan V=12V maka I=4.7mA.
Gambar 3.6 Hubungan Arduino dengan Buzzer
Keterangan:
Kaki negatif pada Buzzer dihubungkan ke kaki GND (ground) pada Arduino
Kaki positif pada Buzzer dihubungkan ke kaki Vin pada Arduino
Pada rangkaian pendeteksi kadar gas buang sepeda motor, tegangan masukan yang diberikan sebesar 5 Volt maka dibutuhkan arus sebesar 1.5 miliAmpere. Alasan pemilihan buzzer jenis ini karena harganya yang murah dan terjangkau serta bisa langsung dihubungkan ke arduino tanpa komponen tambahan.
3.5.3.3 Rangkaian LED
Pada alat ini LED digunakan untuk memancarkan cahaya. LED akan aktif atau menyala apabila sensor MQ-135 mendeteksi adanya kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic yang melibihi batas kadar udara bersih. Berikut ini adalah rangkaian yang menujukkan hubungan antara LED dengan arduino.
Gambar 3.7 Hubungan Arduino dengan LED Keterangan:
Kaki positif pada LED dihubungkan ke kaki Vin pada Arduino
Kaki negatif pada LED dihubungkan ke kaki GND (ground) pada Arduino
3.6 Software pemrograman dan program pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic dengan sensor MQ-135
3.6.1 Software Arduino.cc 1.8.1
Bahasa C merupakan salah satu bahasa yang cukup populer dan handal untuk pemrograman mikrokontroler. Dalam melakukan pemrograman mikrokontroler diperlukan suatu software pemrograman, salah satunya yang mendukung bahasa C adalah Arduino.cc. Software Arduino.cc hanya digunakan untuk mikrokontroler keluarga arduino saja.
Gambar 3.8 Software Arduino.cc
3.6.2 Program Pendeteksi Kadar Gas Buang CO2
Persiapan pertama sebelum memasukkan program adalah menghubungkan mikrokontroler arduino dengan PC melalui USB port. Langkah berikutnya adalah
membuka software arduino.cc, dan melakukan penulisan program pada software, berikut ini adalah program yang di tuliskan pada software:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7, 6);//rs,rw,e,d4,d5,d6,d7 int LED=4;
int Buzzer=5;
void setup() { lcd.begin(16, 2);
pinMode(LED,OUTPUT);
pinMode(Buzzer,OUTPUT);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Afmita A Pratiwi");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("NIM = 142408022");
delay (3000);
lcd.clear();
}
void loop() { lcd.clear();
int CO2 =analogRead(A4);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("KadarCO2=");
lcd.setCursor(9, 0);
lcd.print(CO2);
lcd.setCursor(13, 0);
lcd.print("Ppm");
if(CO2 > 314) {
digitalWrite(LED,HIGH);
digitalWrite(Buzzer,HIGH);
delay(100);
digitalWrite(LED,LOW);
digitalWrite(Buzzer,LOW);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" BAHAYA "); } else {
digitalWrite(LED,LOW);
digitalWrite(Buzzer,LOW);
delay(100);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" AMAN "); } delay(200);
}
Adapun penjelasan lengkap program dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 3.1 Penjelasan Program Perbaris
PROGRAM KETERANGAN
#include <LiquidCrystal.h> Library untuk menggunakan LCD LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7, 6); Pin-pin yang terhubung ke Arduino
int LED=4; Variabel untuk LED pada pin 4
int Buzzer=5; Variabel untuk Buzzer pada pin 5
void setup() { Memulai program yang hanya
dijalankan sekali
lcd.begin(16, 2); LCD yang digunakan ukuran 16x2 pinMode(LED,OUTPUT); Menentukan LED sebagai output pinMode(Buzzer,OUTPUT); Menentukan Buzzer sebagai output lcd.setCursor(0, 0); Menentukan cursor pada posisi kolom 0
baris 0
lcd.print("Afmita A Pratiwi"); Menampilkan tulisan Afmita A Pratiwi lcd.setCursor(0, 1); Menentukan cursor pada posisi kolom 0
baris 1
lcd.print("NIM = 142408022"); Menampilkan tulisan NIM = 142408022
delay (3000); Waktu tunda dalam menampilkan
program yang berjalan sekali selama 3 detik
lcd.clear(); Menghapus data yang ada di LCD
} Mengakhiri/menutup program yang
berjalan sekali
void loop() { Memulai program yang dibaca secara terus-menerus
lcd.clear(); Menghapus data yang ada di LCD
int CO2 =analogRead(A4); Pin A4 sebagai input sensor CO2 lcd.setCursor(0, 0); Menentukan cursor pada posisi kolom 0
baris 0
lcd.print("KadarCO2="); Menampilkan tulisan KadarCO2=
lcd.setCursor(9, 0); Menentukan cursor pada posisi kolom 9 baris 0
lcd.print(CO2); Menampilkan data input sensor CO2 lcd.setCursor(13, 0); Menentukan cursor pada posisi kolom
13 baris 0
lcd.print("Ppm"); Menampilkan tulisan Ppm
if(CO2 > 314) { Jika kondisi CO2 lebih besar dari 314 digitalWrite(LED,HIGH); Mengirimkan 5V pada pin LED (aktif) digitalWrite(Buzzer,HIGH); Mengirimkan 5V pada pin Buzzer
(aktif)
delay(100); Waktu tunda aktifnya LED dan Buzzer
digitalWrite(LED,LOW); Mengirimkan 0V pada pin LED (mati) digitalWrite(Buzzer,LOW); Mengirimkan 0V pada pin Buzzer
(mati)
lcd.setCursor(0,1); Menentukan cursor pada posisi kolom 0 baris 1
lcd.print(" BAHAYA "); } Menampilkan tulisan BAHAYA
else { Akan menjalankan program apabila if
tidak terpenuhi
digitalWrite(LED,LOW); Mengirimkan 0V pada pin LED (mati) digitalWrite(Buzzer,LOW); Mengirimkan 0V pada pin Buzzer
(mati)
delay(100); Waktu tunda matinya LED dan Buzzer
lcd.setCursor(0,1); Menentukan cursor pada posisi kolom 0 baris 1
lcd.print(" AMAN "); } Menampilkan tulisan AMAN
delay(200); Waktu tunda menampilkan tulisan
AMAN
} Mengakhiri/menutup program yang
berjalan secara terus-menerus
Gambar 3.9 Penulisan program pada software arduino.cc
Setelah pengetikan program selesai langkah selajutnya adalah compile program untuk memastikan apakah terdapat error atau warning pada program. Jika tidak terjadi error maka upload program.
Gambar 3.10 Tampilan saat proses compile dan upload
Gambar 3.11 Tampilan saat proses compile dan upload telah selesai
3.7 Rangkaian Hubungan Keseluruhan Sistem Alat
Gambar 3.12 Rangkaian Hubungan Keseluruhan Sistem Alat
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Rangkaian Sumber Daya
Untuk supply daya pada alat ini digunakan powerbank. Powerbank dengan kapasitas 6000 mAh dan tegangan masukan keluaran sebesar 5 Volt dengan arus 1000 mAh. Powerbank dihubungkan dengan alat melalui kabel downloader arduino. Apabila rangkaian aktif (arus mengalir pada rangkaian alat) maka powerbank berhasil memberi masukan tegangan kedalam alat ini. Dan dalam pengujian alat ini, powerbank yang digunakan dapat mengalirkan arus kedalam alat pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic.
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno
Pemrograman menggunakan mode ISP (In System Programming) mikrokontroler harus dapat diprogram langsung pada papan rangkaian dan rangkaian mikrokontroler harus dapat dikenali oleh program Arduino.cc.
Pada pengujian ini berhasil dilakukan dengan dikenalinya jenis mikrokontroler oleh program downloader yaitu Arduino Genuino/Uno.
Gambar 4.1. Informasi Signature Mikrokontroler Arduino Uno R3
Apabila Chip Signature sudah dikenali dengan baik dan dalam waktu singkat, bisa dikatakan rangkaian mikrokontroler Arduino Uno R3 bekerja dengan baik dengan mode ArduinoISP-nya.
4.3 Pengujian Rangkaian Sensor MQ-135
Pengujian sensor MQ-135 dilakukan dengan cara melewatkan gas buang sepeda motor matic yang kemudian akan dideteksi oleh sensor tersebut, dan melihat hasil pembacaan sensor MQ-135 pada tampilan LCD. Dilakukannya pengujian ini bertujuan, agar mengetahui kondisi baik atau tidaknya sensor untuk digunakan. Pada alat ini, sensor MQ-135 diaplikasikan sebagai pendeteksi kadar gas buang CO2.
Berikut adalah data sensor ketika mendeteksi gas buang CO2 pada sepeda motor matic:
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kadar CO2 terhadap Jarak
Jarak (cm) Kadar CO2 (ppm) Kadar Rata-Rata CO2 (ppm) Status
0
478
480 Bahaya
480 483
10
446
459 Bahaya
459 473
20
422
435
Bahaya 437
445
30
381
387 Bahaya
387 392
40
352
354 Bahaya
355 356
Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengujian Kadar CO2 terhadap Jarak
Pengujian dilakukan pada sebuah sepeda motor matic jenis honda beat tahun pembuatan 2015 menggunakan bahan bakar bensin dan dalam keadaan stand by on (tidak diberi tekanan gas).
480 459
435
387 354
0 100 200 300 400 500 600
0 10 20 30 40
Kadar CO2 (ppm)
Jarak (cm)
4.4 Pengujian Rangkaian LCD
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 2 x 16 karakter yang berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa keterangan. LCD dihubungkan langsung ke pin 12, 11, 10, 7, 6, 5 dan 4 dari Arduino yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD.Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW: Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program EN harus dibuat logika low
“0” dan set ( high ) pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/ Write. Ketika RW berlogika low (0), maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high ”1”, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low (0).
Berdasarkan keterangan di atas maka kita sudah dapat membuat progam untuk menampilkan karaker pada display LCD. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7, 6);
void setup() { lcd.begin(16, 2);
lcd.print("hello, world!");
}
void loop() {
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(millis() / 1000);
}
Dengan dilakukannya pengujian pada alat ini, LCD yang digunakan berhasil menampilkan kata hello, world!
4.5 Pengujian Rangkaian Buzzer
Pengujian ini dilakukan dengan cara melihat status Buzzer apakah aktif (bunyi) atau tidak saat sensor MQ-135 mendeteksi adanya kadar gas buang CO2
pada sepeda motor matic yang melebihi ambang batas udara bersih. Dari pengujian didapatkan hasil yaitu disaat sensor MQ-135 mendeteksi adanya kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic yang melebihi ambang batas udara bersih maka Buzzer dalam keadaan aktif (mengeluarkan bunyi).
4.6 Pengujian Rangkaian LED
Pengujian ini dilakukan dengan cara melihat status LED apakah aktif atau tidak saat sensor MQ-135 mendeteksi adanya kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic yang melebihi ambang batas udara bersih. Dari pengujian didapatkan hasil yaitu disaat sensor MQ-135 mendeteksi adanya kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic yang melebihi ambang batas udara bersih maka LED dalam keadaan aktif (mengeluarkan cahaya).
4.7 Gambar Pengujian Alat
Gambar 4.3 Pengujian Alat dalam Keadaan Bahaya
Gambar 4.4 Pengujian Alat dalam Keadaan Aman
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari perancangan dan pengujian alat pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Prinsip kerja dari alat pendeteksi ini adalah sensor MQ-135 bekerja secara otomatis mendeteksi gas buang CO2 pada sepeda motor matic. Apabila sensor mendeteksi kadar gas buang CO2 yang melebihi ambang batas udara bersih maka arduino yang berfungsi sebagai pengendali pada alat ini akan mengaktifkan buzzer dan LED serta menampilkan kata “BAHAYA” pada LCD.
2. Alat ini merupakan pengembangan dari pemanfaatan Arduino Uno yang merupakan mikrokontroller, dalam bidang alat ukur sebagai pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic dengan memanfaatkan sensor MQ- 135 sebagai komponen yang mendeteksi CO2. Pendeteksi secara otomatis pada alat ini memberikan keuntungan pada pengguna karena dapat mengetahui kondisi sepeda motor melalui kadar gas buang yang dikeluarkannya, sehingga memudahkan pengguna dalam melakukan perawatan sepeda motor.
3. Setelah dilakukan pengujian alat pendeteksi kadar gas buang CO2 pada sepeda motor matic berbasis arduino dengan memanfaatkan MQ-135 bekerja dengan baik (berhasil) dalam mengukur dan mendeteksi kadar CO2 sesuai dengan perancangan yang telah dibuat.
5.2 Saran
Dari hasil Proyek ini masih terdapat beberapa kekurangan dan dimungkinkan untuk pengembangan lebih lanjut. Oleh karenanya penulis merasa perlu untuk memberi saran sebagai berikut:
1. Penggunaan sensor MQ-135 yang lebih peka akan mempercepat proses penemuan adanya kandungan CO2 yang terdapat pada gas buang kendaraan sepeda motor.
2. Untuk pembuatan alat selanjutnya dapat dikembangkan dengan menambahkan filter (penyaring) sehingga kadar gas buang CO2 yang keluar dari knalpot berkurang (udara lebih bersih).
3. Bentuk design alat yang lebih minimalis sehingga dapat diletakkan di ujung knalpot sepeda motor.
