PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALI KECEPATAN EXHAUST FAN BERBASIS ARDUINO DENGAN
SENSOR ASAP KARBON MONOKSIDA
SKRIPSI
MARLON BRANDO PANJAITAN 180821033
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALI KECEPATAN EXHAUST FAN BERBASIS ARDUINO DENGAN
SENSOR ASAP KARBON MONOKSIDA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MARLON BRANDO PANJAITAN 180821033
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
i
PERNYATAAN ORISINALITAS
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALI KECEPATAN EXHAUST FAN BERBASIS ARDUINO DENGAN
SENSOR ASAP KARBON MONOKSIDA
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, September 2020
Marlon Brando Panjaitan 180821033
ii
iii
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALI KECEPATAN EXHAUST FAN BERBASIS ARDUINO DENGAN
SENSOR ASAP KARBON MONOKSIDA
ABSTRAK
Kebiasaan orang pada umumnya untuk merokok di area fasilitas umum yang dapat mengganggu kenyamanan para pemakai sarana umum. Oleh sebab itu dibutuhkan ruangan tersendiri untuk para perokok berat. Pada umumnya, untuk mengondisikan udara agar tetap segar di dalam ruangan merokok diperlukan exhaust yang akan mengatur sirkulasi udara. Kebanyakan exhaust bekerja secara manual,tidak diatur secara otomatis sehingga memiliki kecepatan putar yang konstan pada nilai tertentu untuk mengatur sirkulasi udara. Mengontrol kecepatan exhaust harus diatur sesuai kebutuhan berdasarkan kandungan gas karbon monoksida. Salah satu cara mendeteksi gas di dalam ruangan adalah menggukan sensor gas karbonmonoksida MQ-7.
Sensor MQ-7 mendeteksi gas karbon monoksida yang tekandung di dalam asap rokok, maka di hasilkan nilai tegangan akan diolah oleh mikrokontroller pada arduino uno dengan driver mosfet sebagai pengambil keputusan. Penentuan kecepatan exhaust fan berdasarkan Driver Mosfet. Driver mosfet akan mengolah kandungan gas karbonmonoksida yang di deteksi sensor sebagai pengambil keputusankeluaran.
Berdasarkan perancangan dan hasil pengujian,perangkat telah mampu mengontrol kecepatan exhaust fan berdasarkan jumlah PPM pada dua buah sensor gas MQ-7 di ruangan sebesar 98.725 %.
Kata kunci : Exhaust,sensor karbonmoksida MQ-7,driver mosfet,arduino uno
iv
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF CONTROL EXHAUST FAN SPEED-BASED ARDUINO WITH CARBON MONOXIDE
SMOKE CENSOR
ABSTRACT
Habits of people in general to smoke in the area of public facilities that can interfere with the users of public facilities. And therefore required a separate room for smokers. In general, for the air conditioning to keep them fresh in a smoking room that will set the required exhaust air circulation. Most exhaust work manually, not automatically regulated so as to have the rotational speed that is constant at a certain value to regulate air circulation. Controlling exhaust velocity should be adjusted as needed based on the content of carbon monoxide gas. One way to detect smoke in the room is to use carbon monoxide gas sensor MQ-7.
MQ- 7 sensor detects carbon monoxide gas which tekandung in cigarette smoke, then the generated voltage value will be processed by the microcontroller on arduino uno with driver mosfet method as decision makers. Determination of the exhaust fan speed based on driver mosfet. Driver mosfet will process the content of carbon monoxide in the gas detection sensor as an output decision makers.
The output of the design and the test result, the device has been abel to control the speed of the exhaust fan based on content of ppm on MQ-7, with an accuracy of 98.725 %.
Keywords: Exhaust, carbon monoxide sensor MQ-7, driver mosfet, arduino uno
v PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa,denganlimpahan berkat-Nya penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan rasa hormat maupun ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya skripsi ini. Terimakasih penulis ucapkan terkhusus untuk kedua orang tua tercinta, atas do‟a, kepercayaan, dukungan, semangat, dan materi yang telah diberikan kepada penulis. Dan tak lupa pula penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU
2. Bapak Junedi Ginting S.Si, M.Si, selaku sebagai pembimbing yang telah membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan juga bimbingannya.
3. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama dalam perkuliahan.
4. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk dan arahan selama dalam perkuliahan.
5. Abang dan Kakak kandung saya yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis.
6. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.
7. Teman sekos yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, September 2020
Marlon Brando Panjaitan
vi DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN ORISINALITAS i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 LatarBelakang 1
1.2 RumusanMasalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4.Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 LANDASAN TEORI 4
2.1 Udara 4
2.2 Gas Carbon Monoxide(CO) 5
2.2.1 Sensor Karbon Monoksida MQ-7 6
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor MQ7 6
2.3 Mikrokontroler 7
2.3.1 Apa itu Mikrokontroler 7
2.3.2 Pemanfaatan Mikrokontroler 9
2.3.3 Jenis-jenis Mikrokontroler 10
2.3.4 Komponen Penyusun Mikrokontroler 10
2.3.5 Cara Kerja Mikrokontroler 12
2.4 Mosfet 13
2.4.1 Jenis Jenis Mosfet 13
2.4.2 Bentuk Dasar Mosfet 14
2.5 LCD (Liquid Crystal Display) 15
2.5.1 Register Pada LCD 18
2.5.2 Cara Kerja LCD 19
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 20
3.1 Diagram Blok 20
3.1.1 Fungsi Tiap Blok 20
3.2 Perancangan Rangkaian Alat 21
3.3 Perancangan Rangkaian Regulator 21
vii
3.4 Perancangan Rangkaian mikrokontroller 22
3.5 Perancangan Rangkaian Fan 24
3.6 Perancangan Rangkaian Buzzer 24
3.7 Perancangan Rangkaian LCD 25
3.8 Perancangan Rangkaian Sensor CO 26
3.9 Rangkaian Lengkap 27
3.10 Flowchart Sistem 28
BAB 4 PENGUJIAN DAN HASIL 29
4.1 Pengujian Mikrokontroller 29
4.2 Pengujian Regulator 30
4.3 Pengujian LCD 2x16 31
4.4 Pengujian Buzzer 32
4.5 Pengujian Sensor CO 32
4.6 Kalibrasi Sensor 34
4.7 Kalibrasi Tegangan 36
4.8 Pengujian Exhaust FAN 38
4.9 Pengujian Rangkaian Keseluruhan alat(software) 39
4.10 Hasil Pengujian Keseluruhan 43
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 44
5.1. Kesimpulan 44
5.2. Saran 44
DAFTAR PUSTAKA 45
LAMPIRAN
viii DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar Judul Halaman
2.1 Komposisi gas di udara 4
2.2 Sensor MQ-7 6
2.3 Komponen Penyusun Mikrokontroler 11
2.4 Tahap-tahap persiapan suatu mikrokontroler 13 2.5 Struktur fisik N-MOSFET tipe Enhancement 14
2.6 LCD 2x16 16
2.7 Susunan Alamat pada LCD 16
3.1 Diagram Blok Rangkaian 20
3.2 Rangkaian Alat 21
3.3 Rangkaian Regulator 22
3.4 Rangkaian Mikrokontroler 23
3.5 Rangkaian Fan 24
3.6 Rangkaian Buzzer 25
3.7 Rangkaian LCD 26
3.8 Rangkaian Sensor CO 26
3.9 Rangakian Lengkap 27
3.10 Flowchart Sistem 28
4.1 Pengujian mikrokontroler atmega328 29
4.2 Input Regulator 30
4.3 Output Regulator 30
4.4 Tampilan LCD 31
4.5 Sebelum terdeteksi CO 33
4.6 Setelah terdeteksi CO 33
4.7 Grafik Perbandingan Ppm Standar Dan Ppm Sensor Mq7 35
4.8 Grafik Tegangan Sensor Mq7A 37
4.9 Grafik Tegangan Sensor Mq7B 38
ix DAFTAR TABEL
Nomor Tabel Judul Halaman
2.1 Indeks Baku Kualitas Udara 5
2.2 Pin LCD 17
4.1 Pengujian regulator 30
4.2 Pengujian buzzer 32
4.3 Sebelum Kalibrasi Sensor 34
4.4 Setelah Kalibrasi Sensor 35
4.5 Tegangan Sensor MQA setelah kalibrasi 36
4.6 Tegangan Sensor Mq7 B setelah kalibrasi 37
4.7 Hasil Pengujian Exhaust Fan 39
4.8 Data Hasil Pengujian Kadar CO dan Nilai PWM 43
x DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Program
Lampiran 2 Rangkaian Lengkap Lampiran 3 Gambar Alat
Lampiran 4 Datasheet
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman dan perkembangan teknologi yang semakin pesat. Kebutuhan masyarakat akan perangkat-perangkat elektronik kini semakin meningkat,maka terciptalah begitu banyak perangkat dengan teknologi yang begitu inovatif sebagai penunjang kebutuhan masyarakat itu sendiri.
Terutama kebutuhan akan teknologi otomatis atau sistem pintar yang tidak memerlukan pengawasan manusia setiap saat. Salah satunya perangkat dibidang kesehatan lingkungan yaitu alat untuk menjaga tingkat kebersihan udaradi dalam ruangan.Kebiasaan masyarakat pada umumnya untuk merokok di area fasilitas umum yang dapat mengganggu kenyamanan para pemakai sarana umum. Oleh sebab itu dibutuhkan ruangan tersendiri untuk para perokok berat.
Pada umumnya, untuk mengondisikan udara agar tetap terjaga segar di dalam ruangan tempat merokok maka diperlukan exhaust fan yang nantinya dapat mengatur sirkulasi udara, dimana asap rokok akan keluar dari dalam ke luar ruangan untuk mendapatkan kebersihan udara. Tetapi pada saat ini atau kebanyakan alat yang digunakan untuk menjaga kebersihan udara seperti exhaust fan bekerja dengan kontrol manual tanpa adanya pengaturan otomatis sehingga memiliki kecepatan putar yang konstan pada nilai tertentu untuk mengatur sirkulasi udaranya. Tanpa mendeteksi kebutuhan atau kondisi udara sebenarnya yang diinginkan oleh ruangan tersebut.
Dalam tugas akhir ini dicoba untuk membuat sistem pengaturan untuk mengontrol kecepatan exhaust secara otomatis sehingga didapatkan output pengondisian udara yang lebih stabil sesuai dengan kondisi intensitas asap yang ada di dalam ruangan dengan menggunakan kontroler driver mosfet untuk mendapatkan output yang sesuai dengan yang diinginkan oleh sistem.
Pada penerapan teknologinya menggunakan aplikasi arduino uno R3 yang akan mendapat input masukan dari nilai sensor asap sebelumnya. Pengaturan kecepatan dilakukan dengan switching gelombang PWM pada inverter yang nantinya juga akan menerapkan metode driver mosfet.
1.2 RumusanMasalah
Rumusan masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana cara merancang dan merealisasikan sistem yang mampu mengontrol kecepatan exhaust fan berdasarkan kadar ppm (parts per million) di dalam ruangan.
2. Bagaimana cara pemrograman driver mosfet yang akan ditanamkan pada system kontroler.
1.3 BatasanMasalah
Untuk mendapatkan hasil yang spesifik sesuai dengan yang diinginkan, dalam penelitian kali ini ditentukan batasan masalah sebagai berikut:
1. Tidak membahas jumlah orang didalam ruangan merokok (smokingroom).
2. Ruangan dengan Panjang 4 meter, lebar 3 dan tinggi 4 meter / ruangan kamar normal
3. Perancangan exhaust fan dibuat berupa prototipe menggunakan 2 sensor asap MQ-7, arduino uno, LCD
4. Pengaturan kecepatan putaran exhaust fan berdasarkan tingkat kandungan asap yang terdeteksi oleh sensor asap berupa gas karbon monoksida didalam ruangan. mendeteksi kandungan asap berupa gas karbon monoksida didalam ruangan
5. Perancangan berupa pengontrolan sirkulasi udara menggunakan exhaust fan yang dimodelkan dengan 3 kecepatan putaran kipas yang berbeda.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang dan merealisasikan sistem yang mampu mengontrol kecepatan exhaust fan berdasarkan kadar ppm (parts per million) di dalam ruangan.
2. Merancang dan merealisasikan algoritma kontrol pada sistem pengontrolan exhaust fan menggunakan metode driver mosfet.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu sebagai berikut:
1. Melatih kemampuan mahasiswa untuk memecahkan suatu permasalahan yang ada, yaitu membuat perancangan dan implementasi pengendali kecepatan exhaust fan berbasis arduino dengan sensor asap karbon monoksida.
2. Mikrokontroler ATmega 328 digunakan sebagai otak pada sistem elektronika pada rancangan alat.
3. Dengan perancangan alat ini diharapkan dapat membantu meminimalisir masalah pencemaran udara dalam ruangan.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan penulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab – bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut :
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian dan bahasa program yang digunakan, serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB 3 METODE PENELITIAN
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroller Atmega 328.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alatataupun data yang dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan skripsi ini.
4 BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Udara
Udara adalah sumber daya yang berharga bagi kehidupan. Udara terdiri dari campuran gas antara lain 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% gas-gas lain seperti xenon, karbon dioksida, argon, neon, hidrogen, helium, dan kripton.
Kandungan elemen senyawa gas dan partikel dalam udara akan berubah-ubah dengan ketinggian dari permukaan tanah. Demikian juga massanya, akan berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin dekat dengan lapisan troposfer, maka udara semakin tipis, sehingga melewati batas gravitasi bumi, maka udara akan hampa sama sekali. Di antara gas-gas yang membentuk udara adalah seperti berikut:
Gambar 2.1 Komposisi Gas Di Udara
Udara bersih adalah udara yang bebas dari polusi dalam bentuk padat, cair maupun gas seperti misalnya polusi asap kendaraan bermotor maupun asap pembuangan pabrik industri.Udara bersih juga dapat diartikan dengan udara yang bebas dari polusi gas tercemar yang tidak melebihi konsentrasi maksimum sehingga kualitasudara memenuhi persyaratan standar kesehatan Udara bersih mengandung unsur-unsur yang dibutuhkan oleh setiap mahluk hidup untuk aktifitas hariannya.
5 2.2 Gas Carbon Monoxide(CO)
Carbon monoxida adalah gas yang tidak berbau, dan tidak berwarna, akan tetapi gas ini sangat beracun karena mempunyai ikatan yang kuat dengan darah, yaitu hemoglobin. Sumber utama dari gas karbonmonoksida dalam ruangan (indoor) adalah hasil kegiatan manusia, seperti hasil pembakaran (kompor, oven, mesin-mesin elektrik, asap rokok). Dampak dari CO bervariasi, tergantung status kesehatan orang pada saat menghirup gas CO. Gas CO menghambat kerja molekul sel pigmen yang berfungsi membawa oksigen keseluruh tubuh, dalam jangka panjang dapat menyebabkan sakit jantung atau paru-paru, menyebabkan gangguan janin pada wanita, dan dalam jangka pendek dapat menyebabkan perubahan tekanan darah, meningkatkan denyut jantung, kerusakan pembuluh darah peripheral.
Berdasarkan Keputusan Kepala Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Nomor: KEP- 107/KABAPEDAL/11/1997 Tentang Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan serta Informasi Indeks Pencemar Udara, maka Indeks Baku Kualitas Udara sebagai berikut:
Tabel 2.1 Indeks Baku Kualitas Udara
Kategori Rentang Carbon monoxide
Baik 0-50 Tidak Ada Efek
Sedang 51-100
Pertumbuhan kimia darah tapi tidak terfeteksi
Tidak Sehat 101-199
Peningkatan pada cardio vascular pada perokok yang sakit jantung
Sangat Tidak Sehat
200-299
Peningkatan pada cardio vascular pada non-perokok
tampak
kelemahan yang nyata Berbahaya Lebih dari 300 Tingkat yang sangat berbahaya
6 2.2.1 Sensor Karbon Monoksida MQ-7
MQ 7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil. Fitur dari sensor gas MQ7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang. Sensor ini menggunakan catu daya heater : 5V AC/DC dan menggunakan catu daya rangkaian 5VDC, jarak pengukuran : 20 - 2000ppm untuk ampu mengukur gas karbon monoksida.
Gambar 2.2 Sensor MQ-7
Hambatan permukaan sensor Rs diperoleh melalui dipengaruhi sinyal output tegangan dari resistansi beban RL yang seri. Sinyal ketika sensor digeser dari udara bersih untuk karbon monoksida (CO), pengukuran sinyal dilakukan dalam waktu satu atau dua periode pemanasan lengkap (2,5 menit dari tegangan tinggi ke tegangan rendah).
Lapisan sensitif dari MQ-7 komponen gas sensitif terbuat dari SnO2 dengan stabilitas, Jadi, ia memiliki stabilitas jangka panjang yang sangat baik.
Masa servis bisa mencapai 5 tahun di bawah kondisipenggunaan.
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor MQ7
Hambatan permukaan sensor Rs diperoleh melalui dipengaruhi sinyal output tegangan dari resistansi beban RL yang seri. Hubungan antara itu dijelaskan:
Rs\RL = (Vc-VRL) / VRL
sinyal ketika sensor digeser dari udara bersih untuk karbon monoksida (CO), pengukuran sinyal dilakukan dalam waktu satu atau dua periode pemanasan lengkap
7 (2,5 menit dari tegangan tinggi ke tegangan rendah). Lapisan sensitif dari MQ-7 komponen gas sensitif terbuat dari SnO2 dengan stabilitas, Jadi, ia memiliki stabilitas jangka panjang yang sangat baik. Masa servis bisa mencapai 5 tahun di bawah kondisi penggunaan.Penyesuaian Sensitivitas Nilai resistansi MQ-7 adalah perbedaan untuk berbagai jenis dan berbagai gas konsentrasi.Jadi, Bila menggunakan komponen ini, penyesuaian sensitivitas sangat diperlukan.kami sarankan Anda mengkalibrasi detektor untuk CO 200ppm di udara dan menggunakan nilai resistansi beban itu (RL) sekitar 10 KΩ (5KΩ sampai 47 KΩ).
2.3 Mikrokontroler
2.3.1Apa itu Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu system komputer.
Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu system terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat
8 suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda.
Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :
a) Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b) Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c) Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi.
Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri.
Padadasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama.Pada pembahasan ini Mikrokntroler yang digunakan adalah AVR Atmega 328.
9 2.3.2 Pemanfaatan Mikrokontroler
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC,dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industry.
Mikrokontroler juga digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secaara otomatis, seperti system control mesin, romote control, mesin kantor, perlatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga kerja dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat control elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan menggunakan mikrokontroler ini, maka :
System elektronik akan menjadi lebih ringkas
Rancang bangun system elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari system adalah perangkat lunak yang mudah di modifikasi
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena system nya ynag kompak
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang sering kali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekadar menambah jumlah saluran masukan dan keluartan (I/O).
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputerkarena mikrokontroler adalah mengandung beberapa peripheral yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port parallel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), mkonversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan system minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan system minimum. Untuk membuat system minimal paling tidak dibutuhkan system clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan system clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Untuk merancang sebuah system berbasis mikrokontroler, kita memerlukian beberapa perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu :
10
System minimal mikrokontroler
Software pemrograman dan kompliern serta downloader
Yang di maksud dengan system minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah system minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri 4 bagian, yaitu :
Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri.
Rangkaian reset agar mikrokontroler dqapat menjalankan program mulai dari awal.
Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU.
Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk member sumber daya. [10]
2.3.3 Jenis-jenis Mikrokontroler
Secara teknis hanya ada 2 macam mikrokontroler. Pembagian ini di dasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu, RISC dan CISC serta masing- masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.
RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer.
Instruksi ysng dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer.
Istruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.[10]
2.3.4Komponen Penyusun Mikrokontroler
Mikrokontroler terdiri dari bagian / part seperti yang terlihat dibawah ini.
11 Gambar 2.3 Komponen Penyusun Mikrokontroler
Pada gambar 1 dapat dilihat suatu mikrokontroler standart yang disusun oleh komponen-komponen sebagai berikut:
a. CPU (Central Processing Unit)
CPU ini merupakan pengontrol utama dalam suatu mikrokontroler.
Jangan salah mengartikan CPU ini sebagai „CPU‟ komputer anda dirumah. CPU pada mikrokontroler ada yang berukuran 8 bit ada pula yang berukuran 16 bit. CPU ini akan membaca program yang tersimpan di dalam ROM dan melaksankannya.
b. ROM (Read Only Memory)
ROM merupakan suatu memori (alat untuk mengingat) yang memiliki sifat hanya bisa dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia mikrokontroler, ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler tersebut. Program tersimpan dalam format biner („0‟ atau „1‟). Susunan bilangan biner tersebut bila telah dibaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti sendiri.
c. RAM (Random Access Memory)
Berbeda dengan ROM yang bersifat hanya baca, maka RAM adalah jenis memori yang selain dapat dibaca juga dapat ditulisi berulang- kali. Tentunya ada semacam data yang bisa berubah pada saat mikrontroler tersebut bekerja. Perubahan data tersebut tentunya juga harus disimpan ke dalam memori. Untuk itulah dipakai memori jeniks RAM. Namun RAM tersebut memiliki sifat tidak dapat mempertahankan isinya bila catu daya listrik kepadanya dihilangkan.
12 d. I/O (Input/Output)
Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan terminal I/O (port I/O). Port tersebut disebut sebagai Input/Output karena pada umumnya port tersebut dapat dipakai sebagai masukan atau sebuah keluaran.Sebagai masukan contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus mengawasi sebuah saklar (switch) untuk mendeteksi apakah saklar tersebut ditekan atau tidak.
Sebagai keluaran contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus menyalakan sebuah LED.
e. Komponen Lainnya
Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, lainnya memiliki ADC (Analaog To Digital Converter), dan komponen-komponen lainnya. Pemilihan komponen tambahan yang sesuai dengan tugas kerja mikrokontroler akan sangat membantu perancangan sehingga dapat mempertahankan ukuran yang kecil. Apabila komponen- komponen diatas belum ada padaa suatu mikrokontroler, umumnya komponen tersebut masih dapat ditambahkan pada system mikrokontroler dengan melalui port-portnya.[10]
2.3.5 Cara Kerja Mikrokontroler
Untuk dapat membuat mikrokontroler bekerja, ada banyak hal yang harus dikerjakan. Pertama adalah membuat program. Program yang dibuat harus sesuai dengan jenis mikrokontroler yang digunakan, hal ini karena tiap mikrokontroler memiliki bahasa pemrograman tersendiri yang mungkin tidak kompatibel. Setelah anda membuat program dengan menggunakan editor teks, maka anda harus mengkopilasi program tersebut sesuai dengan tipe mikrokontroler yang dipakai.
Secara sederhana tujuan mengkompilasi adalah untuk merubah dari bahasa manusia (op-code) menjadi bahasa mikrokontroler.
Setelah itu program yang telah dikompilasi ( biasanya dalam format.hex) dimasukkan kedalam ROM dari mikrokontroler tersebut. Ada jenis mikrokontroler yang tidak memiliki ROM internal. Untuk itu andaharus memasukkan kedalam ROM (dalam hal ini dipakai EPROM) menggunakan EPROM programmer. Jika mikrokontroler yang anda gunakan memiliki EPROM
13 memiliki ROM internal, maka dengan menggunakan programmer mikrokontroler, program akan dimasukkan kedalam ROM internalnya. Pada tahap ini anda sudah memiliki mikrokontroler yang dapat berfikir. Setelah memasang kristal/resonator dan catu daya, maka mikrokontroler tersebut akan bekerja sesuai dengan program yang anda berikan.[10]
Gambar 2.4 Tahap-tahap persiapan suatu mikrokontroler
2.4 Mosfet
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon digunakan sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silikon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri dari kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yangrendah.
2.4.1 Jenis- JenisMOS
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon ini yang akan digunakan sebagai
Tulis program pada editor teks
Kompilasi program
tersebut
Masukkah program kedalam mikrokontroler
Mikokontroler ready in action
14 landasan (substrat) penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate).
Selanjutnya transistor ini dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silicon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah.
2.4.2 Bentuk Dasar MOSFET 1. NMOS tipeEnhancement
Struktur transistor NMOS terdiri atas substrat tipe-p dengan daerah source dan drain diberi difusi n+. Diantara daerah source dan drain terdapat suatu daerah sempit dari substrat p yang disebut channel yang ditutupi oleh lapisan tang penghantar (isolator) yang terbuat dari SiO2. Panjang channel disebut Length (L) dan lebarnya disebut Width (W). Gerbang (gate) terbuat dari polisilikon dan ditutup oleh penyekat yang diendapkan.
Struktur transistor NMOS terdiri atas substrat tipe-p dan tipe-n. kedua parameter ini sangat penting untuk mengontrol MOSFET. Parameter yang tidak kalah penting adalah ketebalan lapisan oksida yang menutupi daerah channel (tox). Di atas lapisan insulating tersebut didepositkan polycrystalline silicon (polysilicone) electrode, yang disebut dengan gerbang (gate). struktur fisik NMOSFET tipe enhancement ditunjukkan dalam Gambar
Gambar 2.5 Struktur fisik N-MOSFET tipe Enhancement
15 2. PMOS tipeEnhancement
Struktur transistor PMOS terdiri atas substrat tipe-n dengan daerah source dan drain diberi difusi p+, dan untuk kondisi yang lain adalah sama denganNMOS.
2.5 LCD (Liquid Cristal Display)
LCD adalah salah satu komponen elektronika yang berguna untuk menampilkan suatu data, baik karakter, huruf maupun grafik. Tampilan LCD sudah tersedia dalam bentuk modul yaitu tampilan LCD beserta rangkaian pendukungnya termasuk ROM dan pelengkap lainnya. LCD mempunyai pin data, kontrol catu daya, dan pengatur kontras tampilan. LCD dapat bekerja dengan tegangan sebesar 5 volt yang didapat dari keluaran mikrokontroler, untuk itu biasanya LCD dihubungkan dengan mikrokontroler.
LCD adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD M1632 refurbish karena harganya cukup murah. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.
Berdasarkan jenis tampilan, LCD dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis, yaitu:
1. Segment LCD
LCD ini terbentuk dari beberapa sevent segment Display atau sixteen segment Display, namun ada juga yang menggabungkan keduanya. LCD ini sering dipakai untuk jam digital.
2. Dot Matrix Chararcter LCD
LCD ini berbentuk dari beberapa Dot Matrix Display berukuran 5×7 atau 5×9 yang membentuk sebuah matriks yang lebih besar dengan berbagai kombinasi jumlah baris dan kolom kombinasi ini yang menetukan karakater yang dapat ditampilkan LCD tersebut seperti 2 baris 20 karakter atau 4 baris 20 karakter.
16 3. Graphic LCD
LCD jenis ini masih berkembang saat ini. Resolusi LCD ini bervariasi, diantaranya 128×64, 128×128. Sekarang ini graphic LCD banyak dipakai pada handycam, laptop, telephone seluler, monitor komputer dan lain sebagainya.
Gambar 2.6 LCD 2x16
Mikrokontroller HD44780 buatan hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD memiliki CGROM( character Generator Read only Memory ), CGRAM( character Generator Random Access Memory), dan DDRAM ( display data random access memory ). Driver LCD seperti HD44780 memiliki dus register yang aksesnya diatur menggunakan pin RS berlogika 0, register yang diakses adalah perintah, sedangkan pada saat RS berlogika 1, register yang diakses adalah register data.
Gambar 2.7. Susunan Alamat pada LCD
Alamat awal karakter 00H dan alamat akhir 39H. Jadi, alamat awal di baris kedua dimulai dari 40H. Jika anda ingin meletakkan suatu karakter pada baris ke-2 kolom pertama, maka harus diset pada alamat 40H. Jadi meskipun LCD yang digunakan 2×16 atau 2×40, maka penulisan programnya sama saja. CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter, dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan. Namun, memori akan hilang, brikut tabel pin untuk LCD, perbedaannya dengan LCD standart adalah pada kaki 1 VCC, dan kaki 3 Gnd. Ini kebalikan dengan LCD standar.
17 Tabel 2.2 Pin LCD
No Nama Pin Deskripsi
1 VCC +5V
2 GND 0V
3 VEE Tegangan Kontras LCD
4 RS Register select, 0= input instruksi, 1input Data
5 R/W 1= Read ; 0= write
6 E Enable clock
7 D4 Data bus 4
8 D5 Data bus 5
9 D6 Data bus 6
10 D7 Data bus 7
11 Anode Tegangan positif Backliht 12 Katode Tegangan negatif Backliht
Kaki pin LCD 16×2 memiliki beberapa fungsi dan kegunaan yang sesuai dengan karakteristik sebagai berikut :
1. Pin Data
Pin data dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroller dengan lebar data 8 bit. Pin data ini berguna untuk menampilkam data yang terbaca dari mikrokontroller.
2. Pin RS ( Register Select )
Pin RS berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data perintah. Logika low menunjukkan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukkan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukkan yang masuk adalah data.
3. Pin R/W ( Read Write )
Pin R/W berfungsi sebagai indikator pada LCD jika low tulis data, sedangjan high baca data . Pin R/W juga sering disebut dengan pin perintah.
18 4. Pin E (Enable)
Pin E digunakan untuk membaca data baik masuk atau keluar. Data masukan ataupun keluaran dari mikrokontroller yang akan ditampilkan pada layar LCD 16×2
5. Pin LCD
Berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan ground, sedangkan tegangan catu daya yang dibutuhkan untuk mengaktifkan LCD sebesar 5 volt.
2.5.1 Register Pada LCD
Register yang terdapat di lcd adalah sebagai berikut : 1. IR (Intruction Register)
Digunakan untuk menentukan fungsi yang harus dikerjakan oleh LCD serta pengalamatan DDRAM atau CGRAM.
2. DR (Data Register)
Digunakan sebagai tempat data DDRAM atau CGRAM yang akan ditulis atau dibaca oleh komputer atau sistem minimum. Saat dibaca, DR menyimpan data DDRAM atau CGRAM, setelah itu data alamatnya secara otomatis masuk ke DR.
Pada waktu menulis, cukup lakukan inisialisasi DDRAM atau CGRAM, kemudian untuk selanjutnya data dituliskan ke DDRAM atau CGRAM sejak awal alamat tersebut..
3. BF (Busy Flag)
Digunakan untuk bahwa LCD dalam keadaan siap atau sibuk. Apabila LCD sedang melakukan operasi internal, BF diset menjadi 1, sehingga tidak akan menerima perintah dari luar. Jadi, BF harus dicek apakah telah diriset menjadi 0 ketika akan menulis LCD (memberi data pada LCD). Cara untuk menulis LCD adalah dengan mengeset RS menjadi 0 dan mengeset R/W menjadi 1.
4. AC (Address Counter)
Digunakan untuk menunjukan alamat pada DDRAM atau CGRAM dibaca atau ditulis, maka AC secara otomatis menunjukan alamat berikutnya. Alamat yang disimpan AC dapat dibaca bersamaan dengan BF.
5. DDRAM (Display Data Random Access Memory)
19 Digunakan sebagai tempat penyimpanan data yang sebesar 80 byte atau 80 karakter. AC menunjukan alamat karakter yang sedang ditampilkan.
6. CGROM (Character Generator Read Only Memory)
Pada LCD terdapat ROM untuk menyimpan karakter-karakter ASCII (American Standart Code for Interchage Intruction), sehingga cukup memasukan kode ASCII untuk menampilkanya.
7. CGRAM (Character Generator Random Access Memory)
Sebagai data storage untuk merancang karakter yang dikehendaki. Untuk CGRAM terdapat kode ASCII dari 00h sampai 0Fh, tetapi hanya 8 karakter yang disediakan. Alamat CGRAM hanya 6 bit, 3 bit untuk mengatur tinggi karakter dan 3 bit tinggi menjadi 3 bit rendah DDRAM yang menunjukan karakter, sedangkan 3 bit rendah sebagai posisi data CGRAM untuk membuat tampilan baris dalam dotmatriks 5x7 karakter tersebut, dimulai dari atas. Sehingga karakter untuk kode ASCII 00h sama dengan 09h sampai 07h dengan 0Fh. Dengan demikian untuk perancangan 1 karakter memerlukan penulisan data ke CGRAM samapai 8 kali.
8. Cursor and Blink Control circuit
Merupakan rangkaian yang menghasilkan tampilan kursor dan kondisi blink (berkedap-kedip).
2.5.2 Cara Kerja LCD
Untuk menerima data dari mikrokontroler adalah pin D1-D7 dimana untuk menerima data, pin 5 pada LCD (R/W) harus diberi logika nol dan logika satu untuk menerima data ke mikrokontroller, setiap menerima atau mengirimkan data untuk mengaktifkan LCD diperlukan sinyal E (chip Enable) dalam bentuk perpindahan logika 1 ke logika 0. Sedangkan pin RS (register selector) berguna untuk memilih instruction register(IR) atau data register (DR). Jika nilai RS 1 dan R/W1 maka akan dilakukan operasi penulisan data ke DDRAM atau CGRAM.
Sedangkan jika RS berlogika 1 dan berlogika R/W 1 maka akan memaca data dari DDRAM atau CGRAM ke register DR. Karakter yang ditampilkan ke display disimpan di memori DDRAM.
20 BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Rangkaian
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
3.1.1 Fungsi Tiap Blok
1. Blok Power Supply : Sebagai sumber tegangan rangkaian.
2. Blok Sensor CO : Sebagai pendeteksi gas CO.
3. Blok Mikrokontoler : Sebagai otak dan pengontrol pada sistem elektronika
4. Blok LCD : Sebagai penampil kadar ppm (parts per million) didalam ruangan
5. Blok Driver Mosfet : Sebagai pengambil keputusan keluaran 6. Exhaust Fan : Sebagai keluaran/output dari rangkaian
Power Supply
Mikrokontroler ATMega 328 MQ-7
Sensor CO
MQ-7 Sensor CO
LCD
Driver Mosfet Exhaust Fan
21 3.2 Perancangan Rangkaian alat
Perancangan alat merupakan rangkaian dari prototipe alat pengendali kecepatan exhaust fan yang digunakan untuk mengimplementasikan alat tersebut nantinya, perancangan tersebut dibuat untuk memudahkan proses pengerjaan alat yang akan dibuat. Dan dari perancangan tersebut kita bisa tahu apa saja peralatan dan komponen yang dibutuhkan.
Gambar 3.2 Rangkaian Alat
3.3 Perancangan Rangkaian Regulator
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupply tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Rangakaian PSA (power supply adaptor) ini terdiri dari satu keluaran, yaitu 5 volt. Keluaran 5 volt digunakan untuk supply tegangan ke rangkaian mikrokontroler AVR Atmega 328.
22
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator
3.4 Perancangan Rangkaian mikrokrokontroller
Mikrokontroler ATMega328 merupakan mikrokontroler CMOS 8 bit memiliki 28 pin berdaya rendah berbasis AVR yang menggunakan arsitektur RISC. RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computing atau terjemahan bebasnya kumpulan set instruksi komputasi yang disederhanakan, berarti hanya memiliki sedikit perintah atau instruksi. Berbeda dengan prosesor berbasis CISC (Complex Instruction Set Computing) seperti prosesor Intel yang digunakan pada perangkat komputer desktop ataupun laptop.
Dengan jumlah instruksi yang lebih sedikit, kemampuan pengolahan instruksi mikrokontroler ATMega328 menjadi lebih cepat dikarenakan desain IC lebih sederhana. Dengan clock 1 Mhz, ATMega328 dapat mengolah instruksi hingga 1MIPS (Million Instruction Per Second). Jika terapkan clock maksimum hingga 20 MHz maka mikrokontroler ini mampu mengolah instruksi hingga 20 MIPS. Lebih dari cukup untuk sebuah mikrokontroler 8 bit. Adapun rincian dan fungsi dari susunan pin ATMega328P adalah sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.
2. GND merupakan pin Ground.
3. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan dengan masing-masing port memiliki fungsi khusus.
4. Port C (PC0 – PC6) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan dengan masing-masing port memiliki fungsi khusus.
23 5. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan dengan masing-masing port memiliki fungsi khusus.
6. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengatur ulang mikrokontroler.
7. XTAL1 dan XTAL2, merupakan pin masukan external clock.
8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC (Analog-Digital Converter).
9. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC.
Gambar 3.4 Rangkaian Mikrokontroler
24 3.5 Perancangan Rangkaian Fan
Pulse-Width Modulation atau yang disebut PWM adalah teknik untuk mengontrol daya pada perangkat elektrik dengan sinyal daya listrik yang dimodulasikan berdasarkan load. Pada motherboard, PWM menyesuaikan dengan load CPU. Pada fan, PWM digunakan sebagai trigger untuk setting kecepatan fan sesuai dengan kebutuhan dan load penggunaan. Fan terhubung pada port B2 mikrokontroler.
Gambar 3.5 Rangkaian Fan
3.6 Perancangan Rangkaian buzzer
Pada alat ini buzzer berfungsi untuk indikator bunyi atau penanda apabila Kadar CO melebihi batas pada ruangan. Buzzer terhubung pada port B5 mikrokontroler. Pada dasarnya, buzzer di hubungkan ke tegangan Vcc 5 Volt (dengan batasan arus oleh resistor 47 ohm), karena adanya transistor, maka buzzer mendapatkan arus atau tidaknya tergantung dari kondisi transistor saat itu,
25 jika transistor ON ( karena adanya arus low pada basis, dengan pemberian logika
„0‟), maka buzzer mendapat tegangan Vcc, namun sebaliknya jika transistor OFF (karena adanya arus high pada basis, dengan pemberian logika „1‟), maka buzzer juga OFF.
Gambar 3.6 Rangkaian Buzzer
3.7 Perancangan Rangkaian LCD
LCD (Liquid Crystal Display)adalah suatu jenis media tampilan yang mengubah kristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat memunculkan tulisan karena terdapat banyak pixel yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri.Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah sebuah lampu nenon di bagian belakang susunan kristal cair tersebut.
26 Gambar 3.7 Rangkaian LCD
3.8 Perancangan Rangkaian sensor CO
Sensor MQ-7 memiliki tiga buah pin yakni diantaranya VCC, GND dan Data. Pin data dari sensor tersebut terhubung dengan Pin A8 pada Arduino Mega2560. Dimana Pin A8 adalah port ADC dari Arduino yang akan dikonversi dengan antarmuka ADC.
Gambar 3.8 Rangkaian sensor CO
27 3.9 Rangkaian lengkap
Gambar 3.9 Rangkaian Keseluruhan Alat
28 3.10 Flowchart
Gambar 3.10 Flowchart SELESAI Tampilan LCD
Kecepatan kipas
= PWM
PWM = -1
If kadar co > PPM
Baca Kadar CO
MULAI
PWM = +1
Innisialisasi
29 BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler
Tujuan pengujan mikrokontroller yaitu untuk mengetahui kondisi mokrokontroler dalam keadaan baik atau tidak menggunakan software PROGISP.
Pengujian dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan cara read signature dan memprogram langsung. Untuk menguji dengan readsignature yaitu hanya dengan mengklik read (RD) maka status mikrokontroler akan muncul dibawah seperti gambar dibawah ini.
Gambar 4.1 Pengujian mikrokontroler atmega328P
30 4.2 Pengujian Rangkaian Regulator
Voltage regulator IC adalah IC yang digunakan untuk mengatur tegangan IC 7805 adalah Regulator 5V, voltage yang membatasi output tegangan 5V dan menarik 5V diatur power supply. Pengujian rangkaian regulator ini biasanya menggunakan volt meter, rangkaian IC 7805 ini akan mengeluarkan tegangan 5 volt dengan inputan 12 volt.
Tabel 4.1 Pengujian regulator
Vin Vout
12 (Teori) 5 (Teori)
12.40 (Praktek) 04.99 (Praktek)
Gambar 4.2 Input regulator
Gambar 4.3 output regulator
31 4.3 Pengujian Rangkaian LCD
Pengujian LCD menggunakan sebagai alat untuk memerintahkan LCD menampilkan beberapa karakter
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 6, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
n lcd.begin(16, 2);
lcd.print("hello, world!");
}
void loop() {
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(millis() / 1000);
}
Gambar 4.4 Tampilan LCD
32 4.4 Pengujian Rangkaian buzzer
Pengujian buzzer ini dilakukan dengan cara memprogram mikrokontroler yang telah dirangkai dengan buzzer. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui rangkaian buzzer telah dirancang dengan baik
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); //buzzer aktif delay(1000);
digitalWrite(13, LOW); //buzzer non aktif delay(1000);
}
Tabel 4.2 Pengujian buzzer
No OUTPUT PIN Status
1 0.012 Buzzer Non Aktif
2 4.354 Buzzer Aktif
4.5 Pengujian Rangkaian sensor CO
Pengujian MQ-7 ini dilakukan dengan cara memprogram mikrokontroler yang telah dirangkai dengan MQ-7. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui rangkaian buzzer telah dirancang dengan baik
void setup() { s Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0);
Serial.println(sensorValue);
delay(1);
}
33 Gambar 4.5 sebelum terdeteksi CO
Gambar 4.6 setelah terdeteksi CO
34 4.6 Kalibrasi Sensor
Kalibrasi ini bertujuan mengetahui Selisih hasil dari perbandigan alat standar dan sensor MQ7 untuk medapatkan % ralat dimana
y = -3E-06x3 + 0,0218x2 - 49,012x + 35811 y = 1,7449x - 3490,7
Berikut ini bagaimana cara untuk mendapatkan nilai hasil, selisih dan % ralat Hasil y = 1,7449x - 3490,7
y = (1,7449 * PPM sensor ) – 3490,7 Selisih = Hasil – ppm standar
% ralat = (Selisih/ppm standar) *100
Tabel 4.3 Sebelum Kalibrasi Sensor
No Alat Standar Sensor MQ 7
1 15 1856
2 20 1883
3 25 1898
4 30 1923
5 35 1941
6 50 1975
7 100 2044
8 150 2083
9 200 2118
10 250 2148
11 300 2177
12 350 2206
13 400 2235
14 450 2261
15 500 2290
16 550 2318
17 600 2347
18 650 2372
19 700 2400
20 750 2427
21 800 2454
22 850 2483
23 900 2514
24 950 2547
25 980 2564
35 Tabel 4.4 Setelah Kalibrasi Sensor
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Ppm Standar Dan Ppm Sensor Mq7
y = 1.747x - 3495.3
0 200 400 600 800 1000 1200
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Alat Standar Sensor MQ 7 Hasil selisih %ralat
100 2044 75,9 -24,1 -24,1
150 2083 143,9 -6,1 -4,0
200 2118 205,0 5,0 2,5
250 2148 257,3 7,3 2,9
300 2177 307,9 7,9 2,6
350 2206 358,5 8,5 2,4
400 2235 409,2 9,2 2,3
450 2261 454,5 4,5 1,0
500 2290 505,1 5,1 1,0
550 2318 554,0 4,0 0,7
600 2347 604,6 4,6 0,8
650 2372 648,2 -1,8 -0,3
700 2400 697,1 -2,9 -0,4
750 2427 744,2 -5,8 -0,8
800 2454 791,3 -8,7 -1,1
850 2483 841,9 -8,1 -1,0
900 2514 896,0 -4,0 -0,4
950 2547 953,6 3,6 0,4
36 4.6. 1 Kalibrasi Tegangan Sensor MQ7A
y = 1,7517x - 3506,8 Hasil y = 1,7517x - 3506,8
y = (1,7517 * PPM sensor ) – 3506,8 Selisih = Hasil – ppm standar
% ralat = (Selisih/ppm standar) *100
Tabel 4.5 Tegangan Sensor MQA setelah kalibrasi
nilai standar tegangan sensor mqA hsl plot selisih %ralat
0 2000 -4,80 -4,80 #DIV/0!
50 2026 40,73 -9,27 -18,55
100 2055 91,50 -8,50 -8,50
150 2083 140,53 -9,47 -6,31
200 2118 201,82 1,82 0,91
250 2148 254,35 4,35 1,74
300 2177 305,13 5,13 1,71
350 2206 355,91 5,91 1,69
400 2235 406,68 6,68 1,67
450 2261 452,21 2,21 0,49
500 2290 502,99 2,99 0,60
550 2318 552,02 2,02 0,37
600 2347 602,80 2,80 0,47
650 2372 646,57 -3,43 -0,53
700 2400 695,60 -4,40 -0,63
750 2427 742,88 -7,12 -0,95
800 2454 790,15 -9,85 -1,23
850 2483 840,93 -9,07 -1,07
900 2514 895,21 -4,79 -0,53
950 2547 953,00 3,00 0,32
1000 2577 1004,65 4,65 0,47
37 Gambar 4.8 Grafik Tegangan Sensor Mq7a
Tabel 4.6 Tegangan Sensor Mq7 B setelah kalibrasi Nilai std tegangan sensor
mqB hsl plot selisih %ralat
0 1357 9,5 9,5 #DIV/0!
50 1378 58,9 8,9 17,73
100 1402 117,7 17,7 17,68
150 1423 169,1 19,1 12,76
200 1443 218,2 18,2 9,08
250 1459 257,4 7,4 2,95
300 1477 301,5 1,5 0,49
350 1493 340,7 -9,3 -2,66
400 1511 384,8 -15,2 -3,80
450 1528 426,5 -23,5 -5,23
500 1549 477,9 -22,1 -4,41
550 1569 526,9 -23,1 -4,19
600 1590 578,4 -21,6 -3,60
650 1610 627,4 -22,6 -3,47
700 1630 676,4 -23,6 -3,37
750 1654 735,3 -14,7 -1,97
800 1678 794,1 -5,9 -0,74
850 1703 855,3 5,3 0,63
900 1730 921,5 21,5 2,39
950 1753 977,9 27,9 2,93
1000 1776 1034,2 34,2 3,42
y = 1.7517x - 3506.8
-200 0 200 400 600 800 1000 1200
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
tegangan sensor mqA
38 Gambar 4.9 Grafik tegangan sensor mq7B
4.7 Pengujian Rangkaian Exhaust Fan
Pengujian FAN ini dilakukan dengan cara memprogram mikrokontroler yang telah dirangkai dengan FAN. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui rangkaian buzzer telah dirancang dengan baik
#define out 10 void setup() {
pinMode(out,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
for(int x = 0; x < 256; x++){
analogWrite(out,x);
delay(50);
Serial.println(x);
} }
y = 2.4436x - 3306.5
0 200 400 600 800 1000 1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
39 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Exhaust Fan
No Nilai PWM Vout (Volt) Kecepatan putaran kipas (%)
1 50 3.3 20
2 100 5.7 40
3 150 7.7 60
4 200 10.1 80
5 250 12.1 100
4.8 Pengujian Rangkaian Keseluruhan alat(software)
Pengujian alat ini dilakukan dengan cara memprogram mikrokontroler yang telah dirangkai dengan komponen komponen alat. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah alat telah dirancang dengan baik dan bisa digunakan.
#include <LiquidCrystal.h>
#define sensor1 A0
#define sensor2 A1
#define kipas 10
#define minmm 100
#define maxmm 1000
#define buzzer 13
const int numReadings = 10;
float pembagi=float (numReadings/1.0);
int total = 0,total1 = 0;
int temp_asap1,temp_asap2;
float MQ7a,MQ7b,vMQ7a,vMQ7b,ppmMQ7a,ppmMQ7b,rerata;
const int rs = 8, en = 6 , d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
40 LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
int nilai;
void setup() { lcd.begin(16, 2);
Serial.begin(9600);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" MARLON ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("EKSTENSI FISIKA ");
delay(3000);
lcd.clear();
}
void loop() {
temp_asap1=0;temp_asap2=0;
for (int x=0;x<pembagi;x++){
int cekAsap1 = analogRead(sensor1);delay(5);
int cekAsap2 = analogRead(sensor2);delay(5);
temp_asap1+=cekAsap1;
temp_asap2+=cekAsap2;
}
MQ7a = float (temp_asap1 / pembagi);
if (MQ7a<0) MQ7a=0;
MQ7b = float (temp_asap2 / pembagi);
if (MQ7b<0) MQ7b=0;
vMQ7a = float (MQ7a*4.8875);
41 vMQ7b = float (MQ7b*4.8875);
ppmMQ7a = ((1.7517*vMQ7a) - 3506.8)*0.8; //y = 1,7517x - 3506,8 ppmMQ7b = ((2.4436*vMQ7b)-3306.5)*0.5; //y = 2,4436x - 3306,5 //Serial.print("vMQ7a: ");Serial.print(vMQ7a,0);
//Serial.print("|| vMQ7B: ");Serial.print(vMQ7b,0);
//Serial.print("|| ppmMQ7A: ");Serial.print(ppmMQ7a,0);
//Serial.print("|| ppmMQ7B: ");Serial.print(ppmMQ7b,0);
rerata=(ppmMQ7a+ppmMQ7b)/2.0;
//Serial.print("|| rerata: ");Serial.println(rerata);
if (ppmMQ7a<0) ppmMQ7a=0;
if (ppmMQ7b<0) ppmMQ7b=0;
nilai=map(rerata, 0, 1000, 0, 255); //kecepatan mulai 300 - 1000 ppm if (nilai>255) nilai=255;
if (nilai<0) nilai=0;
if (rerata>minmm){
digitalWrite(buzzer,HIGH);delay(200);
digitalWrite(buzzer,LOW);delay(10);
analogWrite(kipas, nilai);
}
else analogWrite(kipas, 0);
//Serial.print(" ");
Serial.println(nilai);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("MQ7A: ");
42 lcd.print(ppmMQ7a,0);
lcd.print(" ppm ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("MQ7B: ");
lcd.print(ppmMQ7b,0);
lcd.print(" ppm ");
delay(200);
