IMPLEMENTASI DAN EVALUASI
4.1. Spesifikasi Sistem 4.1.1. Modul Mikrokontroler
Pada sistem ini menggunakan Arduino Uno R3. Arduino Uno R3 adalah modul mikrokontroler yang menggunakan ATmega328, modul ini dapat diaktifkan dan diprogram cukup dengan menghubungkan usb pada port arduino ke komputer. Arduino ini beroperasi pada tegangan external 6-20 volt, jika diberikan tegangan kurang dari 7 volt maka arduino ini akan menjadi tidak stabil dan jika lebih dari 12 volt maka regulator voltage pada arduino akan menjadi panas dan bisa merusak board, sehingga batas tegangan yang dipakai pada arduino ini adalah 7-12 volt.
Arduino menggunakan ATmega238 yang memiliki memori sebesar 32KB, 0,5kb dari memori tersebut digunakan untuk bootloader dan juga memiliki memori 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM.
Input dan output dari arduino memiliki 14 pin digital yang dapat digunakan dengan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Setiap pin dapat memberikan atau menerima 40mA dan sudah memiliki internal resistor pull-up dari 20-50 kOhm
spesifikasi dari Arduino Uno :
Input Voltage (disarankan) 7-12V Input Voltage (batas) 6-20V Digital I / O 14 pin
(6 pin memberikan output PWM) Analog Input 6 pin
DC Current per I / O 40 mA DC Current for 3.3V 50 mA Flash Memory 32 KB (ATmega328) 0,5 KB
(digunakan oleh bootloader) SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Clock Speed 16 MHz
4.1.1.1. ATmega328
ATmega328 adalah mikrokontroler buatan atmel yang memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang memiliki proses eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).
Spesifikasi ATmega328 :
• Hampir 130 macam instruksi dapat dieksekusi dalam 1 siklus clock.
• 32 x 8-bit register serba guna.
• Kecepatan mencapai 16MIPS dengan clock 16Mhz
• Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent, karena EEPROM dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
• Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB
• Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin, dan 6 pin diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
• Master / Slave SPI Serial interface.
4.1.2. Sensor Gas
Sensor MQ6 adalah sensor gas analog, yang dapat mendeteksi gas LPG (Liquid Petroleum Gas) yang kandungan didalamnya meliputi butana dan propana. Sensor gas MQ6 ini juga dapat mendeteksi kadar zat alkohol dan asap rokok, namun sensitifitas yang dihasilkan sangat kecil. Modul sensor ini juga dilengkapi dengan potensiometer untuk mengatur sensitifitasnya. Sensor gas MQ6 biasanya digunakan dalam perlengkapan untuk mendeteksi kebocoran gas dalam rumah tangga dan industri.
Struktur dari sensor MQ6 disusun oleh mikro AL2O3 tabung keramik, Tin Dioksida (Sn02) lapisan sensitif, elektroda pengukuran dan pemanas. Lapisan paling luar terbuat oleh plastik dan stainless steel. Pemanas yang menyebabkan sebuah kondisi sensor untuk bekerja, yang membuat sensor tersebut menjadi komponen yang sensitif. Dan dapat digunakan pada standard ruang dapur dengan luas 3x3 m atau lebih.
Power yang dibutuhkan : 5V Interface : Analog
Pin : 1-Output 2-GND 3-VCC
Sensitifitas tinggi untuk LPG, iso-butana, propana Sensitifitas kecil untuk alcohol, smoke
Respon cepat
Stabil dan tahan lama Rangkaian sederhana Size: 40x20mm
Kondisi Standar Bekerja
Tegangan Sirkuit(Vc) : 5V ± 0.1 AC atau DC Tegangan Pemanasan(Vh) : 5V ± 0.1 AC atau DC Resistansi Load(PL) : 20kΩ
Konsumsi Pemanasan(Ph) : kurang dari 750mw
Kondisi Lingkungan
Suhu Penggunaan : -10℃ hingga 50℃ Suhu Penyimpanan : -20℃ hingga 70℃ Kelembapan Terkait : Kurang dari 95% Rh
Konsentrasi Oksigen : 21%(Kondisi Standar) konsentrasi oksigen dapat mempengaruhi sensitivitas
Karakteristik Sensitivitas
Kondisi Standar Deteksi : Temp: 20℃±2℃ Vc:5V±0.1 Humidity: 65%±5% Vh: 5V±0.1
Jangkauan Deteksi : 200-10000ppm LPG , iso-butane,propane,LNG
Gambar 4.0 Rangkaian Sensor MQ6
http://www.electrodragon.com/w/index.php?title=MQ_series
Untuk mengkalibrasi sensor MQ6 juga digunakan sensor gas jadi yang telah dibeli dengan merk jikimi VTD-2005, sensor gas jikimi memiliki tipe Single circuit, Immediate Alarm, Combustible Catalytic. Dan memiliki spesifikasi dibawah ini :
• Deteksi Gas : Natural Gas, LP Propane, Butane
• Range pengukuran : 0~100%LEL
• Alarm Setting : 20%LEL
• Waktu Respon : dibawah waktu 20 detik dari pendeteksian
• Temperatur : -20℃ to 40℃ RH95%
• Konsumsi Daya : 1.5W, Normal
• Visual Alarm : Yellow lamp&Buzzer
• Alarm Signal : Normal:DC2V, Alarm:DC10V
• Audible Alarm : 75dB at 1m
• Dimensions(mm) : 70(W)×120(H)×38(D)
• Weight : 224g
4.1.3. Modem RF 433Mhz
Modem RF yang digunakan disini adalah 2 buah modul yang terbagi antara modul Transmitter dan Receiver, yang dapat mengirim dan menerima data secara nirkabel yang beroperasi pada frekuensi 433Mhz. Modul ini bekerja dengan UART TTL. Modem RF ini biasanya digunakan untuk remote control. Kekuatan transmisi tergantung dengan tegangan masukan, yaitu dengan tegangan masukan yang tinggi maka kekuatan transmisi dan receiver juga akan lebih baik serta lebih jauh.
Modem RF ini dapat diatur baud ratenya, dengan rentang yang diterima dengan sepasang perangkat ini. Cara kerjanya adalah mengirim byte dari pemancar sehingga mengirim data ke penerima. Seperti seolah-olah memiliki koneksi serial kabel, namun tanpa kabel.
Spesifikasi :
- Frekuensi: 433Mhz. - Berat : 5g
- Modulasi: ASK
- Penerima data Output: Tinggi -0.5Vcc, Low - 0.7V
Gambar 4.1 Skema Modem RF 433Mhz http://www.seeedstudio.com/wiki/433Mhz_RF_link_kit
Konfigurasi pin : Transmitter :
• Data : terhubung dengan mikrokontroler, untuk memberikan data out.
• GND : sebagai grounding dari modul transmitter.
• VCC : untuk menerima tegangan input sebesar 5v, berguna untuk memberikan power kepada modul transmitter.
Receiver :
• Data : terhubung dengan mikrokontroler, untuk membaca data yang diterima dari receiver.
• GND : sebagai grounding dari modul receiver.
4.2. Daftar Komponen dan Modul
Daftar komponen dan modul yang digunakan pada sistem ini dapat dilihat pada tabel 4.0
Tabel 4.0 Daftar komponen dan modul Nama komponen / modul Tipe Jumlah Modul Mikrokontroler Arduino Uno R3 3 pcs
Modul Sensor gas
Kabel Jumper
Kabel jumper 3 pin female
4.3. Implementasi
4.3.1. Prosedur Pemasangan
Gambar 4.2. Topologi Sistem
Dapat dilihat pada sistem diatas, 2 perangkat modul arduino yang terhubung dengan sensor gas MQ6 dan modem RF Transmitter. Dan pada kedua arduino tersebut masing-masing memiliki ID untuk mendeteksi alamat pada modul arduino.
Gambar 4.3. Pemasangan Port pada Arduino
Penjelasan dan pemasangan port pada arduino :
• Power Input : Digunakan untuk menghubungkan adapter dari baterai atau listrik, untuk memberikan tegangan input kepada board arduino.
• Input USB : Digunakan untuk menghubungkan usb serial 4 pin dari arduino ke komputer, berfungsi untuk membaca data serial dari arduino dan sekaligus sebagai input power untuk arduino.
• 5v : Digunakan untuk memberikan tegangan input pada modul sensor gas dan modul modem RF transmitter / receiver.
• Ground : Sebagai grounding pada untuk modul sensor gas dan modem RF transmitter / receiver.
• Digital pin 7 : Untuk menghubungkan dengan modul modem RF transmitter / receiver, digunakan untuk mengirim dan menerima data pada masing-masing modem RF. Dengan menghubungkan data out pada setiap modem RF ke digital pin 7.
4.3.2. Prosedur Pengoperasian
Dibawah ini adalah prosedur pengoperasian sistem :
1. Mengaktifkan modul transmitter dan modul receiver, modul transmitter dapat terhubung dengan baterai atau listrik. Modul receiver terhubung dengan komputer.
2. Menghubungkan modul receiver dengan komputer dengan kabel serial usb 4 pin, untuk membaca serial monitor yang akan diterima.
3. Menginstall program Gas Leak Monitor pada komputer. Isi pada 1 folder dengan Gas Leak Monitor.exe, QtCore4.dll, QtGui4.dll. Dan jalankan file .exe untuk memulai mendeteksi kebocoran gas LPG.
4. Jika di salah satu ruangan terdeteksi gas, pada Gas Leak Monitor akan memberi informasi dengan menampilkan warning dengan warna merah pada ruangan tersebut.
4.4. Tahapan Pengujian
4.4.1. Mengkalibrasi Sensor Gas
Pada tahap pengujian ini dilakukan untuk mencari nilai akurasi dan presisi pada sensor gas. Untuk mengecek keakuratannya, telah disiapkan sensor gas yang yang sudah jadi dengan merk Jikimi, di kalibrasi dengan sensor gas MQ6. Kedua pengujian tersebut dilakukan tes dengan memembocorkan gas dari korek api gas pada kotak ukuran 5 x 10 cm. Tabel 4.1 Hasil uji kalibrasi sensor gas
Waktu Sensor Gas
Jikimi (VTD-2005)
Sensor MQ 6 Tegangan Output
4s 1 982 4,794 volt Bahaya
5s 1 982 4,794 volt Bahaya
Pada tabel diatas, didapatkan hasil dari sensor gas Jikimi dan sensor MQ6, pada waktu 0s, korek api gas belum dinyalakan. Dengan kondisi sensor gas Jikimi tidak nyala dan sensor MQ6 menunjukkan nilai 221 yang artinya keadaan masih aman.
Pada waktu korek api gas sudah dinyalakan pada detik pertama, sensor gas Jikimi langsung aktif dengan alarm yang berbunyi, dan sensor MQ6 menunjukkan nilai 950. Pada kondisi ini terlihat korek api gas sudah nyala dan dapat dinyatakan ada kebocoran gas. Pada waktu 0s – 5s sensor MQ6 menunjukan nilai stabil diantara 980, yaitu nilai yang dapat dikatakan gas sedang bocor dan belum berhenti.
4.4.2. Pengujian Jarak yang dapat dicapai oleh Modem RF 4.4.2.1. Pengujian pada ruang terbuka
Tabel 4.2 Hasil uji jarak modem RF pada ruang terbuka
Waktu Jarak Data yang diterima Kondisi
10s 0m 10x Good
10s 6m 10x Good 10s 9m 10x Good 10s 12m 10x Good 10s 15m 10x Good 10s 18m 10x Good 10s 21m 8x Bad 10s 23m 5x Bad 10s 26m 0x Bad
Pada tahap pengujian dilakukan untuk mengetahui jarak terjauh yang didapatkan oleh modem RF yang digunakan pada sensor gas. Pengujian awal ini dilakukan pada ruang terbuka yang tidak terhalang oleh apapun.
Cara pengambilan data diatas, yaitu mengirim data setiap detik untuk satu data dan dikirim sebanyak sepuluh kali. Terlihat pada jarak 0 meter, data yang diterima utuh yaitu kesepuluh datanya diterima semua, pada kondisi ini dapat dikatakan sinyal yang didapat masih kuat dan baik.
4.4.2.2. Pengujian pada ruang tertutup
Tabel 4.3 Hasil uji jarak modem RF pada ruang tertutup
Waktu Jarak Data yang diterima Kondisi
10s 0m 10x Good
10s 3m 10x Good
10s 6m 8x Bad
10s 9m 5x Bad
10s 12m 0x Bad
Pada pengujian jarak modem RF yang kedua ini dilakukan pada kondisi ruang tertutup. Dengan kondisi penghalang seperti pintu berbahan kayu dan tembok beton.
4.4.3. Mencari Delay sensor minimum Tabel 4.4 Delay sensor minimum
Pada tahap ini dilakukan untuk menentukan delay sensor yang dibutuhkan. Delay sensor yang digunakan harus seminimal mungkin, guna untuk mendapatkan hasil secara real time.
Untuk tahap awal, dilakukan pencarian data dari kecepatan data yang dikeluarkan oleh sensor MQ6, sehingga didapatkan hasil yaitu 22 ms. Selanjutnya tinggal menentukan delay sensor yang diinginkan dan dipastikan harus diatas 22 ms.
Delay sensor pertama, ditentukan dengan nilai interval antara angka 3 sampai 15 dan dikalikan dengan bilangan prima dengan angka 13. Sehingga didapatkan 13 data untuk dijadikan random delay.
Delay sensor kedua, ditentukan dengan interval antara angka 4 sampai 16 dan dikalikan dengan bilangan prima angka 17. Digunakan bilangan prima, karena agar perkalian yang didapatkan dari kedua delay sensor tersebut tidak ada yang sama.
4.4.4. Keadaan Gas Minimum sampai Maksimum
Gambar 4.8 Keadaan gas minimum sampai maksimum
Pada grafik diatas, terlihat data yang didapatkan dari sensor MQ6 stabil diantara nilai 200 sampai detik ke 21. Pada kondisi ini dinyatakan sedang tidak terdapat gas yang bocor. Pada saat gas bocor, di detik ke 22 langsung meningkat nilainya secara signifikan dan didapatkan nilai stabil pada nilai 900. Sehingga pada nilai 900 dapat dinyatakan sedang terjadi kebocoran gas.
4.4.5. Evaluasi Sistem
4.5.1. Kelebihan
Menurut hasil percobaan dan pengujian sistem ini memiliki beberapa kelebihan, yaitu :
• Alat ini dapat mendeteksi gas dengan waktu respon kurang dari 1 detik dan mendekati real time.
• Sensor gas MQ6 yang digunakan memiliki tingkat keakuratan yang terlah dikalibrasi dengan sensor gas Jikimi.
• Modul sensor gas dapat ditambahkan jumlahnya lebih banyak untuk penambahan ruangan dan tetap menggunakan satu receiver.
• Data yang didapat sensor gas stabil sesuai dengan kondisi sedang terdapat kebocoran gas / tidak terjadi kebocoran.
4.5.2. Kekurangan
Menurut hasil percobaan dan pengujian sistem ini memiliki beberapa kekurangan, yaitu :
• Jarak yang dapat dicapai dari modem RF tidak dapat terlalu jauh.
