Fakultas Ilmu Komputer
8488
Implementasi Low Power Mode Pada Pendeteksi Kebocoran Gas Dengan
Atmega328P Berbasis NRF24L01
Ahmad Fikri Marzuqi1, Sabriansyah Rizqika Akbar2, Rakhmadhany Primananda3
Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email: 1ahmad.af0877@gmail.com, 2sabrian@ub.ac.id, 3rakhmadhany@ub.ac.id
Abstraki
LPG (Liquefied Petroleum Gas) merupakan bahanAbakarSalternatif sebagai penggantiDminyakStanah dan bensin. BahanHbakar berbentuk gas tersebut memiliki sifat mudah meledak yang disebabkan karena kebocoran gas, sehingga perancangan sistem untuk mendeteksi kebocoran gas sangat dibutuhkan guna meminimalisir terjadinya kebakaran yang diakibatkan kebocoran gas. Perangkat yang digunakan menggunakan kinerja low power dengan atmega berbasis NRF24L01. Penggunaan kinerja low power dengan mikrokontroler atmega328p pada transmitter node dimaksutkan untuk menghemat daya agar bertahan lama, dan wireless sensor network berbasis NRF24L01 untuk mengurangi banyaknya instalasi kabel yang rumit. Metode perancangannya terdiri dari 3 node sensor sebagai transmitter dan 1 receiver sensor node kemudian akan dihubungkan pada personal komputer. Dari hasil pengujian disimpulkan bahwa sistem dapat bekerja sesuai prinsipnya. Node transmitter dapatAmendeteksiAadanyaDgas, mematikancbeberapacfiturvdarivmode sleepsyangsditerapkan dan membangunkanssistemsyang berasal daridexternalginterrupt kemudian data dikirimkan secara wireless. Hasil yang didapatkan ketika sleep mode nilai rata-rata arus yang didapat kan 137,84mA dan ketika kondisi normal mode nilai rata-rata arus yang didapatkan 157,25mA. Penurunan konsumsi kebutuhan arus berkisar total secara keseluruhan sebesar 20,59mA.
Kata kunci: LPG (Liquefied Petroleum Gas), Kebocoran Gas, low power, Wireless Sensor Network (WSN), NRF24L01
Abstract
LPG (Liquefied Petroleum Gas) is an alternative fuel for petroleum and gas replacement. Gas fuel could explode because of gas leaks, the design of the system of gas leaks detection, is important for minimizing fire of gas leaks. It uses the low power performance with atmega based NRF24L01 for device. The reason of using low power with atmega328p’s microcontroller on transmitter node is for saving a power consumption, and also using wireless sensor network based NRF24L01 to minimize cable installation. The method consists of 3 node sensors those are transmitter and 1 receiver node sensor, then it will be linked with personal computer. The result of testing was concluded that the system can work as principle. Transmitter node can detected the presence of gas, some features were turned off from sleep node applied and develop system that comes of external interrupt and then data was submitted by wireless. And the result, average current value of sleep mode is 137,84mA and average current value of normal mode is 157,25mA. And the different between sleep mode and normal mode are 20,59mA.
Keywords: LPG (Liquefiel Petroleum Gas), Gas leaks, low power, Wireless Sensor Network (WSN), NRF24L01.
1. PENDAHULUAN
LPG (Liquefiel petroleum gas) adalah bahan bakaraalternatif sebagai pengganti minyak tanah dan bensin.aBahan bakaradengan wujudagas ini memiliki efekayang negatif, apabilaaketika terjadi kebocoran gas, ketika gas menguap diudara bebas maka akan membentuk lapisan,
juga memiliki sifat yang begitu berbahaya karenaamudah terbakar dansmudah meledak, tidak beracun tapi jika menghirup lebih dariA1,000 ppm atau 01% (100%=1.000.000 ppm) akanamenyebabkan rasa kantuk, mimpi lalu bisa menyebabkan meninggal. Gas LPG dapat menyebabkan ledakan pada konsentrasi 1,8% s/d 10% (Soemarsono, et al., 2015).
Wireless Sensor Network merupakan sebuah teknologi nirkabel yang diperlukan untuk keperluan pemantauan kondisi lingkungan sekitar, yang terdiri dari beberapa sensor node yang dapat saling berkomunikasi dan memproses informasi satu sama lain, seperti penelitian yang dilakukan oleh (Nikolic, 2014) dalam menganalisa penggunaan teknik power saving dengan melakukan simulasi pada MATLAB, dan oleh (Sonavane, 2009) yang merancang sensor node dengan low power home network menggunakan algoritma Adaptive Power Control. Dalam implementasi low power akan digunakan mikrokontroller ATMEGA dengan basis NRF24L01, ATMEGA merupakan chipAIC buatanAatmel yang termasukAdalam alf andAvegaard’s risk processorA8 bitt dengan menggunakan komponen RISC yang merupakan arsitektur Ukuran pesan maksimal 256 komputasi modern dengan instruksi dan jenis eksekusi paling sederhana. Sedangkan Modul NRF24L01 sendiri merupakan modul komunikasiAjarak jauhAyang menggunakan frekuensiApita gelombangAradio 2,4-2,5 GHz ISM.
MetodeApenghematan dayaAyang akan diterapkanAadalahAdenganAmenggunakan dan mekanismeAlow power mode yang mana mekanisme terebut berisikan pengkodisian sleep mode power down padaAmikrokontroler ATMega328p. SistemAakan berkerja sesuai denganAprinsip kerjanyaAyang diolahAoleh ATMega328p denganAmetode lowApower tersebut. KerjaAlow power pada perangkat sistem menonaktifkan fungsi ADC pada sensor gas MQ-6 sehingga tidak dapat mengambil nilai kadar gas ketika perangkat melakukan sleep mode. External oscillator yang berfungsi sebagai frekuensi clock dan timer dihentikan untuk sementara selama sistem menjalankan sleep. Data akan dikirimkan ketika tidak dalam keadaan mode sleep secara wireless mengunakan NRF24L01 ke reciver kemudian ditampilkan di personal komputer.
2. PERANCANGANaDAN IMPLEMENTASI
2.1 GambaranaUmumaSistem
Pada tahap ini perancang menjelaskan terkait tahapanAperancangan sensorAnode meliputi perancanganAperangkat keras (hardware) dan perancanganAperangkat lunak (software) agar sistemAtersebut bisa bekerja denganAtepat .Gambar 1 adalah gambaran diagram blok yang telahAdirancang
Gambar 1. Diagramablokasistem
Pada diagram blok diatas adalah sebuah gambaranAumum terkait perancangan sistem yang akan dibuat, jumlah node yang digunakan ada empat node, tiga transmitter sensor node dan satu received sensor node. Terdapat tiga bagian yaitu inputAproses dan output.AMikrokontroller Atmega328papada transmitter digunakan sebagai pemrosesan pengolahan dataAdan menerapkanAprinsip kerjaAlow power dengan fitur power down . Dan penerapan low power mode pada transmitter sensor node.
melakukan proses melakukan pengambilan data dan tidak mendapat desis atau kebocoran gas. Untuk membangunkan yakni hasil data high pada sensorAsuara FC-04 yang digunakan sebagai externalAinterrupt . ketika terjadinya kebocoran gas dari suara desis regulator. Dan ketika terjadi kebocoran gas dari suara gas yang dibocorkan dan transmitter sensor node akan mengirimkan data ke receive sensor node untuk dapat ditampilkan data FC-04 dan MQ-6 melalui serial monitor menggunakan modul FTDI Break-out menuju personal komputer.
2.2 PerancanganAPerangkatAkeras
Pada bagian ini perancangan perangkat keras merupakan dimana bagian dari untuk menggambarkan perangkat atau sebuah tahapan sebuah rancangan dalam membuat sketsa dari beberapaaelemen yang terpisah dijadikan satu dalam sebuah sistem yang utuh dan berfungsi sesuai kinerja yang diinginkan pada penelitian ini menerapkan low power pada atmega328p pada transmitter node dimana terdapat sub sistem input,aproses,adan output. Atmega328p pada sisi transmitter node diterapkan kinerja low power menggunakan fitur mode power down sedang input menggunakan dua buah modul sensor yaitu sensor MQ-6 yang digunakan untuk mendeteksi kadar gas yang berada disekitar dan sensor FC-04 digunakan sebagai mebaca ketika terjadi suara kebocoran gas dan sebagai external interrupt untuk membangunkan sistem ketika kondisi sleep mode dengan logika High. Dan data akan dikirimkan secara wireless menggunakan NRF24L01.
2.3 PerancanganAPerangkat Lunak
Pada bagian perancangan perangkat lunak digunakan sebagai awal pembuatan alur sebuah sistem untuk bekerja sesuai dengan yang di inginkan. Pada perancangan ini dimulai dari awal sampai akhir. Dimana terdapat perancangan bagaimana mendapatkaan nilai kadar gas, perancangan penerapan mekanisme low power menggunakan fitur power down, rancangan bagaimana sensor fc-04 yang digunakan sebagai external interrupt dan rancangan bagaimana proses komunikasi menggunkan NRF24L01 sebagai komunikasi secara wireless ata nirkabel gambar dapat dilihat pada dibawah ini.
Gambar 2. FlowchartTransmitter Node
Gambar 3. FlowchartReceiver Node
2.4 Perancangan Implementasi Sistem Pada bagian implementasi sistem akan dapat dilakukanaapabila proses perancangan sistem telah terpenuhi, Karena perancangan adalah awal tahapan dalam melakukan implementasi sistem. Implementasi sistem pada transmitter sensor node dilakukan sesuai dengan pembahasan perancangan sistem jumlah transmitter sensor node yang digunakan pada penelitian ini berjumlah tiga transmitter sensor node, yang mana rangkaian tersebut terdiri dari mikrokontroler Atmega328p, modul komunikasi nirkabelaNRF24l01,asensor FC-04,asensor MQ-6 dan beberapa komponen yang menunjang rangkaian. Berikut gambar 4 implementasi sistemapada transmitterasensor node.
Gambar 4. ImplementasiaTransmitter Sensor anode
Berbeda dengan receiver node, pada reciver node ini yang tanpa menggunakan modul sensor karena hanya berkerja untuk menerima data dari transmitter node yang akan dihubungkan ke
personal komputer dan akan menampilkan hasil data menggunakan serial monitor .
Gambar 5. Implementasi Receiver Sensor Node
3. PENGUJIANaDANAANALISIS 3.1 Pengujian Sensor MQ-6
pada bagian ini dilakukan pengujian bagaimanakah hasil sensing sensor MQ-6 pada trnasmitter node. Untuk pengambilan data sensoraMQ-6 dengan meletakan sensor MQ-6 pada pin analog pada Atmega328p pada transmitter node. Pin yang digunakan oleh sensor MQ-6 analog output pada pin 23 dimana pin 23 pada atmge328p adalah (ADC0). Nilai satuan yang digunakan dari hasil sensing sensor MQ-6 berupa PPM (part per million) yaitu satuan yang digunakan untuk menghitung satuan konsentrasi pada suatu zat digunakan untuk menunjukkan senyawa larutan tertentu. PPM merupakan standar yang biasa digunakan untuk mengetahui berapa kadar gas yang berada dilingkungan. Tujuannya untuk mengetahui hasil sensor ketika melakukan sensing data berupa kadar gas yang berada pada udara di lingkungan sekitar sensor MQ-6. Dari hasi data sensor MQ-6 dapat dihasilkan bagaimana sensifitas sensor dalam melakukan pembacaan sensor gas yang berada dilingkungan sekitar sensor. Berikut ini hasil pengujian bisa dilihat padaatabel dibawahaini.
Tabel 3.1 Hasil pengujian sensor MQ-6
Kondisi
Node 1 MQ-6 (PPM)
Node 2 MQ-6 (PPM)
Node 3 MQ-6 (PPM)
Ketika tombol gas
belum ditekan
atau dibocorkan
230 258 225
233 287 243
Tombol
Setelah mendapatkan hasil proses pengujian, ketika tombol gas belum dibocorkan maka keluaran PPM sensor MQ-6 adalah berada disekitar 200 PPM ketika gas belum ditekan dan belum ada gas yang dibocorkan, karena resistansi sensor pada LPG diudara bersih 1000 PPM dan jangkauan deteksi sensor MQ-6 200-10000 PPM. Ketika gas ditekan dan gas mulai dibocorkan PPM akan naik sesuai banyaknya gas yang berada disekitar sensor. Setelah gas dilepaskan kembali dan tidak terjadi kebocoran dan hanya ada gas terurai sensor akan mendeteksi dan kadar PPM akan turun sesuai kadar yang berada disekitar sensor.
3.2 Pengujian Sensor Suara Fc-04
Pada bagian ini akan menguji bagaimanakah hasil sensor FC-04 pada transmitter node. Pin yang digunakan pada modulasensorAFC-04 menggunakan pin D0 (DigitalAoutput) dihubungkan padaAAtmega328P. digunakan untuk kebutuhanApengambilan dataAsensor pada funsionalitas sebagaiaexternal interrupt padaAtransmitter node. Dengan tujuan untuk mengetahui hasil sensing sensor FC-04 dalam melakukan pembacaan suara kebocoran gas output yang dihasilkanAberupa nilaiAdigital. Dari hasil yang didapat akan diketahui tingkat sensitfitas sensor dalam melakukan pembcaan suara kebcoran gas.
Tabel 3.2 HasilApengujian sensorAFC-4 pembacaanadigital output
Kondisi
Setelah mendapatkan hasil proses pengujian, maka akan didapatkan nilai dari pengujian sensor suara FC-04 dalam melakukan pembacaan data terhadap nilai desis suara gas yang dibocorkan. Pengujian dilakukan dengan permuaan ketika menekan tombol gas sehingga terdengar suara bunyi desis gas maka sensor mendeteksi nilai output High. Ketika gas dilepaskan maka tidak adanya bunyi suara desis gas maka sensor akan mendeteksi nilai output menjadi Low. Maka dari itu sensor FC-04 dapat berjalan sesuai
dengan prinsip kerjanya serta sensor suara baik untuk digunakan sebagai external interrupt yang membangunkan sistem pada transmitter node dengan keadaan High.
3.3 Pengujian Fungsional Node
komunikasi antar node dan mendapatkan hasil sensing data berupa nilaiAanalog ataupun nilaiAdigital powe ketika dalam keadaan sleep mode dan wake dan komunikasi antar node secara wireless.
1. Pengujian satu node
Tabel 3.3 Hasil pengujian menggunakan satu node
Tabel 3.4 Hasil pengujian menggunakan dua node
3. pengujian tiga node
Tabel 3.5 Hasil pengujian menggunakan tiga node
SetelahAmendapatkan hasilAproses pengujian, maka nilai hasilapengujian fungsionalitas secara menyeluruh komunikasi antara transmitter node dan reciver node. Sensor MQ-6 akan melakukan sensing terhadap nilai gas ketika terjadi kebocoran gas. Receiver node dapat menerima data dari transmitter node dan menampilkan pada serial monitor ketika terdapat kebocoran atau tidak. sensor FC-04 pada transmitter node melakukan tugasnya ketika mengubah sleep mode ke normal mode pada transmitter node dengan external interrupt. Dan node berkomunikasi secara wireless. Mekanisme sleep mode power down akan berjalan ketika tidak ada desis suara kebocoranagas LPG, ketika sensor MQ-6 masihamendapatkan nilaiagas LPG maka transmitter node akanAtetap memproses mengirimkan data ke receiver node sampai benar-benar idak desis suara kebocoran gas dan dapat melakukan sleep mode.
3.4 Pengujian Akurasi Data
Pada bagian ini akan menguji akurasi data dari node transmitter ke reciver node, jumlah node yang digunakan empat node yaitu tiga node transmitter dan satu node receiver. Input sensor yang digunakan node transmitter adalah sensor MQ-6 untuk mendeteksi kadar gas yang ada di sekitar dan sensor FC-04 digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas dan membangunkan transmitter ketika sleep mode menggunakan external interrupt dan akan dikirimkan ke receiver secara wireless. Dengan tujuan untuk mengetahui akurasi hasil pengiriman data antara transmitter node dan receiver node. Apakah jumlah data yang dikirimkan dengan jumlah data yang diterima telah sesuai.
1. Satu node transmitter
Jarak
2. Tiga note transmitter
Tabel 3.7 Hasil pengujian pengiriman data tiga node transmitter
Setelah mendapatkan hasil proses pengujian, maka dapat nilai hasil pengujian akurasi data yang mana data yang dikirim oleh transmitter node menuju receiver node ketika pengujian menggunakan satu transmitter node dan satu receiver node dari jarak 0 sampai 12 m rata-rata persentase keberhasilan 96% sedangkan ketika menggunakan tiga transmitter node dan satu receiver persentase keberhasilan hanya 78% karena transmitter ketika tidak ada desis suara kebocoran maka transmitter berhenti mengirimkan data .
3.5 Pengujian Arus Sleep Mode
Pengujian arus sleep mode dilakukan untuk dikethaui berapa kebutuhan arusSyang berjalanSpada transmitter node. Pengujian dilakukan untuk mengukur arus yang berjalan pada transmitter node ketika melakukan sleep mode. Sleep mode digunakan pada penelitian yaitu menggunakan mode power down agar dapat tmengurangi konsumsi arus sebagai bentuk upaya pemanfaatanSenergi agar lebih hemat. Tujuannya untuk mengetahui hasil nilai konsumsi arus pada transmitter node ketika menjalankanSsleep mode power down.
Tabel 3.7 Hasil pengujian low power mode
Percobaan didapatkan hasil dari nilai pengujianSkonsumsi pembacaan arus ketikaSkondisi low power sleep mode terhadap kondisi apabila tidak ada desis suara kebocoran gas. Rata-rata arus pada node transmitter node ketika berjalan yaitu 137 mA.
3.6 Pengujian Arus Dalam Keadaan Wake
Pada pengujian bagian ini untuk mengetahui berapa konsumsi arus yang berjalan pada transmitter node ketika normal mode. MengukurAarus yangAberjalan pada transmitter node ketika dalam keadaan wake atau normal mode dari kondisi sleep mode power down. untuk menjalankannya ketika membaca adanya kebocoran gas atau terdapat external interrupt.
Tabel 3.8 Hasil pengujian normal mode
rata-rata 157,25 mA.
3.7 PerbandinganSArus SleepSMode danSWake.
Tujuannya untukSmengetahui berapa arus yang mengalir pada transmitter ketika transmitter melakukan mode sleep dan ketika trasnmitter berjalan normal
Tabel 3.9 perbandingan arus pada kondisi
low power dan normal mode
Percobaan
Rata-Rata 137,84 157,25
Pengurangan
jumlah arus 20,59
Dari hasil data pengujian pada tabel diatas, dapat menghasikan nilai dari pengujian ketika konsumsi arus yang digunakan akan dibandingkan ketikaAkondisi sleep mode dan normal mode. MikrokontrollerSAtmega328p pada node transmitter akan menerapkan mekanisme sleep mode ketika sensor tidak melakukan sensing desis suara kebocoran gas. Kondisi wake atau normal mode berjalan apabila node transmitter bermula pada kondisi sleep mode dan dibangunkan melalui sensor FC-04 menggunakan external interrupt ketika mendeteksi suara desis kebocoran gas. Hasil nilai rata-rat Arus yang berjalan ketika kondisi sleep mode 137,84 mA dan hasil nilai rata-rata arus berjalan ketika kondisi normal mode atau wake 157,25 mA. Pengurangan nilai rata-rata jumlah arus sebanyak 20,59 mA. Jadi node transmitter dapat berjalan sesuai prinsip kerjanya untuk digunakan.
4. Kesimpulan
1. Perancangansyang dilakukan mekanisme low power mode pada pendeteksi kebocoran gas dengan Atmega328p berbasis NRF24L01.
Terdapat empat node yaitu tiga node transmitter dan satu node receiver. Pada node transmitter input menggunakan dua modul sensor yaitu sensor MQ-6Sdan sensorS FC-04. Hasil data gas yang didapatkan dari sensor MQ-6 menggunakan satuan PPM. Sedangkan pengambilan data sensor FC-04 hasil yang didapt berupa nilaiSdigital dari suara kebocoran gas pada sensor. Pemrosesan Atmega328p pada node transmitter didalamnya menggunakan sleep mode dengan fitur power down. Untuk membangunkan sistem jadi wake menggunakan external interrupt. Dan data akan dikirim menggunakan NRF24L01 sebagai modul wireless untuk berkomunikasi antar node.
2. implementasi sistem ini melakukan memanfaatan sumber daya energi yakni dengan menerapkan padaSATmega328P pada node transmitter dengan fiturSlow power mode. Penerapan low power mode diimplementasikan di bagian transmitter node pada Atmega328p. penggunaan mode sleep yang digunakan mode power down dengan spesifikasi implementasi bahwa sleep mode tersebut dengan mematikan beberapaSfitur yangSbekerja pada transmitter node yaitu fungsi active clockSdomains, oscillator,sADC,stimer2, danSSPM/EEPROM.
5. Daftar Pustaka
Akbar, T. H., 2010. PendeteksisKebocorans
TabungsGasdDenganrMenggunakan SensorsGassFigarro TGSs2610 Berbasis
Mikrokontroller AT89S52.
Depok:sFakultas IlmusKomputer dan TeknologisInformasi
UniversitassGunadarma.
Atmel,. 2016 Datasheet atmega328P. Tersedia : http://www.atmel.com/Images/Atmel- 42735-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega328-328P_Datasheet.pdf [diakses 27 April 2017]
Birra, F.A., 2016. 2040, Indonesia Krisis Energi
Listrik. Tersedia di :
http://www.jawapos.com/read/2016/10/0 5/55397/2040-indonesia-krisis-energi-listrik [Diakses l 15 April 2017]
Danur, B.D., 2013. Sistem PendeteksiSGas Elpiji MenggunakanSMikrokontroller. P.2
Djuandi, F., 2011. Pengenalan Arduino. Jakarta: PenerbitSElexmedia.
ElecSFreaks, 2.4GSWireless Nrf24l01p. TersediaSdi:http://www.elecfreaks.com/ wiki/index.php?title=2.4G_Wireless_nRF 24L01 [diakses 8 Mei 2017]
Istiyanto, J. E., 2014. PengantarSElektronika danSInstrumentasi PendeketanSProject ArduinoSdanSAndroid.SYogyakarta: PenerbitSANDI.
KompasSCyberSMedia, 2011. Lagi-lagi Tabung Gas Bocor. [Online] Available at: https://www.kompasiana.com/yunitaamal
ia/lagi-lagi-tabung-gas-bocor_55008d0ca333117f7351135e [Accessed 30 Agustus 2017].
Nikolic, G., Stojcev,M., Stamenkovic,z. 2014. WirelessSSensor nodeSWith Low-Power Sensing. Electro and Energet Vol. 27, pp. 435 - 453
NJSHealth, 2010.SHazardous Subtance Fact SheetSLiquefied PetroleumSGas.
[Online]SAvailable at:
nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1 118.pdf [Accessed 20 Agustus 2017].
Pertamina, n.d. BukusPintarsPetunjuksAman PenggunaansGas Elpijis3 Kg. [Online]
Available at:
https://www.kendalkab.go.id/docs/knowl
edgebase/tips_meggunakan_gas_elpiji_re visi.pdf [Accessed 10 April 2018]
Pratama, R. P., 2016. RancangsBangun Low PowersSensorsNodesMenggunakansMSP 430 BerbasissNRF24L01.sMalang: FakultasSIlmuSKomputerSUniversitas Brawijaya.
Rocket Scream,. 2011. LightweightSLow Power ArduinoSLibrary.STersediaSdiS:
http://www.rocketscream.com/blog/2011/ 07/04/lightweight-low-power-arduino-library/ [diakses 21 November 2017]
