RANCANG BANGUN SISTEM PENDETEKSI DEBU
BERBASIS ARDUINO
Febri Aji Wisnulaksito1), Marti Widya Sari2), Meilany Nonsi Tentua3) Program Studi Teknik Informatika
Universitas PGRI Yogyakarta
1)febriaji.wisnulaks02@gmail.com, 2)widya@upy.ac.id, 3)meilany@upy.ac.id
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk merancang monitoring sistem pendeteksian kadar debu yang berada di dalam ruang. Sistem ini terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras terdiri atas Mikrokontroler At Mega 328, sensor GP2Y1010AU0F, buzzer, lampu LED dan kabel USB. Perangkat lunak mikrokontroler dalam penelitian ini dibuat dengan menggunakan Visual Basic.
Pembuatan Rancang Bangun Pendeteksi Debu Dengan Display Visual Basic Berbasis Arduino UNO Dan Sensor GP2Y1010AU0F melalui beberapa tahapan. 1) Identifikasi kebutuhan; 2) Analisa kebutuhan; 3)Perancangan hardware dan software; 4) Realisasi sistem; 5) Pengujian alat ; dan 6) Sistem kerja secara keseluruhan.
Rancang bangun pendeteksi debu dengan display visual basic berbasis arduino uno dan sensor GP2Y1010AU0F dapat digunakan oleh user untuk mendeteksi kadar debu. Sehingga user dapat mengetahui kadar debu yang terdeteksi. Hasil pengujian sistem menunjukan alat ini bekerja dengan baik dilihat dari nilai terbanyak hasil uji coba menunjukan 62% baik, 30% cukup, 8% kurang.
Keywords: pendeteksidebu, mikrokontroler, arduino, sensor GP2Y1010AU0F
Abstract
This study aims to design monitoring of the detection system of dust inside the room. This system consisted of hardware and software. The hardware consisted of Microcontroller At Mega 328, GP2Y1010AU0F sensor, buzzer, LED light and USB cable. Microcontroller software in this research was made by using Visual Basic.
Designing a dust Detector Build With Visual Basic Based Arduino UNO Display And Sensor GP2Y1010AU0F was through several stages; 1) Needs Identification, 2) Needs analysis, 3) Hard and software Design, 4) System realization, 5) Tools Test, And 6) Overall working system.
A design of dust detector with visual basic display arduino uno and GP2Y1010AU0F-based can be used by a user to detect levels of dust. So a user can know the levels of dust detected. Test results system shows this tool work well be seen from the value of the most the trials shows 62% is good, 30% is enough, and 8% is less.
PENDAHULUAN
Udara merupakan salah satu kebutuhan pokok makhluk hidup. Kualitas udara yang dihirup belum tentu sebaik yang diharapkan. Meliputi udara di dalam ruangan maupun udara bebas yang berada di luar ruangan, baik pada ruangan yang menggunakan Air Conditioner maupun tidak. Mutu udara adalah komposisi kadar udara meliputi polusi dibandingkan dengan batas nilai ambang batas maksimum yang dapat diterima. Salah satu polusi udara adalah debu. Oleh karena itu kadar debu di udara sebaiknya sesuai dengan Nilai Ambang Batas (NAB) maksimum. Dalam dunia Teknik Informatika segala upaya dilakukan dengan membuat berbagai macam eksperimen, guna membuat suatu sistem yang baru dan semakin mempermudah manusia di dalam beraktifitas. Salah satunya adalah kegiatan pemantauan untuk meningkatkan kualitas lingkungan. Salah satu indikator kebersihan lingkungan adalah kadar debu dalam udara. Pada penelitian ini dibuat suatu sistem untuk mempermudah pemantauan kadar debu di dalam udara, selain itu alat ini dapat bekerja secara otomatis di dalam menjaga lingkungan agar tetap sesuai dengan batas kadar debu yang baik di udara berbasis Arduino. Arduino sebagai kontrol sistem hardware berfungsi sebagai otak sistem untuk mengolah data masukan, Sari (2016).
Setiardi (2014) telah membuat Perancangan Alat Pengukur Dan Pendeteksi Debu Berbasis Arduino Uno. Alat ini bisa mengukur seberapa besar kadar debu di lingkungan sekitar ataupun disebuah ruangan di berbagai kondisi ruangan dan cuaca. Sensor di letakkan dalam sebuah ruangan sehingga dapat bekerja lebih baik. Pada saat terdeteksi adanya debu alat ini secar otomatis akan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler dan secaraotomatis akan di hitung dan hasilnya akan di tampilkan langsung ke LCD. Alat ini bisa di gunakan alat ukur kadar debu yang baik dan yang tidak baik bagi lingkungan. Alat pengukur debu berbasis Arduino ini dapat berjalan baik pada keadaan manapun untuk mengukur nilai A/D, Voltage dan Dust Density.
Yudhanirista (2014) membuat Prototipe Alat Monitoring Radio Aktivitas Lingkungan, Cuaca Dan Kualitas Udara Secara Online Dan Periodik Berbasis Arduino Uno (Studi Kasus: Badan Puspitek Serpong). Proses monitoring dilakukan secara online dan periodik selama 10 detik terhadap radioaktivitas termasuk kondisi cuaca dan kebersihan lingkungan yaitu deteksi kadar debu. Semua sensor di hubungkan dengan modul mikrokontroler Arduino Uno.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah melalui observasi, literatur, wawancara, perancangansistem, pengujian system kemudian melakukan analisis terhadap hasil pengujian sistem tersebut.
PERANCANGAN SISTEM
Dalam perancangan dan pembuatan alat ini, perlu diketahui proses input dan outputnya, kemudian perancangan software juga harus mudah dipahami oleh penggunanya. Perancangan desain alat dapat dilihat pada gambar 1 berikut ini:
Gambar 1 Desain Alat
Adapun diagram blok sistem alat tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar 2 Diagram Blok Sistem
Pada bagian ini akan diuraikan secara keseluruhan maupun sub sistem komponen penyusun alat seperti yang terlihat pada Gambar 3.2. Terdapat beberapa pembagian prinsip kerja yang akan dijelaskan, yaitu:
a) Sensor Debu Sharp GP2Y1010AU0F
Berdasarkan landasan teori pada BAB 2, maka didapatkan beberapa acuan tentang Sensor Debu Sharp GP2Y1010AU0F, dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1 Acuan Sensor Sharp GP2Y1010AU0F
No Keterangan Value
1 Sampling Time 280 microsecond 2 Delta Time 40 microsecond 3 Sleeping Time 9680 microsecond 4 Sensitivitas Sensor 0,5 V/0,1 mg/m3 5 Tegangan Input Sensor 5 Volt
6 Rumus Sensor DustDensity = 0.17 x Voltage – 0,1
b) Koneksi Arduino UNO dengan Sensor Debu dan Motor Driver
Arduino UNO digunakan untuk mengolah data dari hasil pendeteksian sensor debu, mengendalikan kipas fan, dan mengirimkan data melalui Komunikasi Serial ke PC. Adapun koneksi Arduino UNO dengan Sensor Sharp GP2Y1010AU0F dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2 Posisi Koneksi PIN Sensor Sharp dengan PIN Arduino UNO 1 (V-LED) 5 V Pin (150 Ohm in between)
2 (LED-GND) GND Pin 3 (LED) Digital Pin 12 4 (S-GND) GND Pin 5 (Vo) Analog Pin A0 6 (Vcc) 5 V Pin (Direct)
Sedangkan koneksi Arduino dengan Motor Driver Shield L298D dapat dilihat pada Tabel 3 berikut.
Tabel 3. Posisi Koneksi PIN Motor Driver Shield L298D dengan PIN Arduino UNO
ENABLE 1 Digital Pin 9 (a)
IN1 Digital Pin 2 (in1)
IN2 Digital Pin 3 (in2)
ENABLE 2 Digital Pin 10 (b)
IN3 Digital Pin 4 (in3)
IN4 Digital Pin 5 (in4)
c) Perancangan Penentuan Jumlah dan Tata Letak Kipas Fan
Penentuan jumlah kipas fan pada alat ini ditentukan dengan uji coba. Pada bagian sensor diperlukan 1 buah kipas fan dan wrapping agar debu yang
berada diruangan terpusat dan dihisap oleh kipas fan sensor, sehingga masuk ke hole sensor Sharp.
Uji coba untuk menentukan jumlah kipas fan in dan out meliputi 3 macam percobaan sampai ditemukan hasil yang memuaskan. Residu yang akan digunakan pada percobaan ini ada 2 jenis, dapat dilihat pada Tabel 4 berikut.
Tabel 3 Residu yang digunakan dalam percobaan kipas No Residu Ukuran/Jumlah 1 Tissue yang dibakar 2 lembar/percobaan 2 Bedak Bayi 10 mg/percobaan
Karakteristik sensor debu Sharp GP2Y1010AU0F adalah mampu mendeteksi debu dan asap. Pada proses uji coba, ukuran debu harus memiliki ukuran yang tetap pada setiap percobaan. Sehingga, pada uji coba ini peneliti menggunakan tissue yang dibakar, pemilihan menggunakan tissue yang dibakar adalah selain menghasilkan partikel tissue yang terbakar, juga menghasilkan asap. Jumlah tissue yang dibakar setiap ujicoba adalah 2 lembar. Sebagai pembanding, dipilih bedak bayi sebagai ujicoba karena partikelnya kecil dan beratnya dapat diukur. Bedak bayi diukur 10 mg menggunakan timbangan neraca, kemudian diletakkan di dalam kotak sebelum kotak pendeteksi debu diaktifkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Aplikasi
Pengujian aplikasi dilakukan sebanyak 3 (tiga) kali, dengan hasil pada Tabel 5, 6 dan 7 sebagai berikut.
a. Uji Coba ke-1 ( 1 Kipas In dan 1 Kipas Out).
Tabel 4 Uji Coba ke-1 Kipas Fan No Residu Waktu Pendeteksian Sensor Waktu Cleaning Kepadatan Debu/Asap yang dibaca Alat
1 Tissue dibakar 1 detik 15 detik 0,29 2 Bedak Bayi 3 detik 20 detik 0,35
Berdasarkan Tabel 5. diatas, dapat kita ketahui bahwa pada uji coba ke-1 tersebut waktu sensor untuk dapat mendeteksi residu tissue yang dibakar adalah 1 detik, sedangkan waktu cleaning 15 detik. Kepadatan debu/asap 0,29 mg/m3. Residu bedak bayi dapat di deteksi dalam waktu 3 detik, sedangkan waktu cleaning 20 detik. Kepadatan debu/asap hasil residu bedak bayi 0,35 mg/m3. Oleh karena itu, peneliti akan melakukan penambahan kipas in dan kipas out masing-masing 1 buah, dengan harapan waktu cleaning dapat lebih cepat.
b. Uji Coba ke-2 ( 2 Kipas In dan 2 Kipas Out)
Tabel 5 Uji Coba ke-2 Kipas Fan
No Residu Waktu Pendeteksian Sensor Waktu Cleaning Kepadatan Debu yang dibaca Alat 1 Tissue dibakar 1 detik 11 detik 0,31 2 Bedak Bayi 2 detik 14 detik 0,37
Berdasarkan Tabel 6. diatas, dapat kita ketahui bahwa pada uji coba ke-2 tersebut waktu sensor untuk dapat mendeteksi residu tissue yang dibakar adalah 1 detik, sedangkan waktu cleaning 11 detik. Kepadatan debu/asap 0,31 mg/m3. Residu bedak bayi dapat di deteksi dalam waktu 2 detik, sedangkan waktu cleaning 14 detik. Kepadatan debu/asap hasil residu bedak bayi 0,37 mg/m3.
Pada ujicoba ke-2 ini, waktu cleaning mengalami perubahan menjadi semakin cepat. Pada percobaan ke-3 peneliti menambahkan 1 kipas in pada sisi yang berhadapan dengan sensor, sehingga di dalam kotak tercipta sirkulasi udara (air flow) yang berputar. Sehingga harapan dari Uji Coba ke 3 adalah waktu
cleaning bisa menjadi lebih cepat.
c. Uji Coba ke-3 ( 3 Kipas In dan 2 Kipas Out)
Pada uji coba ke-3 ini ditambahkan 1 Kipas In (Kipas In 3) pada bagian sisi ketiga kotak. Sehingga terjadi sirkulasi berputar di dalam ruangan kotak.
Tabel 6 Uji Coba ke-3 Kipas Fan No Residu Waktu Pendeteksian Sensor Waktu Cleaning Kepadatan Debu yang dibaca Sensor
1 Tissue dibakar 1 detik 5 detik 0,32 2 Bedak Bayi 2 detik 7 detik 0,35
PEMBAHASAN
Berdasarkan Tabel 7 diatas, dapat kita ketahui bahwa pada uji coba ke-3 tersebut waktu sensor untuk dapat mendeteksi residu tissue yang dibakar adalah 1 detik, sedangkan waktu cleaning 5 detik. Kepadatan debu/asap 0,32 mg/m3. Residu bedak bayi dapat di deteksi dalam waktu 1 detik, sedangkan waktu cleaning 7 detik. Kepadatan debu/asap hasil residu bedak bayi 0,35 mg/m3.
Pada ujicoba ke-3 ini, waktu cleaning menjadi lebih cepat daripada uji coba ke-2. Grafik diagram uji coba kipas dapat dilihat pada diagram berikut.
Gambar 3. Diagram Uji Coba dengan residu Tissue yang dibakar
Pada diagram 3 dapat kita ketahui bahwa dengan penambahan kipas, didapatkan peningkatan performa cleaning pada residu tissue yang dibakar, sedangkan untuk waktu pendeteksian tidak ada perubahan yang signifikan.
Gambar 3 Diagram Uji Coba dengan residu bedak bayi
Pada diagram 4 dapat kita ketahui bahwa dengan penambahan kipas, didapatkan peningkatan performa cleaning pada residu bedak bayi, sedangkan untuk waktu pendeteksian juga tidak ada perubahan yang signifikan.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Uji Coba 1 Uji Coba 2 Uji Coba 3
CLEANING(detik) WAKTU MENDETEKSI(det ik) 0 5 10 15 20 25
Uji Coba 1 Uji Coba 2 Uji Coba 3
CLEANING(detik)
WAKTU
MENDETEKSI(de tik)
Gambar 4 Diagram Hasil pembacaan sensor dari residu
Pada diagram 5 dapat kita ketahui bahwa kadar debu yang dibaca oleh sensor dari percobaan ke-1, 2, dan 3 tidak mengalami pergesaran yang signifikan. Tabel 8. akan menunjukkan hasil rata-rata kadar debu yang dideteksi oleh sensor dalam mg/m3.
Tabel 7 Rata-rata hasil pendeteksian sensor pada uji coba kipas
NO Tissue yang dibakar Bedak Bayi Uji Coba 1 0,29 0,35 Uji Coba 2 0,31 0,37 Uji Coba 3 0,32 0,35 Rata-rata 0,31 0,36
Pada tabel tersebut, dapat kita simpulkan bahwa pembacaan kadar debu oleh sensor tersebut stabil, karena rata-rata hasil pembacaan kadar debu tidak mengalami perubahan yang signifikan.
Berdasarkan hasil uji coba diatas maka penulis memutuskan untuk menggunakan kipas fan sesuai dengan hasil percobaan ke-3. Yaitu menggunakan 3 Kipas In, 2 Kipas Out, dan 1 Kipas Sensor. Tata Letak Kipas pada ruang kotak dapat dilihat pada Gambar 6 di bawah ini.
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Uji Coba 1 Uji Coba 2 Uji Coba 3
Tissue yang dibakar Bedak Bayi
Tabel 9 Pembacaan Sensor Terhadap Residu
No Residu Waktu Deteksi Kadar Debu mg/m3 1 Tepung 3 detik 0,22 2 Bedak Bayi 2 detik 0,20 3 Pasir Putih -
4 Grajen Kayu -
5 Abu Koran 3 detik 0,18 6 Abu Tissue 2 detik 0,19 7 Asap 1 detik 0,18 8 Abu Rokok 2 detik 0,18 9 Garam -
10 Mrica serbuk -
Tabel 8 diatas adalah percobaan untuk mengetahui berapa detik sensor membaca 10 residu yang berbeda-beda mulai dari partikel lembut dan kurang lembut. Dapat diketahui jika sensor debu GP2Y1010AU0F Optical Dust Sensor ialah sensor debu yang berbasis inframerah. Sensor ini sangat efektif dalam mendeteksi partikel yang sangat halus seperti debu atau asap rokok, dan umumnya digunakan dalam sistem pembersih udara.
PEMBAHASAN
Gambar 6. Tata Letak Kipas Fan
Kipas/fan diperlukan untuk memaksimalkan pendeteksian dan pembersihan debu. Tiga kipas untuk menghempaskan debu agar masuk kedalam lubang sensor debu untuk kemudian di sedot oleh kipas fan sensor debu lalu dideteksi. Dua kipas diperlukan untuk membersihkan debu yang ada di ruang kotak.
Tabel 10 Pembacaan Sensor Terhadap Residu
No Residu Waktu Deteksi Kadar Debu mg/m3 1 Tepung 3 detik 0,22 2 Bedak Bayi 2 detik 0,20 3 Pasir Putih -
4 Grajen Kayu -
5 Abu Koran 3 detik 0,18 6 Abu Tissue 2 detik 0,19 7 Asap 1 detik 0,18 8 Abu Rokok 2 detik 0,18 9 Garam -
10 Mrica serbuk -
Tabel 4.5 diatas adalah percobaan untuk mengetahui berapa detik sensor membaca 10 residu yang berbeda-beda mulai dari partikel lembut dan kurang lembut. Dapat diketahui jika sensor debu GP2Y1010AU0F Optical Dust Sensor ialah sensor debu yang berbasis inframerah. Sensor ini sangat efektif dalam mendeteksi partikel yang sangat halus seperti debu atau asap rokok, dan umumnya digunakan dalam sistem pembersih udara.
KESIMPULAN
Setelah dilakukan pengujian dan analisis program, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut.
1. Arduino UNO dapat di implementasikan untuk mendeteksi kadar debu, yaitu dengan menambahkan piranti sensor Debu GP2Y1010AU0F. Debu yang terdeteksi oleh sensor GP2Y1010AU0F akan menjadi sinyal tegangan yang kemudian dikonversikan dari tegangan analog menjadi sinyal digital (ADC - Analog to Digital Converter), sinyal digital tersebut kemudian akan diolah oleh Arduino sesuai dengan rumus konversi ADC menjadi satuan kadar debu yaitu mg/m3. Hasil tersebut kemudian dikirim secara serial ke aplikasi yang telah dibuat menggunakan visual basic secara terupdate dalam tempo waktu tertentu.
Data yang dikirim arduino dapat ditampilkan di Visual Basic yaitu dengan cara pengambilan karakter output arduino.
2. Alat ini dapat bekerja dengan baik, yaitu mampu mendeteksi debu dan asap, dan menampilkannya pada aplikasi Visual Basic, serta mampu membersihkan debu dan asap yang melayang di suatu ruangan.
3. Hasil pengujian rancang bangun pendeteksi debu dengan display visual basic berbasis arduino uno dan sensor GP2Y1010AU0F menunjukan alat bekerja dengn baik. Hal ini dapat dibuktikan dengan nilai terbanyak hasil
uji coba yang dilakukan yaitu 62% menjawab baik, 30% menjawab cukup, 8% menjawab kurang.
SARAN
Penelitian yang dilakukan oleh penulis ini tentunya tidak lepas dari kekurangan dan kelemahan. Oleh karena itu, untuk pengembangan sistem lebih lanjut diperlukan perhatian terhadap beberapa hal, diantaranya:
Ke depannya mungkin perlu dilengkapi sensor-sensor yang mampu mendeteksi debu maupun gas secara spesifik sehingga akan mengoptimalkan kinerja.
DAFTAR PUSTAKA
Andrianto, H. (2008). Pemrograman Microcontroller ATMEGA 16. Bandung: Informatika.
Cuswanto, A. (2012). Prototype Pendeteksi Prosentase Kadar Alkohol Dalam
Minuman Berbasis Mikrokontroller ATMEGA 8535 Dengan Output LCD.
Yogyakarta: Amikom Yogyakarta.
Fachan, M. (2011). PC Cloning Melalui Port USB dengan Software betwin. Pelita
Teknologi VOL. 4 no. 1.
Ginting NB. (2002). Penggerak antena modem USB tiga dimensi berbasis mikrokomputer menggunakan Arduino UNO. J Fisika 2, 17-18.
MW, Sari. (2016). Rancang Bangun Aplikasi Monitoring Detak Jantung Melalui
Finger Test Berbasis Arduino. Jurnal EKSIS Universitas Kristen Duta
Wacana Yogyakarta. Vol 9 No 2 November 2016 ISSN: 19781385 halaman 105-112.
Nafis, Christopher (2012). http://www.howmuchsnow.com/arduino/airquality. Diakses pada tanggal 5 November 2016.
NB, G. (2002). J Fisika 2. Penggerak antena modem USB tiga dimensi berbasis
mikrokomputer menggunakan Arduino UNO, 17-18.
Purwanta. (2013). Karakteristik Pendingin Evaporatif menggunakan Cooling Pads berbahan Spon Yang Disusun Paralel. Teknik Desain Mekanika VOL. 1, 65-70.
Riyanto, S. (2008). Application Note of Sharp Dust Sensor GP2Y1010AU0F. Yogyakarta: Graha Ilmu.
Sharp, Corporation (2006). Datasheet Optical Compact Dust Sensor
GP2Y1010AU0F. Japan : Sharp Press.
Yuswanto, S. (2010). Boom..! Visual Studio.Net 2010 Meledak. Jakarta: Cerdas Pustaka.
