BAB III PERANCANGAN SISTEM

BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pengaturan Intensitas Sensor Gas dan Temperatur suhu merupakan hal yang
sangat penting dalam perancangan perangkat pendeteksi kebocoran Gas LPG, oleh
karena itu Perancangan meliputi Penyensoran Gas LPG dan Temperatur suhu yang
memperhatikan faktor-faktor yang berkaitan dalam perangkat pendeteksi kebocoran
Gas LPG.
Pemilihan Sensor dan
mikrokontroller dalam perancangan
alat
ini
memberikan pengaruh yang cukup besar terhadap kulaitas alat. Sensor Gas LPG QMNG1 dan Temperatur LM35 memiliki banyak kelebihan dan kemudahan dalam
penggunaannya yang membuatnya menjadi pilihan yang tepat untuk aplikasi ini.
Pemilihan Arduino Uno sebagai sistem utama dalam pengontrolan alat ini telah
terintegrasi dengan microcontroller Atmega328 yang memiliki banyak fitur yang
dapat membuat user lebih mudah dalam melakukan pengolahan data.
Awal perancangan alat yang penulis buat ini memilik dua inputan sensor yaitu
sensor dan juga memiliki output berupa LCD 16x2, monitor , 2 buah fan, sirine,
rotary lamp dan Modem GSM Serial . Untuk fan penulis gunakan 2 buah fan masingmasing memiliki spesifikasi 12V x 0,37A , 4,44W. Sirine menggunakan daya 20 W
dengan Arus 1.6 A , Rotary Lamp menggunakan daya 10W dengan arus 0.83 A, dan
Modem GSM Serial dalam sistem ini digunakan sebagai aktuator untuk mengirimkan
SMS ketika terjadi kebocoran Gas LPG Kepada User.
40
3.1 Rancangan Perangkat Keras
Dalam perancangan perangkat pendeteksi kebocoran Gas LPG ini, penulis
melakukan analisa terlebih dahulu terhadap pendeteksi kebocoran Gas LPG yang
sudah ada, berikut adalah tabel perbandingan antara pendeteksi kebocoran Gas LPG
yang sudah ada dan pendeteksi kebocoran Gas LPG yang penulis rancang.
Tabel 3.1 Sistem dari Harfiansyah Akbar
Fitur
Sensor
TGS2610
Indikator
LCD
Indikator
LED
Aktuator
SPEAKER
Tabel 3.2 Sistem dari eLsmart alaram LPG
Fitur
Sensor
Sensor Gas LPG
Indikator
Led
Aktuator
Fan
Aktuator
Speaker
41
Tabel 3.3 Perancangan Sistem yang dibuat
Fitur
Keterangan
LM35 lebih ekonomis,serta
dalam fungsinya dapat
Sensor Suhu
LM35
memantau keadaan suhu suatu
ruangan
QM-NGI sensitifitas sensornya
Sensor Gas LPG
QM-NG1
lebih baik
Digunakan sebagai indikator
SIRINE/ROTARY
Ada
apabila terjadi kebocoran gas
LAMP
LPG atau suhu diatas normal
Kita bisa melihat data history
Data Logger
Ada
kondisi suhu/tekanan gas
Bisa memonitoring keadaan
ruangan yang di pasang sensor
MONITOR PC
Ada
dari ruangan lain dengan
komputer
42
Menyedot Gas LPG untuk
memecah konsentrasi kepekatan
Ada
Fan/Exhaust
gas LPGserta menurunkan suhu
yang terlalu tinggi
Ada
Mengirim SMS apabila terjadi
Pengiriman SMS
(GSM M1306B
indikasi kebocoran Gas LPG
Automatic
Q2403A Serial)
kepad user
Pemutusan Aliran Listrik di
Pemutusan
Aliran Listrik
Ada
ruangan di tempat terjadinya
Otomatis di
kebocoran Gas LPG secara
Ruangan Tempat
otomatis
Kebocoran Gas
Dari sample produk yang sudah ada sebelumnya sistem yang dibuat bertujuan
untuk lebih mengembangkan dan membuat hal yang lebih inovatif dalam pembuatan
pendeteksi kebocoran Gas LPG.
Perangkat Pendeteksi Kebocoran Gas LPG ini dibuat menurut bagian perbagian. Setelah masing-masing bagian dibuat, maka langkah selanjutnya bagianbagian tersebut disusun menjadi satu unit berdasarkan fungsinya.
43
Diagram blok merupakan gambaraan dasar dari rangkaian sistem yang akan
dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram
blok dari sistem yang akan dirancang adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1 Blok Diagram System yang berjalan
Sistem utama pada perangkat pendeteksi kebocran gas LPG ini diatur oleh
Arduino yang didalamnya terintegrasi oleh mikrokontroller, Input mikrokontroller ini
dapat di peroleh dari sensor LM35 yang berfungsi sebgai sensor suhu, sedangkan
untuk sensor Gas LPG penulis menggunakan sensor QM-NG1 untuk mendapatkan
kepekatan Gas LPG yang terdeteksi. Data dari sensor tersebut akan ditampilkan
44
nilainya pada LCD dan Monitor Komputer serta data-data tersebut dapat tersimpan
secara otomatis dalam SD-CARD sebagai data logger sehingga jika kita ingin melihat
data-data yang terekam kita bisa mengakses SD-Card yang sudah terisi data tersebut.
Ketika Keadaan Suhu menjadi terlalu tinggi, dan telah mencapai batas diatas
normal atau kepekatan dari Gas LPG yang keluar karena bocor di suatu tempat
sudah melebihi ambang normal maka sistem aktuator yang sudah dirancang seperti
sirine , alarm,
rotary lamp,
dan fan/exhaust akan berjalan sampai suhu atau
kepekatan gas LPG kembali dalam keadaan normal, selain itu sistem modem GSM
akan mengirim SMS secara otomatis yang berisi peringatan kebocoran gas LPG atau
suhu ruangan diatas normal serta mengirim data nilai dari Kadar Gas LPG dan suhu
ke user, dan juga terdapat sistem pemutusan arus listrik secara otomatis di suatu
ruangan tersebut jika terjadi kebakaran ataupun kebocoran gas LPG yang sebelumnya
telah di konfigurasi panel kelistrikannya di ruangan tersebut dengan sistem
pendeteksi kebocoran gas ini. Selain itu kita juga dapat memonitoring kondisi
kepekatan dan suhu di ruangan yang telah dipasangi sensor ini melalui PC dengan
Serial Monitor yang didapat dari software arduino UNO .
Block diagram diatas terdapat dua sensor yang penulis gunakan untuk
mengukur suhu dan kepekatan Gas LPG juga terdapat beberapa fitur :
Terdapat LCD yang berfungsi untuk menampilkan nilai dari temperautur
suhu dan persentasi kepekatan Gas LPG.
45
Terdapat sistem Aktuator ketika terdeteksi nilai suhu diatas normal atau ppm
dari gas LPG yang bocor melebihi batas normal akan berjalan seperti sirine,
rotary lamp, alarm, dan fan sampai keadaan menjadi normal kembali.
Terdapat modem GSM serial yang digunakan untuk mengirimkan SMS yang
berisikan peringatan dan data nilai keadaan suhu dan kepekatan gas LPG yang
bocor.
Terdapat fitur data Logger yaitu fitur yang digunakan untuk menyimpan datadata yang terinput dari sensor-sensor yang dipakai dan dapat disetting wktu
pencatatan datanya
Terdapat Sistem monitoring suhu ruangan dan kepekatan dari kebocoran gas
LPG dengan PC
Terdapat Sistem pemutusan Arus listrik Secara otomastis apabila terjadi
kebakaran ataupun kebocoran Gas LPG
46
3.1.1 Sketsa Perangkat Kebocoran Gas LPG
Gambar 3.2 Kotak Penempatan Board Sistem
Gambar 3.3 Rak Penempatan Kotak Alat dan Aktuator
47
Simulasi kelistrikan
disuatu ruangan
untuk sistem
pemutusan arus
listtrik secara
otomatis
Kepala Sensor
Gambar 3.4 Sistem Alat Keseluruhan
48
3.1.2 Modul Pengontrolan
Penulis membuat sistem pengontrolan menggunakan sistem
Arduio UNO untuk mengontrol semua sistem yang terdapat pada alat
ini,
sistem
arduino
microcontroller,
UNO
ini
mencangkup
voltage regulator , LCD,
pengontrolan
Serial, sensor, dan
aktuator menjadi satu modul pengontrol.
3.1.2.1 Microcontroller ATMega328
Microcontroller ATMega328 produksi Atmel merupakan
microcontroller yang sudah memiliki banyak fitur terintegrasi
didalamnya. Selain itu microcontroller ini juga mudah ditemui
dipasaran dengan harga yang terjangkau. Karena pertimbangan
tersebut maka penulis memilih untuk menggunakan microcontroller
ATMega328 sebagai inti dari sistem. Sebagai sumber clock untuk
ATMega328, penulis memilih untuk menyandingkan microcontroller
ATMega328 dengan external clock sebesar 16 MHz dengan tujuan
nilai clock tersebut akan memberikan nilai kesalahan yang kecil ketika
digunakan dalam transmisi serial
Untuk mengatur tegangan referensi bagi ADC internal, penulis
menyertakan sebuah trimmer potensio yang dihubungkan pada pin
AREF microcontroller. Berikut adalah gambar dari skematik modul
microcontroller:
49
3.1.2.2 Modul Sensor
Modul sensor ini terdapat dua sensor yaitu Sensor suhu LM 35
dan QM-NG1 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi
untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk
tegangan. LM 35 memiliki sudah dikalibrasi dari pabrik, tidak
membutuhkan rangkaian yang rumit dalam penggunaannya serta
mudah didapatkan dengan harga yang terjangkau. Sensor ini hanya
membutuhkan 60 µA untuk beroperasi dan mempunyai akurasi 0.50C
dengan kemampuan untuk bekerja pada suhu -550C hingga 1500C.
Selain itu, dimodul juga terdapat sensor Gas LPG QM-NG1 yang
berfungsi untuk membaca kepekatan Gas LPG yang berada disekitar
Sensor tersebut,
Kelebihan
dari sensor ini adalah ouput yang
dihasilkan berupa Voltage Output. Sensor QM-NG1 adalah sensor gas
yang dapat diaplikasikan pada Arduino dapat mendeteksi gas yang
mengandung
Propane , Metana dan
Butane
seperti Gas LPG.
Apabila gas tersebut terdeteksi, arduino akan mengaktifkan sistem
aktuator hingga keadaan gas LPG yang terdeteksi sudah menurun atau
kembali ke suhu normal, sensor ini mampu beroperasi pada suhu 150C sampai 350C sensor ini bisa bertahan sampai 5 tahun. Sensor –
sensor ini akan terhubung dengan pin – pin input ADC yang ada pada
modul microcontroller. Berikut adalah gambar skematik mengenai
bagian microcontroller yang terhubung ke sensor
50
Gambar 3.7 pin sensor QM-NG1
Gambar 3.8 Konfigurasi Sensor QM-NG1 dengan Arduino UNO
3.1.2.3 Modul LCD ( liquid Crystal Display)
Penggunaan Modul LCD difungsikan untuk menampilkan
kondisi temperature dan kondisi ppm gas LPG pada saat itu. selain
bisa memuncul kan angka dan huruf lcd juga memunculkan symbol
51
yang menunjukan bahwa microcontroller tidak dalam kondisi hang .
Sehingga melalui LCD dapat diilihat kondisi saat itu juga. LCD
terhubung pada microcontroller ini menggunakan komunikasi data
I2C.
I2C merupakan standar komunikasi dengan menggunakan 2
kabel dengan kecepatan yang cukup tingi maka antara IC yang satu
dengan yang lainnya dapat berkomunikasi dengan baik. Dengan
memanfaatkan jalur bus dan address yang bervariasi maka I2C
mampu mengalamati banyak device. Alasa menggunakan LCD dengan
komunikasi data I2C karena pin yang digunakan lebih sedikit,
sehingga pin yang digunakan lebih hemat.
Gambar 3.9 Konfigurasi LCD ke board Arduino UNO
52
Gambar 3.10 Skematik Modul LCD
3.1.2.4 Modul Serial
Modul serial yang sistem gunakan, menggunakan
modul
serial rs232 to ttl, modul serial ini digunakan untuk mengirimkan
data-data dari inputan sensor yang di pakai ke modem GSM, sehingga
data-data tersebut dapat dikirim menggunakan SMS ke Handphone
User
mengkonversi RS232 ke TTL dan sebaliknya (TX dan RX). Ini
akan memungkinkan mikrokontroler untuk berkomunikasi dengan
komputer. Shifter SMD didukung dari aplikasi target dan dapat
berjalan pada tegangan apapun! Itu benar - kekuatan dewan di 5V dan
unit akan mengkonversi RS232 ke TTL 5V. Daya pada forum di 2.8V
dan dewan Shifter akan mengkonversi RS232 ke 2.8V CMOS TTL.
Termasuk LED indikator dua untuk TX dan RX. Berjalan dari 300bps
sampai 115200bps.[7].
53
Gambar 3.11 Schematic Modul Serial dengan RS232
Gambar 3.12 Modul Komunikasi Serial
3.1.2.5 Modul Voltage Regulator
Untuk memberikan suplai tegangan ke dalam modul
pengontrol, penulis menggunakan adaptor dengan output 12V.
Karena keseluruhan rangkaian modul pengontrol bekerja pada
tegangan 5V, maka penulis membuat rangkaian voltage regulator
5V agar supplai tegangan dari adaptor tidak merusak berbagai
komponen pada modul pengontrol. Berikut adalah skematik dari
rangkaian :
54
3.1.2.6 Modul SD-Card
Dalam sistem ini terdapat fitur data logger, yaitu fitur yang
berfungsi sebagai penyimpanan semua data-data kondisi dari suhu
rungan dan kondisi kepekatan gas LPG
di ruangan yang sudah
dipasangi sensor,, data ini nantinya secara otomatis tersimpan
di
dalam media penyimpanan SD-Card, Oleh karena fitur itulah
dibutuhkan Modul SD-Card yang gunanya sebagai slot SD-Card
memory yang akan terintegrasi dengan modul utama Arduino Uno
sehingga penulisan data –data yang di hasilkan dapat langsung
tersimpan dalam SD-Card, dan dalam sistem ini format data yang
tersimpan dalam bentuk .TXT
Gambar 3.14 Modul SD-Card
55
Gambar 3.15 Konfigurasi pemasangan SD-CARD pada Arduino
3.1.2.7 Modul Relay
Untuk mengatur aktuator seperti sirine, exhaust, dan rotary
lamp, dan Pemutusan
aliran listrik secara otomatis penulis
menggunakan relay yang akan mengatur nyala dan matinya alat
tersebut berdasarkan perintah dari modul pengontrol. Untuk modul
relay ini, penulis memilih untuk menggunakan modul relay driver
yang dijual di pasaran. Relay ini terhubung pada Port Di Arduino
UNO. Berikut adalah skematik dari rangkaian relay yang penulis
gunakan :
56
Gambar 3.17 Skematik Modul Relay dan konfigurasinya
3.1.2.8 Real Time Clock (RTC)
RTC adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan waktu
yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada
pada jam kita. Agar dapat berfungsi, pewaktu ini membutuhkan dua
parameter utama yang harus ditentukan, yaitu pada saat mulai (start)
dan pada saat berhenti (stop).
Dalam sistem yang di buat, fitur
RTC sendiri sudah
terintegrasi dengan Arduino Uno dengan konfigurasi menggunakan
coding yang sudah dibuat. Device RTC yang kami gunakan ialah Real
Time Clock Module, modul ini yang dapat bekerja hingga 9 tahun
(secara teoritis 17 tahun) tanpa bantuan external power 5 volt. RTC
DS1307 ini diakses melalui protokol I2C.
57
Spesifikasi dari Modul RTC :
•
Two wire I2C interface
•
Hour : Minutes : Seconds AM/PM
•
Setting waktu Day Month, Date - Year
•
Akurasi penanggalan hingga tahun 2100
•
Catu daya tambahan
•
1Hz output pin
Gambar 3.18 Modul Real Time Clock (RTC)
3.2 Rancangan Perangkat Lunak
Perangkat pendeteksi kebocoran gas LPG
menggunakan
1
buah
program
yaitu
pada
yang penulis buat ini
pemrograman
untuk
microcontroller menggunakan framework dari Arduino dan untuk sistem
monitoring keadaan pada PC menggunakan software Arduino juga karena
58
sudah emilki fitur Serial Monitor dalam fitur frame work nya . Untuk
flowchart program di microcontroller sebagai berikut
59
Flowchart sistem diatas dibagi menjadi 2 bagian yaitu dilihat dari sistem sensor gas
LPG dan sensor suhu LM35. Langkah pertama ialah inisialisasi data baik itu di sensor Gas
LPG maupun di sensor LM35, setelah itu untuk melakukan pembacaan sensor dibutuhkan
heater beberapa saat agar sensor bekerja dengan baik,setelah itu inputan data berupa data
analog akan masuk ke dalam sensor Gas LPG dan Sensor LM35 yang kemudian akan di ubah
ke dalam bit digital untuk di proses, setelah itu hasil yang telah dikonversi akan masuk ke
dalam pembanding ke parameter indikasi bahaya.
Hasil dari perbandingan terhadap parameter indikasi bahaya jika terjadi indikasi
bahaya keadaan akan tercetak di LCD dan data tersimpan ke data logger setelah itu
menjalankan sistem aktuator hingga keadaan suhu maupun kadar gas LPG di sekitar sensor
tersebut kembali nomal.
60