BAB III PERANCANGAN

BAB III
PERANCANGAN
Bab ini membahas perancangan Alcohol Breathalyzer berbasis platform
Mikrocontroller Open Source Arduino Mini Pro. Microcontroller tersebut
digunakan untuk mengolah informasi yang telah didapatkan oleh sensor dan
mengatur operasi kerja dari LCD dan Buzzer. Pengaturan tersebut berfungsi untuk
menampilkan informasi yang telah diterima oleh sensor mengenai kondisi
lingkungan yang telah tercemar oleh alcohol. Pembuatan alat dibagi dalam
beberapa blok perangkat yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Pembuatan
sistem meliputi perencanaan perangkat keras dan perencanaan perangkat lunak.
3.1
Prinsip Kerja Sistem
Sistem yang telah dibangun, secara garis besar terdiri dari blok rangkaian
seperti terlihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Rangkaian Alcohol Breathalyzer
Secara garis besar, cara kerja sistem ini adalah :

Sensor akan mengirimkan sinyal informasi kepada microcontroller,
informasi tersebut adalah pemberitahuan bahwa sensor menangkap gas
alcohol yang dihembuskan oleh mulut manusia.

Sinyal tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler Arduino untuk
26
27
diproses sebagai input data.

Setelah data tersebut diproses, kemudian microcontroller menghasilkan
perintah untuk menampilkan besarnya uap alcohol yang terdeteksi.

3.2
Jika alcohol terdeteksi, maka buzzer akan berbunyi.
Perancangan Perangkat Keras
Dalam pemilihan komponen pada sistem-sistem ini maka sangatlah
penting untuk memperhatikan beberapa hal berikut ini :
1. Menggunakan microcontroller dengan platform Open Source sehingga
untuk pengembangannya dapat di support oleh komunitas pengguna
microcontroller ini.
2. Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran, sehingga
harganya murah dan mudah di dapat.
3. Rangkaian yang sederhana sehingga mudah untuk dilakukan penambahan
untuk pengembangan lebih lanjut.
3.2.1. Rangkaian Sensor
Pada sistem ini menggunakan sensor yang dikombinasikan dengan resistor
sehingga dapat berfungsi sebagai pembagi tegangan yang akan masuk ke dalam
input Arduino. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk memilih sensor
ini adalah sebagai berikut:
1. Harga komponen sangat murah.
2. Komponen tersedia di mana-mana
3. Berbentuk rangkaian sederhana sehingga mudah dilakukan penggantian
apabila terjadi kerusakan.
4. Rangkaian dapat dibuat sangat kecil.
5. Menggunakan arus catu daya yang kecil.
6. Kehandalan sensor MQ3 yang tinggi.
7. Dapat dilakukan kalibrasi ulang apabila sensitifitasnya semakin rendah yang
diakibatkan oleh berjalannya waktu.
28
Gambar 3.2 Sensor MQ3
Pada blok rangkaian sensor MQ3, terdapat 3 buah port yang kemudian
akan dihubungkan dengan microcontroller Arduino Mini Pro yaitu:
a. Port 1 (S), merupakan port output dari sensor MQ3, kemudian akan
dihubungkan dengan port A0 dari microcontroller.
b. Port 2 (Ground), dihubungkan dengan port ground dari sumber
tegangan.
c. Port 3 (VCC), merupakan catu daya dari rangkaian sensor,
menggunakan tegangan 5 Volt dan dihubungkan dengan output dari
sumber tegangan.
VCC
5V
To_Arduino_A0
Alcohol Sensor MQ3
LINE
VOLTAGE
VREG
COMMON
R3
10kΩ 50%
Key=A
Gambar 3.3 Gambar rangkaian Sensor Pendeteksi Alcohol
29
3.2.2. Minimum Sistem Microcontroller Arduino Mini Pro
Rangkaian microcontroller berfungsi untuk mengolah informasi yang
dihasilkan oleh modul sensor dan menghasilkan perintah untuk membuka pintu
selama
beberapa
saat
dan kemudian menutupnya
kembali. Rangkaian
microcontroller ini menggunakan minimum sistem yang pada awalnya digunakan
untuk mendownload listing program dari computer ke Chipset microcontroller.
Diharapkan dengan minimum sistem ini akan dapat menghemat biaya yang
dikeluarkan untuk membangun sistem garasi mobil otomatis ini. Berikut adalah
minimum sistem dari Microcontroller Arduino Mini Pro.
Gambar 3.4 Minimum sistem Microcontroller Arduino Mini Pro
Spesifikasi Hardware :
Microcontroller
ATmega168
Operating Voltage
3.3V or 5V (depending on model)
30
Input Voltage
3.35 -12 V (3.3V model) or 5 - 12 V (5V model)
Digital I/O Pins
14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins
6
DC Current per I/O Pin 40 mA
Flash Memory
16 KB (of which 2 KB used by bootloader)
SRAM
1 KB
EEPROM
512 bytes
Clock Speed
8 MHz (3.3V model) or 16 MHz (5V model)
3.2.3. Rangkaian Power Supply
Sebuah rangkaian elektronika yang terdiri dari komponen-komponen aktif
seperti IC dan transistor, agar dapat bekerja maka diperlukan sebuah sumber catu
daya. Modul microcontroller Arduino mini pro memerlukan tegangan untuk catu
daya sebesar 5 Volt. Karena tidak ada sumber tegangan portable dipasaran dengan
besaran 5 Volt, maka digunakan catu daya battery 9 Volt yang kemudian
dihubungkan dengan IC regulator 7805 sehingga menghasilkan tegangan kerja
sebesar 5 Volt. Gambar 3.5 merupakan skematik rangkaian power supply sistem
microcontroller Arduino mini pro.
U1
LM7805CT
V1
9V
Baterai
LINE
VOLTAGE
5_Volt
VREG
COMMON
C2
100µF
Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply Microcontroller Arduino mini pro
31
IC regulator tegangan 7805 merupakan sebuah komponen yang
memberikan tegangan DC stabil sebesar 5 Volt yang dibutuhkan oleh
microcontroller. IC ini akan melakukan pembatasan tegangan keluaran dari IC
sehingga hanya sebesar 5 Volt. Jika IC ini diberikan tegangan masukan kurang
dari 5 Volt, maka tegangan keluarannya akan sebesar tegangan masukannya,
tetapi apabila diberikan tegangan yang lebih dari 5 Volt, maka akan memberikan
tegangan keluaran sebesar 5 Volt. IC 7805 memiliki 3 kaki, yaitu Input, Ground,
dan Output. Kaki input di hubungkan dengan sumber tegangan DC, dimana IC ini
mampu menerima sumber tegangan sampai dengan 35 Volt. IC 7805 mampu
memberikan arus keluaran sampai dengan 1.5 Ampere.
Gambar 3.6 IC Regulator Tegangan 7805
3.2.4. Rangkaian LCD Matrix 16x2
Hitachi HD44780 LCD controller adalah salah satu matriks layar kristal
cair yang paling umum dot (LCD) layar controller yang tersedia. Hitachi
mengembangkan microcontroller khusus untuk drive layar LCD alfanumerik
dengan antarmuka yang sederhana yang dapat terhubung ke microcontroller atau
microprocessor pada umumnya.
Rangkaian pada gambar 3.7 merupakan driver untuk mengatur kuat-lemah
arus listrik yang akan melewati modul display LCD. Dengan rangkaian ini
kecerahan dari layar akan dapat dikendalikan dengan mudahnya. Tegangan
operasi nominal untuk lampu latar LED adalah 5Volt pada kecerahan penuh,
dengan peredupan pada tegangan yang lebih rendah tergantung pada detil seperti
32
warna LED. Lampu latar non-LED sering membutuhkan tegangan yang lebih
tinggi.
Gambar 3.7 Rangkaian Display LCD
3.2.5. Buzzer
Buzzer merupakan komponen yang akan memberikan informasi bunyi
sebagai tambahan output informasi. Prinsip kerja sebuah buzzer mirip dengan
sebuah loudspeaker, dimana buzzer akan mengubah getaran listrik menjadu
getaran suara. Buzzer memiliki 2 kaki, dimana 1 kaki dihubungkan dengan ground
dan 1 kaki dihubungkan dengan port I/O digital 8 dari microcontroller Arduino.
Jika port I/O digital 8 mengeluarkan logika “high”, maka buzzer akan mendapat
supply tegangan 5 Volt, sehingga berbunyi. Dalam rangkaian ini buzzer akan
33
diberikan logika “high” dan “low” secara bergantian dan terus menerus selama
alcohol masih terdeteksi.
Gambar 3.8 Komponen Buzzer
3.3
Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak pada microcontroller Arduino Mini Pro di setting dengan
menggunakan program Arduino yang di masukkan dalam laptop. Flowchart dari
system yang kemudian di terjemahkan ke bahasa pemrograman pada gambar 3.9.
Pada monitor LCD akan di tampilkan nilai kadar alcohol dalam satuan
mg/l. Sensor alcohol memiliki tingkat sensitifitas kadar alcohol dari 0.04 mg/l
sampai 4 mg/l. Nilai yang akan di tampilkan adalah konversi dari nilai serial
monitor output, dimana terdeteksi alcohol sampai dengan nilai maksimum dari
serial monitor output, yaitu 1023, sehingga diperoleh rumus:
34
Gambar 3.9 Flowchart cara kerja system
Pada kondisi awal, layar LCD akan menampilkan tulisan “IDLE”, dan
peralatan siap untuk dipergunakan. Saat uap air di hembuskan dalam tabung
sensor, maka sensor akan merubah nilai resistansinya, sehingga menghasilkan
perubahan tegangan keluaran dari sensor yang diterima oleh microprocessor.
Microprocessor akan memberikan nilai serial monitor output berdasarkan
tegangan input yang diperoleh dengan nilai 0 – 1023. Perlu dilakukan
pengambilan sampel nilai ambang untuk deteksi air dan alcohol. Jika nilai serial
monitor lebih besar dari nilai ambang deteksi air dan kurang dari nilai ambang
deteksi alcohol, maka pada layar LCD akan menampilkan tulisan ”NO
ALCOHOL”. Jika nilai serial monitor lebih besar dari nilai ambang deteksi
alcohol, maka layar LCD akan menampilkan tulisan “ALCOHOL DETECTED”
dan menampilkan nilai kadar alcoholnya.