perancangan dan pembuatan alat pendeteksi kebocoran tabung

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENDETEKSI KEBOCORAN
TABUNG GAS ELPIJI DENGAN TAMPILAN KADAR GAS METAN PADA LCD
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Yogo Prasetiyo, ST.1, Dr. Hamzah Afandi, ST., MT.2, Erma Triawati Ch., ST., MT.3
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma
Jl. Margonda Raya No. 100 Depok 16424
1
e-mail: [email protected], 2 [email protected],
3
[email protected].
ABSTRAKSI
Di indonesia sering kali terjadi ledakan tabung gas. Hal ini di karenakan pemakai
tabung gas LPG belum mengerti cara menggunakan dengan baik dan benar. Pada rancangan
pendeteksi kebocoran gas ini menggunakan sensor gas TGS 2610, komparator LM 324, Ic
mikrokontroler, lcd 16x2, relay, transistor, kipas, dan buzer. Pertama-tama memberi inputan
kepada sensor gas TGS 2610 berupa gas metan. Pada sensor ini terdapat lapisan silikon dan
dua buah elektroda. Lapisan silikon ini akan tetap jika tidak ada gas. Hal ini menyebabkan
tidak adanya tegangan yang mengalir pada silikon tersebut. Jika silikon ini bergerak
mendekati salah satu elektroda maka akan terjadi perubahan tegangan. Pada sensor ini dapat
mendeteksi kadar gas dari 500ppm – 10000ppm. Kemudian tegangan yang di keluarkan oleh
sensor ini, akan di bandingkan dengan menggunakan komparator LM 324. Hal ini di lakukan
untuk mempermudah dalam pembacaan pada Ic mikrokokntroler. Terdapat 4 komparator
pada LM 324. Hal ini menunjukan terdapat 4 kondisi pada mikrokontroler. Lalu ic
mikrokontroler ini yang mengatur jalannya perintah yang di inginkan. Pada lcd 16x2 ini
berfungsi sebagai tampilan jika terdapat gas atau tidak. Jika ada gas pada lcd inui juga akan
menampilkan seberapa besar jumlah kadar yang di keluarkan oleh sensor gas ini. Di lcd ini
akan menampilkan jumlah kadar 500ppm, 1000ppm, 5000ppm dan 10000ppm.
Tanggal Pembuatan: 25 September 2011
1. Pendahuluan
Pada saat ini, masyarakat umumnya
sebagian
besar
memasak
dengan
menggunakan kompor gas. Hal ini
dikarenakan persediaan minyak tanah di
dunia ini sudah hampir habis, sehingga
pemerintah memutar otak bagaimana
caranya agar negara Indonesia tidak krisis
dengan minyak tanah. Walaupun masih
banyak kalangan masyarakat luas masih
bingung dalam tata cara penggunaan
kompor gas. Kemudian pemerintah
melakukan penyuluhan ke rumah-rumah
dengan menugaskan orang ahli yang
paham bagaimana cara menggunakan
kompor gas dengan baik dan benar.
Walaupun pemerintah sudah menurunkan
tenaga ahli ke rumah-rumah untuk
menggunakan kompor gas dengan baik
dan benar, masih saja ada warga yang
belum paham dengan pemakaian kompor
gas ini hal ini menyebabkan terjadinya
kebakaran akibat tabung gas. Penggunaan
kompor gas pada belakangan ini sering
terjadi
ledakan-ledakan
hebat.
Dikarenakan ibu-ibu rumah tangga masih
bingung dengan penggunaan gas elpiji ini
sebagai sumber memasak. Terjadi ledakan
dikarenakan tabung gas bocor, selang
bocor atau pada saat penyambungan antara
selang,tabung, dan kompor tidak rapat,
sehingga terjadinya bocoran-bocoran kecil
yang menyebabkan terjadinya kebakaran
akibat tabung gas.
2. Landasan Teori
2.1 Pengertian Sensor Secara umum
Sensor
adalah
alat
untuk
mendeteksi/mengukur
sesuatu,
yang
digunakan untuk mengubah variasi
mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia
menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam
lingkungan sistem pengendali dan
robotika, sensor memberikan kesamaan
yang menyerupai mata, pendengaran,
hidung, lidah yang kemudian akan diolah
oleh kontroler sebagai otaknya (Petruzella,
2001).Sensor dalam teknik pengukuran
dan pengaturan secara elektronik berfungsi
mengubah besaran fisik (misalnya :
temperatur, gaya, kecepatan putaran)
menjadi besaran listrik yang proposional.
[1]
2.2 Sensor TGS 2610
Sensor TGS 2610 dalah suatu jenis
semikonduktor oksida logam film tebal
yang menawarkan biaya rendah, daya
tahan yang lama, sensitifitas yang bagus
terhadap gas (target) yang disensor dengan
menggunakan rangkaian elektronik yang
sederhana. Sensor ini terutama sesuai
untuk
aplikasi
dalam
mendeteksi
kebocoran gas untuk jenis gas beracun dan
gas yang muah meledak. Elemen yang
digunakan untuk sensor gas TGS 2610
adalah semikonduktor dari dioksida timah
(SnO2) yang mempunyai konduktifitas
yang rendah pada udara bersih.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Sensor TGS
2610 [2]
2.3 Mikrokontroler
Mikrokontroler
tipe
AT89S51
merupakan mikrokontroler keluarga MCS51 dengan konfigurasi yang sama persis
dengan AT89C51 yang cukup terkenal,
hanya saja AT89S51 mempunyai fitur ISP
(In-System Programmable Flash Memory).
Fitur ini memungkinkan mikrokontroler
dapat diprogram langsung dalam suatu
sistem
elektronik
tanpa
melalui
Programmer Board atau Downloader
Board. Mikrokontroler dapat diprogram
langsung melalui kabel ISP yang
dihubungkan dengan paralel port pada
suatu Personal Computer.Adapun fitur
yang dimiliki Mikrokontroler AT89S51
adalah sebagai berikut :
1.Sebuah CPU (Central Processing Unit) 8
bit yang termasuk keluarga MCS51.
2. Osilator internal dan rangkaian pewaktu,
RAM internal 128 byte (on chip).
3. Empat buah Programmable port
I/O,masing-masing terdiri atas 8 jalur I/O
4. Dua buah Timer Counter 16 bit.
5. Lima buah jalur interupsi (2 interupsi
external dan 3 interupsi internal )
6. Sebuah port serial dengan kontrol serial
full duplex UART.
7. Kemampuan melaksanakan operasi
perkalian, pembagian dan operasi Boolean
(bit)
8. Kecepatan pelaksanaan instruksi per
siklus 1 microdetik pada frekuensi clock
12 MHz
9. 4 Kbytes Flash ROM yang dapat diisi
dan dihapus sampai 1000 kali
10. In-System Programmable Flash
Memory. [3]
2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah merupakan komponen
optoelektronik yaitu komponenkomponen
yang dikerjakan atau dipengaruhi oleh
sinar (optolistrik), komponen komponen
pembangkit cahaya (light emiting) dan
komponen-komponen yang mempengaruhi
akan mengubah sinar. LCD terbuat dari
bahan kristal cair yang merupakan suatu
komponen organik yang mempunyai sifat
optic seperti benda padat meskipun bahan
tetap cair. Contoh komponen itu adalah
Kolesteril nonanoat dan P-azoxyanisole.
Sel kristal cair terdiri dari selapis bahan
kristal cair yang diapit antara gelas tipis
dengan elektroda lapisan logam transparan
yang diendapkan (deposited) pada bagian
dalam gelas. Kedua keping gelas juga
transparan. Sel ini disebut sel tipe
transmitif.
Bila hanya sebuah lapisan gelas yang
transparan sedang yang lain mempunyai
lapisan reflektif, sel ini disebut tipe
reflektif . Bila tidak diaktifkan, tipe
transmitif maka sel itu meneruskan sinar
dari belakang atau dari pinggir dalam garis
lurus. Dalam hal ini sel tidak nampak
cemerlang. Bila diaktifkan, sinar yang
dating dipendarkan kedepan dan difusi sel
nampak cemerlang dibawah cahaya kamar
yang terang. Susunan pin-pin rangkaian
LCD dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.4
3.2 Rangkaian Trimpot
Rangkaian ini berfungsi untuk inputan
komparator, dimana nantinya inputan dari
trimpot ini akan di bandingkan dengan
inputan yang akan di keluarkan oleh sensor
gas TGS2610. Trimpot ini di atur agar
mempermudah dalam pembacaan pembagi
tegangan yang di lakukan oleh komparator.
3.3 Komparator
Rangkaian komparator adalah rangkaian
pembanding 2 buah tegangan. Komparator
yang akan di gunakan adalah komparator
LM 324. Dimana rangkaian LM 324
terdapat 4 rangkaian komparator.
3.7 Rangkaian Mikrokontroler
AT89S51
Rangkaian mikrokontroler AT89S51ini
berfungsi sebagai pengontrol jalannya
pendeteksi kebocoran gas. Dimana
mikrokontroler mempuyai inputan dari
sensor gas dan trimpot yang kemudian di
bandingkan dengan rangkaian komparator
yang sebagai input dari mikrokontroler.
Gambar 2.4 susunan LCD LM1632 [4]
2.5 Buzzer
Fungsi dari buzzer adalah sama seperti
speaker , yaitu untuk menghasilkan suara,
namun buzzer hanya mampu untuk
menghasilkan suara berfrekuensi tinggi,
sedangkan
speaker
mampu
untuk
menghasilkan suara dalam berfrekuensi
tinggi dan rendah. Gambar dibawah ini
memperlihatkan rangkaian dalam dari
suatu buzzer. [5]
3.1Perancangan
Dalam perancangan ini terdiri dari
beberapa blok yang akan di rangkai secara
keseluruhan.
3.1 Rangkaian Catu daya
Rangkaian catu daya ini di perlukan untuk
mensuplai tegangan pada rangkaian
pendeteksi kebocoran gas ini. Karena
tanpa adanya catu daya rangkaian ini tidak
dapat bekerja.
3. 8 Rangkaian LCD 16x2
Rangkaian lcd 16x2 ini berfungsi sebagai
tampilan bilamana terjadi kebocoran gas.
Penulis
menginginkan
bila
terjadi
kebocoran gas maka, tampilan lcd “ telah
terjadi kebocoran gas serta menampilkan
kadar gas metan”. Dan bila tidak terjadi
kebocoran gas, maka tampilan lcd “ tidak
terjadi kebocoran gas”.
3.9 Rangkaian Pengendali Kipas 1
Rangkaian
pengendalian
kipas
ini
berfungsi untuk mempelancar sirkulasi
udara pada saat terjadi kebocoran gas.
Dengan memanfaatkan relay 12v yang
berguna
sebagai
saklar
untuk
mengaktifkan kipas pada saat terjadi
kebocoran gas.
3.10 Rangkaian Pengendali Kipas 2
Rangkaian
pengendalian
kipas
ini
berfungsi untuk mempelancar sirkulasi
udara pada saat terjadi kebocoran gas.
Dengan memanfaatkan transistor 2N3055
yang berguna sebagai saklar untuk
mengaktifkan kipas pada saat terjadi
kebocoran gas.
3.11 Rangkaian Pengendali Buzzer
Rangkaian pengendalian buzzer ini
berfungsi untuk indicator bahwa telah
terjadi
kebocoran
gas.
Dengan
memanfaatkan transistor 2N3055 yang
berguna untuk mengaktifkan atau tidak
pada saat terjadi kebocoran gas.
4. Analisa Dan Pembahasan
Analisa ini bertujuan apakah alat ini dapat
bekerja dengan baik atau tidak
.
4.1 Rangkaian Power Supply
Rangkaian ini power supply ini berfungsi
untuk memberi tegangan keseluruh
rangkaian yang ada. Dimana ouput dari
power suplay ini mempunyai keluaran 5
volt dan 12 volt.
4.2 Rangkaian Trimpot
Rangkaian ini berfungsi untuk inputan
komparator, dimana nantinya inputan dari
trimpot ini akan di bandingkan dengan
inputan yang akan di keluarkan oleh sensor
gas TGS2610. Trimpot ini di atur agar
mempermudah dalam pembacaan pembagi
tegangan yang di lakukan oleh komparator.
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Trimpot 1-4.
Rangkaian
Trimpot 1
Trimpot 2
Trimpot 3
Trimpot 4
tegangan
2.94 volt
3.08 volt
3.8 volt
4.62 volt
4.3 Rangkaian Sensor Gas TGS 2610
Prinsip kerja dari Sensor gas TGS 2610
adalah hanya terdiri dari sebuah lapisan
silikon dan dua buah elektroda pada
masing-masing sisisilikon. Hal ini akan
menghasilkan perbedaan tegangan pada
outputnya ketika lapisan silikonini dialiri
oleh arus listrik. Tanpa adanya gas LPG
yang terdeteksi, arus yang mengalir pada
silikon akan tepat berada ditengah-tengah
silikon dan menghasilkan tegangan yang
sama antara elektrode sebelah kiri dan
electrode sebelah kanan, sehingga beda
tegangan yang dihasilkan pada output
adalah sebesar 0 volt.
Tabel 4.7 Pengukuran Keluaran Tegangan
Pada Sensor Gas TGS 2610
Output
Sensor
2.92 volt
Kadar
Kondisi
-
2.94 volt
500ppm
3.08 volt
1000ppm
3.8 volt
5000ppm
4.62 volt
10000ppm
Tidak ada
Gas Yang
Bocor
Ada Gas
Yang Bocor
Ada Gas
Yang Bocor
Ada Gas
Yang Bocor
Ada Gas
Yang Bocor
4.4 Rangkaian Komparator
Rangkaian komparator adalah rangkaian
pembanding 2 buah tegangan. Komparator
yang akan di gunakan adalah komparator
LM 324. Dimana rangkaian LM 324
terdapat 4 rangkaian komparator.
Berikut Tabel 4.8 Pengukuran Komparator
1-4
Tegangan
Komparat Kondi Por
or
si
t
Asum Trimp
si Gas
ot
2.92
2.94
1,25 volt
Low Por
volt
volt
t
1.4
2.96
2.94
4.54 volt
High Por
volt
volt
t
1.4
2.96
3.08
1,25 volt
Low Por
volt
volt
t
1.3
3.11
3.08
4.54 volt
High Por
volt
volt
t
1.3
3.55
3.80
1,25 volt
Low Por
volt
volt
t
1.2
3.85
3.80
4.54 volt
High Por
volt
volt
4.20
volt
4.62
volt
4.63
volt
4.62
volt
1,25 volt
4.54 volt
Low
High
t
1.2
Por
t
1.1
Por
t
1.1
4.5 Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian mikrokontroller AT89S51 ini
merupakan sistem kontrol yang mengatur
fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam
penelitian ini, mikrokontroler digunakan
sebagai sistem kontrol input dan output
saja.
4.6 Rangkaian LCD 16x2
Rangkaian ini hanya sebagai tampilan
jika terjadi peringatan tidak terjadi
kebocoran gas dan terjadi kebocoran gas.
Display karakter pada LCD diatur oleh pin
EN, RS dan RW.Jalur EN dinamakan
Enable. Jalur ini digunakan untuk
memberitahu LCD bahwa anda sedang
mengirimkan
sebuah
data.
Untuk
mengirimkan data ke LCD, maka melalui
program EN harus dibuat logika low “0”
dan set ( high ) pada dua jalur kontrol yang
lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur
kontrol Read/ Write. Ketika RW berlogika
low (0), maka informasi pada bus data
akan dituliskan pada layar LCD. Ketika
RW berlogika high ”1”, maka program
akan melakukan pembacaan memori dari
LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin
RW selalu diberi logika low ( 0 ).Berikut
tabel 4.8 hasil pengujian LCD 16x2.
Berikut gambar 4.13 rangkaian LCD.
Tabel 4.9 Hasil Tampilan Pengujian LCD
16x2
Kondisi
Kadar
Kondisi 0
Kondisi 1
500 ppm
Kondisi 2
1000 ppm
Kondisi 3
5000 ppm
Kondisi 4
10000 ppm
4.7 Rangkaian Pengendali Buzzer
Rangkaian pengendali buzer
sebagai indikator jika telah
kebocoran gas.
dibuat
terjadi
4.8 Rangkaian Pengendali Kipas 1
Rangkaian
pengendalian
kipas
ini
berfungsi untuk mempelancar sirkulasi
udara pada saat terjadi kebocoran gas.
Dengan memanfaatkan transistor 2N3055
yang berguna sebagai saklar untuk
mengaktifkan kipas pada saat terjadi
kebocoran gas.
4.9 Rangkaian Pengendali Kipas 2
Rangkaian
pengendalian
kipas
ini
berfungsi untuk mempelancar sirkulasi
udara pada saat terjadi kebocoran gas.
Dengan memanfaatkan transistor 2N3055
yang berguna sebagai saklar untuk
mengaktifkan kipas pada saat terjadi
kebocoran gas.
5. Daftar Pustaka
[1]http://nubielab.com/elektronika/analog/
pengertian-sensor juli 2011
[2] Tias Harfiansyah Akbar “ Pendeteksi
Kebocoran
Tabung
Gas
Dengan
Menggunakan Sensor Gas Figarro TGS
2610 Berbasis Mikrokontroler AT89S52 “
Jurusan Sisitem Komputer, Universitas
Gunadarma, 2010
[3] Andi Nalwan Paulus, Teknik
Pemrograman
Dan
Antarmuka
Mikrokontroler AT89C51, Edisi Pertama,
Elex Media Komputindo, Jakarta, 2003.
Juli 2011
[4] Riza Mega Umami, Tugas Akhir:
“Perancangan Dan Pembuatan Alat
Pengendali
Asap
Rokok
Berbasis
Mikrokontroler AT89S8252”, Jurusan
fisika, Fakultas Sains Dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Maulana
Malik Ibrahim, 2010. Juli 2011
[5]http://opi.110mb.com/opihomepage/pen
dukung.htm Juni 2011