BAB II TINJAUAN PUSTAKA Alat pendeteksi kadar alkohol ...

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Alat pendeteksi kadar alkohol adalah alat yang menggunakan sensor MQ 3

dan tampilan berupa LCD (Liquid Crystal Display). Sensor MQ-3 ini digunakan

untuk mendapatkan persentase dari kadar alkohol pada minuman, persentase

tersebut dapat mengetahui kadar alkohol dan golongan dari alkohol tersebut.

Penelitian yang menggunakan sensor MQ-3 sudah banyak dilakukan terutama

berkaitan tentang kadar alkohol pada zat cair.

Alat pendeteksi kadar alkohol dengan menggunakan sensor MQ-3 berbasis

mikrokontroler arduino diharapkan mampu mempermudah pendeteksian kadar

alkohol dan golongan alkohol pada minuman yang diperjualbelikan di

masyarakat. Adapun perancangan sistem ini meliputi :

2.1 Mikrokontroler Arduino Nano

Arduino Nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller

keluaran Arduino. Arduino Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan

mikrokontroller Atmega 328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168

untukArduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis

Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda.

Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catu daya, tetapi terdapat pin untuk

catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port. Arduino

Nano didesain dan diproduksi oleh Gravitech.

8

Gambar 2.1Board Arduino Nano

(sumber : (djukarna4arduino, 2015))

2.1.1 Skema dan desain board Arduino Nano

Skema rangkaian Arduino Nano dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2.2 Skema Rangkaian Arduino Nano


9

Berikut ini menunjukan lay-out board Arduino Nano serta keterangan pin-pin

yang terdapat pada board Arduino Nano.

Gambar 2.3 Konfigurasi Pin Pada Board Arduino Nano


2.1.2 Spesfikasi Arduino Nano

Arduino Nano memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Mikrokontroller : Atmel ATmega168 untuk Arduino Nano

Atmer Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x

Tegangan kerja : 5 Volt

Tegangan input : Optimal : 7 – 12 Volt

Minimum : 6 Volt

10

Maksimum : 20 Volt

Digital pin I/O : 14 pin yaitu pin D0 sampai pin D13

Dilengkapi dengan 6 pin PWM

Analog pin : 8 pin yaitu pin A0 sampai pin A7

Arus listrik maksimum : 40 mA

Flash memori : 32 Mbyte untuk Arduino Nano 3.x

16 Mbyte untuk Arduino Nano

Besar flash memori ini dikurangi 2 kbyte yang digunakan untuk

menyimpan file boatloader.

SRAM : 1 kbyte (ATmega168) dan 2 kbyte

(ATmega328)

EEPROM : 512 byte (Atmega168) dan 1 kbyte

(Atmega328)

Kecepatan clock : 16 MHz

Ukuran board : 4,5 mm x 18 mm

Berat : 5 gram

2.1.3 Daya

Arduino Nano dapat menggunakan catudaya langsung dari mini-USB port

atau menggunakan catudaya luar yang dapat diberikan pada pin30 (+) dan pin29 (-

) untuk tegangan kerja 7 – 12 V atau pin 28(+) dan pin 29(-) untuk tegangan 5V.

11

2.1.4 Memori

Atmega 168 dilengkapi dengan flash memori sebesar 16 kbyte yang dapat

digunakan untuk menyimpan kode program utama. Flash memori ini sudah

terpakai 2 kbyte untuk program boardloader sedangkan Atmega328 dilengkapi

dengan flash memori sebesar 32 kbyte dan dikurangi sebesar 2 kbyte untuk

boatloader.

Selain dilengkapi dengan flash memori, mikrokontroller ATmega168 dan

ATmega328 juga dilengkapi dengan SRAM dan EEPROM. SRAM dan EEPROM

dapat digunakan untuk menyimpan data selama program utama bekerja. Besar

SRAM untuk ATmega168 adalah 1 kb dan untuk ATmega328 adalah 2 kb

sedangkan besar EEPROM untuk ATmega168 adalah 512 b dan untuk

ATmega328 adalah 1 kb.

2.1.5 Input dan Output

Arduino Nano mempunyai 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai

pin input atau output. Pin ini akan mengeluarkan tegangan 5V untuk mode HIGH

(logika 1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0) jika dikonfigurasikan sebagai pin

output. Jika di konfigurasikan sebagai pin input, maka ke 14 pin ini dapat

menerima tegangan 5V untuk mode HIGH (logika1) dan 0V untuk mode LOW

(logika 0). Besar arus listrik yang diijinkan untuk melewati pin digital I/O adalah

40 mA. Pin digital I/O ini juga sudah dilengkapi dengan resistor pull-up sebesar

20-50 kΩ. Ke 14 pin digital I/O ini selain berfungsi sebagai pin I/O juga

mempunyai fungsi khusus yaitu :

12

Pin D0 dan pin D1 juga berfungsi sebagai pin TX dan RX untuk

komunikasi data serial. Kedua pin ini terhubung langsung ke pin IC FTDI USB-

TTL. Pin D2 dan pin D3 juga berfungsi sebagai pin untuk interupsi eksternal.

Kedua pin ini dapat dikonfigurasikan untuk pemicu interupsi dari sumber

eksternal. Interupsi dapat terjadi ketika timbul kenaikan atau penurunan tegangan

pada pin D2 atau pin D3. Pin D4, pin D5, pin D6, pin D9, pin D10 dan pin D11 dapat

digunakan sebagai pin PWM (pulse width modulator). Pin D10, pin D11, pin

D12 dan pin D13, ke empat pin ini dapat digunakan untuk komunikasi mode SPI.

Pin D13 terhubung ke sebuah LED.

Arduino Nano juga dilengkapi dengan 8 buah pin analog, yaitu pin A0, A1, A2,

A3, A4, A5, A6 dan A7. Pin analog ini terhubung ke ADC (analog to digital

converter) internal yang terdapat di dalam mikrokontroller. Pada kondisi awal, pin

analog ini dapat mengukur variasi tegangan dari 0V sampai 5 V pada arus searah

dengan besar arus maksimum 40 mA. Lebar range ini dapat diubah dengan

memberikan sebuah tegangan referensi dari luar melalui pin Vref. Pin analog selain

dapat digunakan untuk input data analog, juga dapat digunakan sebagai pin digital

I/O, kecuali pin A6dan A7 yang hanya dapat digunakan untuk input data analog

saja. Fungsi khusus untuk pin analog antara lain : Pin A4untuk pin SDA, pin

A5 untuk pin SCL, pin ini dapat digunakan untuk komunikasi I2C. Pin

Aref digunakan sebagai pin tegangan referensi dari luar untuk mengubah range

ADC. Pin reset, pin ini digunakan untuk mereset board Arduino Nano, yaitu

dengan menghubungkan pin ini ke ground selama beberapa milidetik. Board

Arduino Nano selain dapat direset melalui pin reset, juga dapat direset dengan

menggunakan tombol reset yang terpasang pada board Arduino Nano.

13

2.1.6 Komunikasi

Arduino Nano sudah dilengkapi dengan beberapa fasilitas untuk

komunikasi yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer (PC

atau Laptop), atau dengan board mikrokontroller lainnya. ATmega168 dan

ATmega328 dilengkapi dengan komunikasi serial UART TTL (5V), yang terdapat

pada pin D0 dan pin D1. Board juga dilengkapi dengan sebuah IC FTDI 232 Rl

yang dapat dihubungkan langsung ke komputer untuk menghasilkan sebuah

Virtual COM Port pada operating system.

Software Arduino (sketch) yang digunakan sebagai IDE Arduino juga

dilengkapi dengan serial monitor yang memungkinkan programmer untuk

menampilkan data serial sederhana yang dapat dikirim atau diterima dari board

Arduino Nano. Led RX dan TX yang terpasang pada board Arduino Nano akan

berkedip jika terjadi komunikasi data serial antara PC dengan Arduino

Nano.Selain dapat berkomunikasi dengan menggunakan data serial melalui virtual

com-port, Arduino Nano juga dilengkapi dengan mode komunikasi I2C (TWI)

dan SPI untuk komunikasi antar hardware.

2.1.7 Pemograman Arduino Nano

Arduino Nano dapat dengan mudah diprogram dengan menggunakan

software Arduino (sketch). Pada menu program, pilih tool – board kemudian pilih

jenis board yang akan diprogram. Untuk memprogram board Arduino dapat

memilih tipe board Arduino Diecimila atau Duemilanove atau langsung memilih

Nano W/atmega168 atau Nano W/atmega328.

14

Arduino Nano sudah dilengkapi dengan program boardloader, sehingga

programmer dapat langsung meng-up-load kode program langsung ke board

Arduino Nano tanpa melalui board perantara atau hardware lain. Komunikasi ini

menggunakan protokol STK500 keluaran ATMEL.

Programmer juga dapat mem-up-load program ke board Arduino Nano

tanpa menggunakan boatloader, tetapi melalui ICSP (In Circuit Serial

Programming) header yang sudah tersedia di board Arduino Nano. Pemograman

melalui ICSP tidak akan dibahas pada buku ini.

Gambar 2.4 Pemrograman Arduino Nano

( sumber : (http://arduino.cc/en/Reference/HomePage))

15

2.2 Sensor Gas MQ-3

Gas yang dikeluarkan melalui nafas manusia mengandung berbagai macam

zat dengan satuan konsentrasi yang sangat kecil. Salah satu zat tersebut adalah

ethanol. Alkohol atau ethanol merupakan zat yang mudah menguap dengan satuan

konsentrasi ppm ( Part Per Million ). Oleh karena itu, diperlukan suatu sensor gas

yang sangat sensitif dalam mendeteksi gas ethanol tersebut.

Model sensor yang digunakan adalah MQ 3 yang diproduksi oleh Hanwai

Electronics. Sensor ini cocok digunakan untuk mendeteksi kadar alkohol secara

langsung, misal pada nafas. Rangkaian driver untuk sensor MQ 3 sangat

sederhana, hanya perlu 1 buah variabel resistor. Output dari sensor berupa

teganggan analog yang sebanding dengan alkohol yang diterima. Antarmuka yang

digunakn cukup sederhana, bisa menggunakan ADC yang dapat merespon

teganggan 0 volt – 3,3 volt saja. Nilai resistor yang dipasang harus dibedakan

untuk berbagai jenis konsentrasi gas. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,04 mg/L

(sekitar 200 ppm) konsentrasi alkohol di udara dan resistansi pada output sekitar

200KΩ (100KΩ-470KΩ). Cara kerja sensor gas MQ-3 adalah untuk mendeteksi

gas yang tergantung dengan kontaminasi gas didalam udara bersih, dengan target

pendeteksian kontaminasi gas berupa; alkohol dan ethanol.

Gambar 2.5 Sensor Gas MQ-3

( sumber : (margionoabdil, 2015))

16

Gambar 2.6 Dimensi Sensor Gas MQ-3


Elemen sensor MQ-3 terdiri atas lapisan kristal metaloksida (SnO2) dengan

konduktivitas yang kecil dalam udara bersih. Resistansi sensor akan berubah-ubah

seiring dengan terdeteksinya keberadaan gas alkohol (etanol) oleh elemen sensor,

jika konsentrasi etanol tinggi, maka resistansi sensor akan berkurang sehingga

tegangan keluaran akan meningkat. Ketika kristal metal oksida (SnO2) pada

kondisi normal yaitu pada suhu kamar, permukaan bahan metal oksida (SnO2)

berinteraksi dengan molekul-molekul oksigen yang ada di udara. Atom-atom

oksigen akan terabsorpsi dan mengikat elektron bebas yang terdapat pada

permukaan metal oksida (SnO2). Di dalam sensor gas, arus listrik mengalir

melewati daerah sambungan (grain boundary) dari kristal SnO2. Penyerapan

oksigen pada daerah sambungan dapat mencegah muatan untuk bergerak bebas,

jika konsentrasi gas menurun, proses dioksidasi akan terjadi. Rapat permukaan

dari muatan negatif oksigen akan berkurang dan akan mengakibatkan menurunnya

ketinggian penghalang dari daerah sambungan. Menurunnya penghalang maka

resistansi sensor juga akan ikut menurun.

17

Gambar 2.7 Rangkaian Dasar Aplikasi Sensor MQ-3


Keterangan :

A dan B dapat dipertukarkan, asalkan AA dan BB dihubungkan bersama-sama

Sensor gas alkohol MQ-3 adalah sensor yang cocok untuk mendeteksi kadar

alkohol secara langsung, misalnya kadar alkohol pada napas kita. Driver untuk

sensor MQ-3 ini sangat sederhana, hanya memerlukan 1 buah resistor variabel.

Output sensor MQ-3 dalam bentuk tegangan analog yang sebanding dengan kadar

alkohol yang diterima. Interfaxe yang diperlukan juga cukup sederhana, bisa

menggunakan ADC yang dapat merespon tegangan 0 volt - 3,3 volt. Nilai resistor

yang dipsang pada sensor MQ-3 harus dibedakan terhadap berbagai jenis dan

konsentrasi gas yang ada dalam udara bersih, sehingga pada saat

menggunakannya perlu dilakukan penyesuaian. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,4

mg / L (sekitar 200 ppm) konsentrasi alkohol di udara dan pada resistansi output

sekitar 200 KΩ (100 KΩ s/d 470 KΩ).

18

Gambar 2.8 Grafik Karakteristik Sensor MQ-3


Keterangan :

Rs = Sensor resistance in displayed gases at various concentrations

Ro = Sensor resistance in 200 ppm of ethanol

Tabel 2.1 Spesifikasi Teknik Sensor MQ-3

19

Gambar 2.10 Skema Rangkaian Aplikasi Sensor MQ-3 dengan Arduino


Gambar 2.11 Rangkaian Aplikasi Sensor MQ-3 dengan IC dan Arduino


20

2.3 LCD (Liquid Crystal Display) 16x2 Karakter

LCD (Liquid Crystal Display) adalah kristal cair pada layar yang

digunakan sebagai modul tampilan infomasi dengan memanfaatkan tegangan

listrik untuk mengubah bentuk kristal-kristal cairnya sehingga membentuk

tampilan simbol, angka, dan atau huruf pada layar.

LCD merupakan rangkaian penampil yang saat ini sudah banyak

digunakan dalam perancangan-perancangan elektronika. Bila dibandingkan

dengan rangkaian penampil lainnya yaitu seven segment, maka LCD mempunyai

kelebihan yaitu dapat menampilkan karakter angka, huruf besar dan huruf kecil

serta karakter-karakter tertentu.

Gambar2.12 LCD ( Liquid Crystal Display ) 16x2

(sumber : (http://elektronika-dasar.web.id))

Mikrokontroler HD44780 produksi Hitachi yang berfungsi sebagai

pengendali LCD LMB162 memiliki CGROM (Character Generator Read Only

Memory), CGRAM (Character Generator Random Access Memory), dan

DDRAM (Display Data Random Access Memory). DDRAM merupakan memori

tempat karakter yang ditampilkan berada atau digunakan untuk mengatur tempat

penyimpanan karakter. CGRAM merupakan 15 memori untuk menggambarkan

pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai

keinginan. Namun, memori akan hilang saat power supply tidak aktif sehingga

pola karakter akan hilang. CGROM merupakan memori untuk menggambarkan

21

pola sebuah karakter dimana pola tersebut sudah ditentukan secara permanen dari

HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubahnya lagi. Namun, oleh karena

ROM bersifat permanen, pola karakter tersebut tidak akan hilang walaupun power

supply tidak aktif.

Konektor yang digunakan pada LCD LMB162 yaitu 16 pin yang tersusun sebaris.

Konfigurasi pinnya adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 Konfigurasi pin LCD LMB162

No Nama Pin Deskripsi1 GND 0V2 VCC +53 VEE Tegangan Kontras

LCD4 R/S Register Select, 0=

Register Perintah, 1=Register Data

5 R/W 1 = Read, 0 = Write6 E Enable Clock LCD,

Logika 1 setiap kalipengiriman ataupembacaan data

7 B0 Data Bus 08 B1 Data Bus 19 B2 Data Bus 210 B3 Data Bus 311 B4 Data Bus 412 B5 Data Bus 513 B6 Data Bus 614 B7 Data Bus 715 Anoda Tegangan Positif

Backlight16 Katoda Tegangan Negatif

Backlight

Seperti terlihat pada gambar konfigurasi pin LCD LMB162 dapat diketahui bahwa

konfigurasi antarmuka pin-pin tersebut menggunakan jalur data pararel, sehingga

membuat sederhana pembacaan dan penulisan yang cepat dari dan ke LCD

22

1. R/S (Register/ Select)

Bit ini digunakan untuk memilih baik data atau instruksi yang akan dikirim antara

mikrokontroler dengan LCD. Jika bit set atau kondisi 1, maka byte pada posisi

yang ditunjuk oleh cursor dapat dibaca atau ditulis. Ketika bit reset atau kondisi 0,

maka instruksi akan dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir.

Register ini merupakan register yang sangat penting di dalam LCD. Jika

RS=0, maka register command dipilih, artinya LCD siap untuk menerima kode

command antara lain clear display, cursor at home dan lain-lain. Sedangkan jika

RS=1, maka register data dipilih, artinya LCD siap untuk menerima data-data

yang ingin ditampilkan. Kode perintah LCD dijelaskan pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3 Kode perintah LCD LMB162

Code (Hex) Command to LCD InstructionRegister

1 Clear display screen2 Return home4 Decrement cursor (shift cursor

to left)6 Increment cursor (shift cursor

to right)5 Shift display right7 Shift display left8 Display off, cursor offA Display off, cursor onC Display on, cursor offE Display on, cursor blinking offF Display on, cursor blinking on10 Shift cursor position to left14 Shift cursor position to right18 Shift the entire display to the

left1C Shift the entire display to the

right80 Force cursor to begin of 1st

lineC0 Force cursor to begin of 2nd

line

23

38 2 line and 5x7 matrix

2. R/W (Read/Write)

Masukan R/W (Read/Write) ini dipakai untuk menulis informasi ke LCD

(R/W=0) atau membaca informasi dari LCD. Informasi R/W=1 saat membaca dan

informasi R/W=0 saat menulis.

3. E (Enable)

Pin enable digunakan untuk mengunci (latch) informasi dengan cara memberikan

pulsa high to low ke pin ini saat ada data yang dikirimkan ke pin data. Apabila

data yang masuk tidak di latch, maka data tidak akan sempat untuk ditampilkan.

Lebar pulsa minimum yang diberikan ke pin enable adalah 450ns.

4. B0-B7 (pin data LCD)

Pin data 8 bit yaitu B0-B7 merupakan pin untuk mengirimkan informasi ke LCD.

Informasi yang akan dikirimkan ke LCD harus dalam bentuk kode ASCII

(American Standard Code for Information Interchange).

Bentuk pulsa pada gambar 2.12 dibawah ini adalah contoh penulisan kode ASCII

dan akan ditampilkan ke layar LCD. Kode ASCII yang akan ditampilkan memiliki

panjang 8 bit dan dikirim ke LCD baik menggunakan 4 bit atau 8 bit untuk setiap

kali pengiriman. Jika mode 4 bit digunakan dua nible (4 bit dari data akan

dikirimkan, 4 bit high dan kemudian 4 bit low, dengan memberikan “E” clock

untuk tiap nible dikirimkan untuk membuat 8 bit data transfer. “E” clock

digunakan untuk inisialisasi transfer data menuju LCD.

Dalam rancang bangun sistem monitoring kadar kandungan alkohol pada

nafas pengendara mobil ini, LCD khusus digunakan untuk memberikan informasi,

yaitu menampilkan karakter berupa kadar kandungan alkohol dari nafas

24

pengendara mobil (breath/blood alcohol consentrtion/BAC) dan informasi

kelayakan mengemudikan mobil.

2.4 Buzzer

Buzzer adalah perangkat elektronik yang dapat menghasilkan suara yang

cukup keras pada saat diberikan suatu sinyal high dan low (memberi pulsa) secara

bergantian, bunyi pada buzzer tidak terdapat resonansi. Gambar 9 dibawah ini

menunjukkan bentuk fisik dari buzzer.

Gambar 2.14 Buzzer

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Alat pendeteksi kadar alkohol ...

Documents