PEMBUATAN SISTEM KONTROL GAS AMONIA BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO FATWA YUDISTIRA HAIKAL WIBOWO DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2017
PEMBUATAN SISTEM KONTROL GAS AMONIA
BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
FATWA YUDISTIRA HAIKAL WIBOWO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2017
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Sistem
Kontrol Gas Amonia Berbasis Mikrokontroler Arduino adalah benar karya saya
dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2017
Fatwa Yudistira Haikal Wibowo
ABSTRAK
FATWA YUDISTIRA HAIKAL WIBOWO. Pembuatan Sistem Kontrol Gas
Amonia Berbasis Mikrokontroler Arduino. Dibimbing oleh MAHFUDDIN
ZUHRI.
Gas amonia adalah salah satu gas yang beracun yang dapat meneyebabkan
kematian pada manusia atau hewan. Dalam penelitian ini dibangun sebuah sistem
pengontrol yang dapat mengatasi bahaya keracunan akibat adanya gas amonia.
Sistem pengontrol dibuat menggunakan dan menggunakan relay sebagai saklar
otomatis untuk kipas, kipas yang digunakan sebagai pembuang gas amonia, sensor
MQ-135 sebagai sensor pendeteksi keberadaan konsentrasi gas amonia dalam
satuan part per million (ppm). Sistem pengontrol beroperasi menggunakan
arduino uno untuk mengirim perintah on/off otomatis pada relay sebagai saklar
otomatis dari kipas, ketika sensor membaca konsentrasi gas diatas 5 ppm maka
peintah yang dikirim adalah on kemudian kipas akan menyala dan apabila
dibawah 5 ppm perintah yang dikirim adalah off kemudian kipas mati.
Kata kunci: gas amonia, sensor mq-135, relay, arduino uno, sistem pengontrol
ABSTRACT
FATWA YUDISTIRA HAIKAL WIBOWO. Making Cotrolling System of
Amonia Gas with Arduino Microcontroller Basic’s. Supervised by MAHFUDDIN
ZUHRI.
Ammonia gas is one of poison gas, it’s can caused death at human and
animal. In this research was build a controlling system that can resolving
poisioning danger by ammonia gas. The controlling system maked by using a
relay as automatic switch for fan, a fan as ammonia gas waster, a MQ-135 sensor
as detectioning sensor of ammonia gas and using consentrations unit part per
million (ppm). The operation of controlling system is used arduino uno for
sending command on/off to relay as automatic switch for fan, when the sensor
was read ammonia gas concentration up to 5 ppm, the sending command is on
than fan is on and if under 5 ppm, the sending command is off then the fan is off. Key words: ammonia gas, MQ-135 sensor, relay, arduino uno, controlling system
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
FATWA YUDISTIRA HAIKAL WIBOWO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2017
PEMBUATAN SISTEM KONTROL GAS AMONIA
BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
PRAKATA
Puji syukur saya panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada saya sebagai penulis sehingga saya
dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pembuatan Sistem Kontrol Gas
Amonia Berbasis Mikrokontroler Arduino. Penelitian dilaksanakan dari bulan Mei
2015 sampai bulan November 2016. Penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Ibu Koriah SPd, Malikah Arrizqi Amd, dan Bapak Sunarto (Ato) selaku
ibu, adik, dan bapak tiri saya yang senantiasa mendoakan dan mendukung
saya.
2. Bapak Mahfudin Zuhri MSi sebagai dosen pembimbing yang selalu
memotivasi saya untuk menyelesaikan skripsi ini.
3. Teman-teman penghuni kontrakan TDP Budi Suryo Jatmiko SSi, Andrian
Tri Putra SSi, Febrian Vernando SSi, Sony Achmad Louis SSi
4. Rekan-rekan fisika angkatan 46, 47, 48, 49 dan 50.
5. Semua teman-teman civitas IPB yang selalu mendorong dan memberikan
semangat serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu
yang telah banyak membantu dan mendoakan saya.
Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk kita semua.
Saya menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan
saran yang membangun sangat penulis harapkan.
Bogor, Januari 2017
Fatwa Yudistira Haikal Wibowo
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 1
Rumusan Masalah 2
Hipotesis 2
Manfaat 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Amonia 2
Arduino Uno 3
Relay srd-05vdc-sl-c 3
Sensor Gas MQ-135 3
METODE PENELITIAN 5
Tempat dan Waktu Penelitian 5
Alat dan Bahan 5
Prosedur Penelitian 5
Studi Pustaka 5
Perancangan Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 5
Pengkalibrasian Sensor MQ-135 6
Pengujian Sistem Kontrol 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Perancangan Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 7
Pengkalibrasian Sensor MQ-135 9
Pengujian Sistem Kontrol 11
SIMPULAN DAN SARAN 12
Simpulan 12
Saran 12
DAFTAR PUSTAKA 12
LAMPIRAN 13
RIWAYAT HIDUP 20
DAFTAR TABEL
1 Hasil Pengujian Sensor MQ-135 terhadap Sumber Gas Amonia 25% 10 2 Hasil Pengujian Sensor MQ-135 dengan Pembanding Ammonia Test
Kit 10 3 Hasil Pengujian Sistem Kontrol 11
DAFTAR GAMBAR
1 Sensor MQ-135 a) Sensor10
b)Struktur sederhana MQ10
4 2 Arduino Uno
11 4
3 Relay srd-05vdc-sl-c a) Relay9 b) Struktur sederhana relay
12 4
4 Amonia a)Geometri molekul13
b)Struktur molekul14
4
5 Modul sistem kontrol gas amonia 6 6 Rangkaian Arduino dengan relay dan kipas 8 7 Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2 8 8 Rangkaian Arduino dengan sensor MQ-135 9 9 Pola nilai konsentrasi yang terbaca pada Sensor MQ-135 (SMQ-135)
dan Ammonia Test Kit (ATK) dengan sampel Amonia (Am) dan
Aquades (Aq) masing-masing 3 ml 11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Skematik Sensor MQ-135 dan Tampilan LCD 16x2 Sistem Kontrol
Gas Amonia 13 2 Skematik Arduino Uno
9 14
3 Diagram Alir Penelitian 15 4 Potongan Source Code Program Sistem Kontrol Gas Amonia 16
5 Baku Tingkat Kebauan Gas dan Gambar Board Tambahan Arduino 17 6 Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 1 18 7 Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 2 19
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Udara merupakan komponen yang sangat penting bagi keberlangsungan hidup
tumbuhan,hewan dan manusia. Udara sendiri terdiri dari beberapa unsur gas yang
menyusunnya, udara juga memiliki peran penting dalam melindungi segala kehidupan
di bumi dari radiasi sinar matahari.1 Unsur gas tersebut memiliki dua sifat yaitu beracun
dan tidak beracun, unsur gas yang tidak beracun jika memberi manfaat untuk tubuh
mahluk hidup seperti bernafas, sedangkan unsur gas yang beracun memberi dampak
yang buruk bagi tubuh mahluk hidup seperti timbulnya gangguan pernafasan.
Salah satu gas yang beracun adalah gas amonia. Gas amonia adalah suatu gas
yang tidak berwarna dan menimbulkan bau yang sangat kuat. Apabila terpapar gas
amonia dalam konsentrasi yang cukup tinggi dapat menyebabkan batuk dan iritasi
terhadap sistem pernapasan.2 Gas amonia merupakan salah satu gas pencemar udara
yang dapat dihasilkan dari penguraian senyawa organik oleh mikroorganisme seperti
dalam proses pembuatan kompos, dalam industri peternakan, dan pengolahan sampah
kota, juga dapat berasal dari sumber antrophogenik seperti industri pupuk urea, industri
asam nitrat dan dari kilang minyak. Dalam keputusan menteri negara lingkungan hidup
mengenai baku tingkat kebauan untuk daerah indsutri (Kep-50/MENLH/ 1996)
ditetapkan baku mutu gas amonia di udara ambien adalah sebesar 2 ppm.3
Ambang batas dari amonia selain untuk lingkungan manusia untuk lingkungan
peternakan juga ada yaitu sebesar 5-20 ppm.4 Apabila diluar ambang batas yang
tersebut, dapat menyebabkan iritasi pada mata dan tenggorokan hewan ternak bahkan
bisa menyebabkan kematian pada hewan ternak.5 Hal tersebut jelas akan merugikan
para peternak di negara manapun khususnya negara Indonesia yang sebagian besar
bergantung pada pertanian dan peternakan.
Berdasarkan latar belakang di atas, maka penelitian mengenai pembuatan sistem
kontrol konsentrasi gas amonia menarik untuk diteliti. Sehingga peneliti ingin
mengadakan penelitian tentang pembuatan sistem kontrol konsentrasi gas amonia, yang
nantinya dapat dimanfaatkan untuk menekan angka keracunan akibat adanya gas
amonia yang terjadi pada manusia maupun hewan. Penelitian ini akan memanfaatkan
mikrokontroler arduino uno dan sensor gas yang spesifik mendeteksi adanya gas amonia,
mengukur adanya gas amonia dan mengontrolnya ketika konsentrasi gas amonia di atas
ambang batas paparan di udara bebas sebesar 5 ppm berdasarkan penelitian sebelumnya.
Apabila melebihi ambang batas 5 ppm kipas angin dengan otomatis dalam keadaan on
untuk mengurangi konsentrasi gas amonia sampai di bawah ambang batas 5 ppm.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat suatu perangkat instrumentasi untuk
sistem kontrol gas amonia secara otomatis menggunakan relay sebagai saklar, kipas
sebagai aktuator dan sensor MQ-135 sebagai sensor gas amonia.
2
Rumusan Masalah
Bagaimana membuat suatu sistem pengontrol gas amonia dengan menggunakan
relay, mikrokontroler arduino, sensor gas, dan aktuator kipas angin.
Hipotesis
Amonia merupakan salah satu gas beracun yang dapat membunuh manusia dan
hewan. Sensor gas MQ-135 dapat mendeteksi keberadaan gas amonia. Sehingga guna
mengurangi resiko keracunan akibat gas amonia maka dengan sensor MQ-135 dapat
dibuat sistem kontrol untuk gas amonia.
Manfaat
Mendapatkan solusi dari permasalahan keracunan akibat gas amonia. Solusi
didapat melalui sistem kontrol untuk gas amonia dengan perintah on atau off secara
otomatis menggunakan relay dan kipas sebagai aktuator pembuang gas .
TINJAUAN PUSTAKA
Amonia
Amonia adalah unsur kimia yang bersifat basa dan memiliki ciri dalam bentuk gas,
sangat iritan, tidak berwarna, dan memiliki bau yang sangat tajam. Amonia memiliki
sifat sangat mudah larut dan akan membentuk larutan amonium hidroksida yang
mangakibatkan dampak negatif bagi tubuh seperti iritasi dan terbakar. Dalam bidang
produksi, amonia sering di gunakan untuk produksi bahan peledak, farmasi, pestisida,
tekstil, bahan-bahan yang terbuat dari kulit binatang, pencegah api, plastik, kertas dan
bubur kertas, karet petroleum, dan sianida.6
Gejala dari keracunan akibat amonia bergantung pada tiga kondisi yaitu jalan
pemaparan, dosis, dan lama pemaparan. Gejala-gejala tersebut berupa mata berair dan
gatal, hidung iritasi, gatal dan sesak, iritasi tenggorokan, kerongkongan, dan jalan
pernafasan terasa panas dan kering, batuk-batuk. Dosis yang tinggi dapat
mengakibatkan kebutaan, kerusakan paru-paru, bahkan kematian.6
Struktur molekul yang dimiliki amonia adalah trigonal pyramidal dimana
pasangan elektron bebas memaksa pasangan ikatan lebih dekat NH dengan sudut antara
H-N-H ikatan sebesar 107,30 (Gambar 4a). Amonia termasuk kedalam senyawa yang
bersifat polar sama dengan air yang memiliki sepasang elektron bebas, memiliki kutub
negatif dan positif, dan dapat mudah larut dalam air dan pelarut lainnya (Gambar 4b).
3
Arduino Uno
Arduino adalah board mikrokontroler yang dibuat untuk memudahkan dalam
membangun berbagai aplikasi elektronik. Arduino merupakan salah satu hardware yang
bersifat open source yang mulai dikembangkan pada tahun 2005 oleh Massimo Banzi
dan David Cuartiles.7 Untuk pemrogamannya sendiri melalui software khusus yaitu
Integrated Development Environment (IDE) Arduino yang dibangun menggunakan
bahasa pemrograman Java oleh Massachusetts Institute of Technology.
Arduino Uno memiliki dimensi ukuran panjang 68.6 mm dan lebar 53.4 mm
dengan keluaran tegangan 5 volt dan keluaran arus 20 mA untuk I/O Pin dan 50 mA
untuk 3.3V pin. Tegangan masukan pada arduino 7-12 Volt. Menggunakan
mikrokontroler Atmega 328P dengan Flash Memory 32 kb (Gambar 1).7
Relay srd-05vdc-sl-c
Relay merupakan saklar elektromekanikal yang beroperasi menggunakan prinsip
elektromagnet untuk menggerakan kontak saklar yang tersusun dari sebuah kumparan
kawat dangan inti besi lunak dengan prinsip kerja apabila terdapat aliran arus listrik
maka akan memberi efek magnet pada kumparan yang nantinya akan menggerakan
kontak saklar (Gambar 2b).8
Relay srd-05vdc-sl-c adalah salah satu produk piranti elektronik relay yang di
produksi oleh perusahaan cina songle relay dengan spesifikasi memiliki daya tahan
sampai 10 A, menggunakan tegangan rendah 5V, tegangan AC maksimal 250V, tipe
SPDT (Single Pole Double Throw), dan berbahan plastik untuk ketahanan terhadap
suhu tinggi (Gambar 2a).9
Sensor Gas MQ-135
Sensor gas MQ-135 merupakan salah satu sensor pendeteksi gas dengan
menggunakan bahan semikonduktor SnO2. Sensor ini biasa digunakan untuk
pengukuran tingkat kualitas udara. Sensor ini mampu mendeteksi berbagai macam gas
yang di hasilkan dari polutan yang bersifat berbahaya dan beracun, salah satunya yaitu
gas amonia (Gambar 3a).10
Sensor gas MQ-135 memiliki kinerja yaitu dengan menampilkan data analog yang
terbaca pada sensor dengan cara membaca tegangan keluaran yang diperoleh pada saat
material semikonduktor terpapar gas amonia. Saat material semikonduktor SnO2 yang di
berikan sebuah tegangan dan panas maka ketika terpapar gas amonia (NH3) akan terjadi
perpindahan energi dan pergerakan aliran elektron sehingga akan menghasilkan
tegangan yang merupakan tegangan keluaran dan memeiliki nilai yang berbeda dari
tegangan masukan (Gambar 3b) dengan persamaan rangkaian sebagai berikut
Dengan adalah power of sensitifity body atau tegangan keluaran, adalah test
voltage atau tegangan masukan, adalah sensing resistance atau hambatan yang
terbaca pada sensor, dan adalah load resistance atau hambatan tetap yang dipakai
pada sensor dengan besar hambatan 10 kΩ.
4
Gambar 2 Arduino Uno11
Gambar 3 Relay srd-05vdc-sl-c a) Relay9 b) Struktur sederhana relay
12
a b
Gambar 4 Amonia a)Geometri molekul13
b)Struktur molekul14
Gambar 1 Sensor MQ-135 a) Sensor10
b)Struktur sederhana MQ10
5
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Jaringan dan Mikrokontroler
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor. Mulai bulan Mei 2015 sampai bulan November 2016.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Laptop Asus A44H dengan
Processor Intel(R) Core(TM) i3-2310M CPU @ 2.10GHz 2.10GHz, RAM 2.00GB dan
64-bit Operating System, Solder , Masker dan Chamber kalibrasi sensor. Untuk
perangkat lunak menggunakan Windows 7 Ultimate, Microsoft Office 2010, Arduino
IDE 1.0.6, Eagle 6.3.0, dan Google SketchUp.
Bahan yang digunakan adalah Amonia cair satu liter, Aquades cair lima liter, satu
modul Relay, satu Arduino Uno, satu kipas angina, sensor gas MQ-135, satu resistor
(220Ω), satu potensio resistor, satu LCD 16x2, satu pematri, satu timah patri (Asahi),
satu PCB-IC, delapan spacer, 20 connector with female TRS, dan dua Adaptor AC-DC.
Prosedur Penelitian
Studi Pustaka
Penelitian ini dimulai dengan studi pustaka untuk mengetahui komponen-
komponen yang dibutuhkan dalam penelitian dan beberapa metode cara pengambilan
dan pengolahan data yang terbaca pada sensor.
Perancangan Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia
Prototype sistem kontrol gas amonia merupakan seperangkat hardware
terintegrasi yang dapat melakukan pengiriman perintah on atau off kepada aktuator,
setelah sensor membaca konsentrasi gas yang terdapat di dalam suatu ruangan.
Pada pembuatan protoype ini menggunakan sensor gas MQ-135, Arduino Uno,
modul Relay ,LCD 16x2, dan kipas angin. Gambar 4 memperlihatkan modul sistem
kontrol gas amonia. Dimana sensor MQ-135 sebagai sensor, mikrokontroler arduino
uno sebagai pemerosesan data analog yang terbaca pada sensor dan memproses
pengiriman perintah on/off pada relay, rekay sebagai saklar otomatis untuk kipas, dan
kipas sebagai aktuator sensor untuk membuang gas amonia.
Prosedur pertama yang dilakukan adalah membuat board tambahan pada arduino
dengan menggunakan software Eagle 6.3.0 dan mencetaknya pada PCB untuk
menggabungkan modul relay, sensor gas MQ-135, LCD 16x2, dan kipas angin dengan
arduino.
6
Prosedur yang kedua adalah membuat source code untuk pemrograman di arduino
dengan menggunakan software Arduino IDE 1.0.6 untuk mengoperasikan modul sensor
gas MQ-135, setelah itu mengirimnya ke arduino dan arduino akan melakukan
pengkalibrasian data sensor terhadap keberadaan konsentrasi gas amonia serta
menampilkannya pada LCD 16x2.
Prosedur yang ketiga adalah mengirimkan informasi yang dikirim secara otomatis
oleh mikrokokntroler berupa sebuah perintah on atau off kepada modul relay yang
terhubung pada saklar on/off aktuator kipas angin, yang digunakan untuk mengurangi
konsentrasi gas amonia yang terbaca oleh sensor.
Pengkalibrasian Sensor MQ-135
Pengkalibrasian sensor meliputi pengujujian pada sensor MQ-135 terhadap
keberadaan gas amonia yang dilakukan melalui pembuatan program arduino
menggunakan arduino IDE 1.0.6 sehingga gas lain tidak akan terdeteksi oleh sensor dan
pembandingan data alat dengan data pembacaan alat ukur lainnya.
Pengambilan data khusus amonia dilakukan dengan mengujinya pada sumber gas
amonia, kemudian data akan ditampilkan pada serial monitor software arduino dengan
membandingkan beberapa gas yang bisa terbaca sesuai yang tertera di datasheet sensor
meliputi CO2, CO, Benzene, dan Amonia.
Setelah itu baru pengambilan pembanding data terhadap alat yang di buat
menggunakan data dari alat ukur kadar konsentrasi amonia lainnya dalam ukuran part
per million (ppm), dalam percobaan ini alat pembanding yang digunakan adalah
amonia test kit yang dapat membaca konsentrasi amonia hingga 4 ppm. Sampel yang di
uji meliputi aquades sebagai keadaan tidak ada gas amonia dan amonia cair 25%
sebagai keadaan adanya gas amonia.
Pengujian Sistem Kontrol
Pengujian dilakukan dengan cara menaruh sensor pada sebuah ruang yang
didalamnya terdapat konsentrasi gas amonia dan telah dipasang kipas sebagai pembuang
gas amonia. Perintah on/off akan dikirim arduino ke relay yang digunakan sebagai
sakalar otomatis dari kipas. Untuk batasan konsentrasi amonia yang digunakan yaitu 5
ppm. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan dan data akan di tampilkan
pada LCD 16x2 dan di catat manual baik saat kondisi on maupun off dari kipas.
Gambar 5 Modul sistem kontrol gas amonia
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia
Perancangan tambahan untuk arduino berbentik lempengan kotak dengan ukuran
yang mendekati arduino yaitu 7.9 cm dan 5.9 cm, ukuran tersebut peneliti ambil guna
bisa menyesuaikan dengan arduino ketika dipasang diatasnya (lampiran 5). Untuk
rangkaian yang peneliti board buat adalah rangkaian LCD 16x2 sebagai tampilan hasil
pengukuran sensor MQ-135 berupa nilai konsentrasi dalam satuan ppm, Relay sebagai
saklar otomatis yang akan mengaktifkan kipas setelah mendapat instruksi dari
mikrokontroler, Tombol Restart sebagai restart apabila ingin mengulang pengoperasian
sistem kontrol gas amonia ini , dan Sensor MQ-135 sebagai sensor.
Rangkaian LCD 16x2 meliputi penghubungan beberapa pin dari arduino ke LCD
16x2 yaitu pin D5,D4,D3,D2,D11, dan D12 arduino dengan pin D4,D5,D6,D7,E, dan
RS pada LCD16x2, pin GND arduino dengan pin VSS,RW, dan K pada LCD 16x2, pin
VCC (5 V) arduino dengan pin VDD, pin A yang dirangkai dengan resistor 220 Ohm,
dan pin V0 yang dirangkai dengan potensio resistor pada LCD 16x2 (Gambar 5).Relay
sendiri terdapat 3 pin yang dihubungkan pada arduino yaitu pin VCC, GND, dan IN
yang dihubungkan dengan pin GND, VCC, dan D10 pada arduino (Gambar 6). Tombol
restrart hanya menghubunghkan pin Restart dan GND pada arduino menggunakan
pushbutton . Dan terakhir adalah rangkaian sensor MQ-135 yang menghubungkan pin
A4, GND, dan VCC pada arduino dengan pin DATA, GND, dan VCC pada sensor MQ-
135 (Gambar 7).
Pembuatan board tersebut menggunakan software Eagle 6.3.0 sebagai gambaran
desain rangkaian yang hendak di cetak pada PCB. Setelah desain selesai kemudian
peneliti mencetaknya nya pada transfer paper setelah di cetak peneliti mengeceknya
kembali dengan mensesuaikan pada pin arduino apabila posisi pin pada rangkaian telah
tepat, maka peneliti langsung menyetrikanya pada PCB yang telah dibersihkan terlebih
dahulu agar debu tidak menghalangi cetakan desain rangkaian. Peneliti membutuhkan
waktu kurang lebih 5 sampai 10 menit proses penyetrikaan, setelah itu peneliti
melepaskan transfer paper pada PCB dengan kondisi didalam air agar tinta rangkaian
merekat lebih kuat pada PCB. Setelah itu masuk ke proses peluruhan tembaga (etching)
menggunakan FeCl3 guna menghilangkan tembaga pada PCB yang tidak tertutup tinta
rangkaian.
Peneliti melakukan proses etching kurang lebih 10 sampai 15 menit dengan
menggoyang-goyangkan tempat proses etching agar tembaga lebih cepat meluruh.
Setelah yang terlihat pada PCB hanya tinta rangkaian, peneliti mangangkat PCB dan
mengelapnya dengan tisu yang dibasahi bensin agar tinta hitam itu luntur dan tembaga
pada PCB dalam bentuk rangkian akan terlihat. Setelah itu peneliti mengeringkannya
kemudian melakukan proses pengeboran pada lubang-lubang komponen dan pin
rangkaian, kemudian pengecekkan menggunakan multimeter untuk tiap jalur yang
terdapat pada rangkaian board tambahan tersebut. Setelah tersambung semua
selanjutnya tahap terakhir penyolderan komponen pada board tambahan kemudian
pengecekan jalur pada rangkaian dilakukan kembali guna memastikan semua
tersambung apabila semua telah tersambung maka board tambahan telah siap
digunakan.
8
Setelah board tambahan arduino selesai peneliti membuat source code program
dengan menggunakan software arduino IDE 1.0.6 meliputi fungsi pendefinisian pin-pin
yang di gunakan pada arduino kemudian fungsi looping sebgai pengulangan secara
berkala untuk program dengan memasukan fungsi tampilan lcd, relay, dan sensor MQ-
135 yang sudah dikonversi ke pembacaan ppm.
Setelah program utama selesai dibuat dan telah di upload ke arduino serta
berfungsi dengan baik, peneliti menambahan fungsi logika if else pada fungsi looping
program untuk memberikan perintah on/off pada relay sebagai saklar otomatis kipas
dengan memasukkan logika on atau 1 apabila konsentrasi gas amonia yang terbaca
sensor lebih dari 5ppm dan off atau 0 ketika dibawah 5ppm.
Gambar 6 Rangkaian Arduino dengan relay dan kipas
Gambar 7 Rangkaian Arduino dengan LCD 16x2
9
Pengkalibrasian Sensor MQ-135
Pengkalibarisan sensor MQ-135 dilakukan guna mendapatkan data dan sebuah
kesimpulan bahwa sensor MQ-135 dapat membaca keberadaan konsentrasi gas amonia.
Serta membuat sensor MQ-135 hanya dapat membaca gas amonia agar tidak terjadi
gangguan pembacaan sensor terhadap keberadaan gas lain apabila sistem kontrol sedang
beroperasi.
Pengkalibrasian tersebut meliputi pengambilan data sensor MQ-135 terhadap
sumber gas amonia dan pembandingan data yang terbaca sensor dengan data alat ukur
lainnya sebagai kalibrator yaitu amonia test kit dengan rentang pembacaan alat 0 ppm
sampai dengan 4 ppm. Apabila data-data yag di dapat sudah benar dan sesuai dengan
kalibrator, maka sensor MQ-135 dapat digunakan dalam sistem kontrol gas amonia ini.
Pengambilan data pertama yaitu data dari pengujian sensor terhadap sumber gas
amonia dengan menempatkan sensor diatas botol amonia cair 1L selama 5 menit atau
300 detik yang kemudian akan ditampilkan datanya pada serial monitor arduino I.D.E
1.0.6 disertai beberapa tampilan gas lain yang terdapat pada datasheet yang dimiliki
sensor MQ-135. Peneliti malakukan pengambilan data 6 kali pengulangan dengan
sampel yang sama dan data tersebut akan di bagi 300 sehingga yang diperoleh adalah
data rata-rata tiap detik .
Pengambilan data yang kedua adalah data dari pembacaan sensor ketika berada
didalam chamber yang didalamnya terisi dengan gas amonia yang dihasilkan dari proses
penguapan amonia cair sebanyak 3 ml, data akan ditampilakan pada serial monitor
arduino dan data yang diambil selama 5 menit atau 300 detik dengan pengulangan
sebanyak 10 kali baik sensor maupun kalibrator yang kemudian data tersebut akan di
jumlah dan kemudian di bagi 300 sehingga data yang diperoleh adalah data rata-rata
tiap detik yang terbaca pada sensor.
Peneliti memperoleh data bahawa konsentrasi amonia yang terbaca pada sensor
adalah 25.99 ppm sedangkan untuk gas CO2, CO, dan Benzene adalah 0 ppm sehingga
dapat disimpulkan bahwa sensor gas MQ-135 dapat menampilkan pembacaan gas
amonia dan keberadaan gas lain tidak ditampilkan.
Gambar 8 Rangkaian Arduino dengan sensor MQ-135
10
Sedangkan untuk pembandingan data dengan alat ammonia test kit diperoleh data
yang menunjukan bahwa source code program yang di buat telah mampu membuat
sensor MQ-135 membaca konsentrasi gas amonia mendekati alat ammonia test kit
sebagai kalibrator. Untuk data pembacaan konsentrasi amonia paling tertinggi adalah
pengulangan ke-10 yaitu 0.29 ppm pada sensor dan 0.25 ppm pada kalibrator hal
tersebut dikarenakan trjadinya kejenuhan sensor dalam membaca konsentrasi gas
amonia, sedangkan hasil yang paling mendekati terdapat pada pengulangan ke-1 sampai
ke-9 yaitu sebesar 0.25 ppm baik sensor maupun kalibrator. Untuk pengujian terhadap
aquades untuk semua pengulangan baik pada sensor MQ-135 maupun kalibrator
memiliki nilai sama yaitu 0 ppm.
Dari hasil data yang di peroleh melalui pengujian sensor MQ-135 maka sensor
MQ-135 dapat membaca keberadaan konsentrasi gas amonia dengan baik dan sangat
mendukung bagi pembuatan sistem kontrol gas amonia ini.
Tabel 1 Hasil Pengujian Sensor MQ-135 dengan Pembanding Ammonia Test Kit
Pengulangan
Konsentrasi (ppm) yang terbaca pada
Sensor MQ-135 Ammonia Test Kit
Aquades(3 ml) Amonia(3 ml) Aquades(3 ml) Amonia(3 ml)
1 0 0.25 0 0.25
2 0 0.25 0 0.25
3 0 0.25 0 0.25
4 0 0.25 0 0.25
5 0 0.25 0 0.25
6 0 0.25 0 0.25
7 0 0.25 0 0.25
8 0 0.25 0 0.25
9 0 0.25 0 0.25
10 0 0.29 0 0.25
Tabel 2 Hasil Pengujian Sensor MQ-135 terhadap Sumber Gas Amonia 25%
Pengulangan Konsentrasi (ppm)
CO2 CO Benzena Amonia(1 L)
1 0 0 0 25.99
2 0 0 0 25.99
3 0 0 0 25.99
4 0 0 0 25.99
5 0 0 0 25.99
6 0 0 0 25.99
11
Gambar 9 Pola nilai konsentrasi yang terbaca pada Sensor MQ-135 (SMQ-135) dan
Ammonia Test Kit (ATK) dengan sampel Amonia (Am) dan Aquades (Aq)
masing-masing 3 ml
Pengujian Sistem Kontrol
Pengujian sistem kontrol dilakukan untuk mengecek apakah logika on/off pada
pembuatan source code program bisa beroperasi dengan baik. Ambang batas amonia
yang digunakan dalam penerpan logika on/off adalah 5 ppm berdasarkan penelitian
sebelumnya. Data yang diperoleh meliputi konsentrasi aktual dari gas amonia yang
terbaca oleh sensor dan ditampilkan pada LCD 16x2 serta kondisi on/off dari kipas.
Untuk konsentrasi aktual gas amonia terjadi penurunan konsentrasi yang signifikan
yaitu untuk pengulangan ke 1 yaitu 153 ppm,87 ppm, 35 ppm, 20 ppm, 4 ppm, 0 ppm,
pengulangan ke 2 yaitu 327 ppm, 151 ppm, 64 ppm, 35 ppm, 3 ppm, 0 ppm, dan
pengulanag ke 3 yaitu 259 ppm, 126 ppm, 57 ppm, 25 ppm, 2 ppm, 0 ppm.
Sedangkan untuk keadaan on/off kipas pada pengulangan ke 1 yaiu off pada saat
konentrasi yang terbaca 4 ppm dan 0 ppm dan on ketika 153 ppm, 87 ppm, 35 ppm, dan
20 ppm. Pada pengulangan ke 2 yaiu off pada saat konentrasi yang terbaca 3 ppm dan 0
ppm dan on ketika 327 ppm, 151 ppm, 64 ppm, dan 35 ppm. Pada pengulangan 3 yaiu
off pada saat konentrasi yang terbaca 2 ppm dan 0 ppm dan on ketika 259 ppm, 126 ppm,
57 ppm, dan 25 ppm.
Tabel 3 Hasil Pengujian Sistem Kontrol
Nomor
Pengulangan ke- 1 Pengulangan ke- 2 Pengulangan ke- 3
Konsentrasi
(ppm)
Keadaan
Kipas
Konsentrasi
(ppm)
Keadaan
Kipas
Konsentrasi
(ppm)
Keadaan
Kipas
1 153 On 327 On 259 On
2 87 On 151 On 126 On
3 35 On 64 On 57 On
4 20 On 35 On 25 On
5 4 Off 3 Off 2 Off
6 0 Off 0 Off 0 Off
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ko
nse
ntr
asi (
pp
m)
Pengulangan ke-
SMQ-135Aq
SMQ-135Am
ATKAq
ATKAm
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pembuatan sistem kontrol gas amonia berbasis mikrokontroler arduino dengan
relay sebagai saklar otomatis dari kipas sebagai aktuator dan sensor MQ-135 sebagai
sensor telah direalisasikan. Namun masih terdapat kekurangan pada saat pengulangan
pembacaan sensor yang dilakukan berkali-kali akan mengakibatkan sensor menjadi
jenuh terhadap keberadaan gas amonia sehingga pembacaan data yang diperoleh mulai
tidak tepat dan terjadi pembacaan konsentrasi dengan perubahan yang signifikan.
Saran
Pembuatan program sistem kontrol yang lebih baik lagi sangat dianjurkan agar
tidak terjadi perubahan yang sangat signifikan terhadap konsntrasi yang terbaca sensor
serta perlu ditambahkan jedah waktu penetralan sensor ketika hendak mengambil
pengujian sensor secara berulang. Selain itu perlu ditambahnya sensor agar data yang
terbaca bisa mewakili keseluruhan ruang sehingga dapat diterapkan langsung pada
sebuah ruangan dan perlu dilakukan pengujian terhadap sumber gas lainnya seperti
CO,CO2, dan benzene sesuai yang tertera pada grafik data sheet sensor MQ-135 serta
perlu adanya pembanding perhitungan dari pembacaan sensor terhadap konsentrasi gas
amonia (1 L).
DAFTAR PUSTAKA
1. Sastrawijaya, AT. Pencemaran Lingkungan . Jakarta (ID): Rineka Cipta. 2000.
2. Meirinda. Faktor-Faktor Yang Berhubungan Dengan Kualitas Udara Dalam
Rumah Di Sekitar Tempat Pembuangan Akhir Sampah Kelurahan Terjun
Kecamatan Medan Marelan Tahun 2008 [Tesis]. Medan (ID) : SPS UNSU.
2008.
3. Menteri Negara Lingkungan Hidup. Keputusan Menteri Negara Lingkungan
Hidup Nomor : KEP-50/MENLH/11/1996 tentang Baku Tingkat Kebauan.
Jakarta (ID): Menteri Negara Lingkungan Hidup. 1996.
4. Heriawan R, Suciati SW, Supriyanto S. Alat Pengontrol Emisi Gas Amonia
(NH3) di Peternakan Ayam Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535
Menggunakan Sensor Gas MQ-137. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika.
2013.1(1):69-73.
5. Charles dan Haryono. Pengaruh Amonia Pada Usaha Dan Lingkungan
Peternakan Ayam. 1991. [Internet]. [dilihat 2015 Februari 3]. Tersedia
pada: http://arboge.com/pengaruh-amonia-pada-usaha-dan-lingkungan-
peternakan-ayam/.html.
6. Hutabarat Imelda O. Analisa Dampak Gas Amonia dan Klorin Pada FAAL Paru
Pekerja Pabrik Sarung Tangan Karet “X” Medan [Tesis]. Sumatera
Utara(ID): Universitar Sumatera Utara. 2007.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1 Skematik Sensor MQ-135 dan Tampilan LCD 16x2 Sistem Kontrol Gas
Amonia
Skematik Sensor MQ-135
Tampilan LCD 16x2 Sistem Kontrol Gas Amonia
7. Margolis M. Arduino Cookbook. Published by O’Reilly Media, Inc., 1005.
Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472. 2011.
`8. Alfalah, Widodo TS. Alat Pencegah Kebakaran Berbasis Mikrokontroler
AT89851 pada Box Panel Kontrol Listrik. Jurnal Teknik
Elektro.2009.1(1):53-61.
9. Anonim. Songle Relay. Datasheet Relay SRD.
10. Anonim. MQ-135.datasheet MQ-135.
11. Arduino. c2016. Arduino Uno. [Internet]. [diunduh 2016 Juli 31]. Tersedia pada:
http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno.
12. Teknik Elektronika. Pengertian Relay dan Fungsinya. 2015. [Internet]. [dilihat
2016 Juli 31]. Tersedia pada: http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-
fungsi-relay/.html.
13. Dr Sundin. 3-Dimensional View of NH3. [Internet]. [diunduh 2016 Desember 6].
Tersedia pada: http://people.uwplatt.edu/ ~sundin/114/plnh3.htm.
14. Hartley D. Cracking, Not Fracking, May Help Fuel Tomorrow’s Cars. 2014.
[Internet]. [diunduh 2016 Desember 6]. Tersedia pada:
https://vrworld.com/2014/06/25/cracking-fracking-may-help-fuel-
tomorrow’s-cars/.html.
14
Lampiran 2 Skematik Arduino Uno9
15
Lampiran 3 Diagram Alir Penelitian
Pembuatan Laporan
Selesai
Berhasil
Tidak Berhasil
Pembuatan Prototipe
Pembuatan dan
pengunduhan
source code
Program
Pengambilan
Data dari Sampel
Analisis
Data
Pengujian
Akhir
Sistem
Proses Etching
menggunakan FeCl3
Menggunakan
Relay sebagai
saklar otomatis dari
Kipas
Pengujian Sensor
MQ-135 terhadap
keberadaan
Sumber Gas
Amonia
Pembuatan Sumber
Gas Amonia
menggunakan
Amonia cair 25%
Merancang Board
Tambahan Pada
Arduino
menggunakan
Softwere Eagle
Merancang Sistem
Kontrol Pembuangan
Gas Amonia
Pengujian Sensor MQ-135
dan Sistem Kontrol Gas
Amonia
Studi Pustaka
16
Lampiran 4 Potongan Source Code Program Sistem Kontrol Gas Amonia
#include <LiquidCrystal.h>//Inisiasi librari LCD
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);//Rs,Enable,D4,D5,D6,D7
#define MQ_PIN (4) //Pin Analog Sensor Gas MQ135
#define KIPAS_PIN (10) // Pin Digital Relay
#define RL_VALUE (5)
#define RO_CLEAN_AIR_FACTOR (9.83)
…
#define GAS_AMONIA (0)
const int batasNH4= 5;
float AMONIACurve[3] = 2.3,-0.10,-0.38;
float Ro = 10;
void setup()
lcd.begin(16, 2);
pinMode(KIPAS_PIN, OUTPUT);
…
void loop()
// lcd.clear();
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print("KONSENTRASI");
…
if((MQGetGasPercentage(MQRead(MQ_PIN)/Ro,GAS_AMONIA))>batasNH4)
digitalWrite(KIPAS_PIN, HIGH);
else
…
float MQResistanceCalculation(int raw_adc)
return ( ((float)RL_VALUE*(1023-raw_adc)/raw_adc));
…
17
Lampiran 5 Baku Tingkat Kebauan Gas dan Gambar Board Tambahan Arduino
Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup
Nomor : KEP-50/MENLH/11/1996
Tanggal : 25 Nopember 1996
BAKU TINGKAT KEBAUAN
No. Parameter Satuan Nilai Batas
1. Amonia (NH3) Ppm 2.0
2. Metil Merkaptan (CH3SH) Ppm 0.002
3. Hidrogen Sulfida (H2S) Ppm 0.02
4. Metil Sulfida (((CH3)2)S) Ppm 0.01
5. Stirena (C6H5CHCH2) Ppm 0.1
Catatan : ppm = satu bagian dalam satu juta
Gambar Board Tambahan Arduino
18
Lampiran 6 Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 1
19
Lampiran 7 Prototype Sistem Kontrol Gas Amonia 2
20
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama Fatwa Yudistira Haikal Wibowo
dilahirkan di Cirebon pada tanggal 2 Januari 1993. Penulis
adalah anak pertama dari dua bersaudara, dari pasangan Bapak
Kusidin (Alm) dan Ibu Koriah SPd.
Penulis menyelesaikan studi di SMA Negeri 1 Palimanan
kabupaten Cirebon tahun 2011 dan pada tahun yang sama
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB)
melalui jalur SNMPTN Undangan dan diterima di Departemen
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif di berbagai organisasi dan kegiatan
mahasiswa, antara lain: Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) pada tahun 2012-2013,
Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FMIPA Kabinet Sahabat Sinergi pada tahun 2012-
2013 serta beberapa kegiatan mahasiswa diantaranya SPIRIT FMIPA, Pesta Sains
Nasional, Physics Expo, Physics Gathering. Selain itu, selama kuliah penulis menjadi
ketua Departemen Kesejahteraan Mahasiswa HIMAFI pada tahun 2014, dan aktif dalam
berbagai even olahraga yang diadakan oleh departemen dan fakultas, serta pernah
mendapat juara 3 dan juara 2 basket putra pada even olahraga SPIRIT FMIPA tahun
2014 dan 2015. Penulis dapat dihubungi di [email protected].