SISTEM PERINGATAN DINI KEBOCORAN GAS ELPIJI DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR HS-133 BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega8 Skripsi Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Fisika Diajukan oleh: FURKONUDIN 06620010 Kepada PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA YOGYAKARTA 2011
Skripsi Sistem Deteksi Kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor HS133 berbasis mikrokontroler ATMega8
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
SISTEM PERINGATAN DINI KEBOCORAN GAS ELPIJI
DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR HS-133 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATmega8
Skripsi
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Fisika
Diajukan oleh:
FURKONUDIN
06620010
Kepada
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA
YOGYAKARTA
2011
Kang_Didin
Text Box
i
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi, dan
sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam
naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 16 Februari 2011
Furkonudin
iii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Alhamdulillahirobbil ‘alamin, penulis bersyukur kehadirat Allah SWT
yang Maha Pengasih dan Penyayang serta senantiasa mencurahkan Rahmat dan
Hidayah kepada hamba-Nya sehingga penulisan Skripsi ini dapat terselesaikan.
Semoga keselamatan dan kesejahteraan senantiasa terlimpah kepada Nabi
Muhammad SAW, yang telah memandu manusia menuju jalan kebenaran di dunia
dan akhirat.
Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak, mulai dari persiapan hingga Skripsi ini selesai dikerjakan. Untuk
itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Musa Asyarie, selaku Rektor UIN Sunan Kalijaga
Yogyakarta.
2. Prof. Drs. H. Akh. Minhaji, M.A.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta.
3. Bapak Thaqibul Fikri Niyartama, M.Si selaku Kepala Jurusan Program Studi
Fisika, sekaligus sebagai Dosen Penasehat Akademik Penulis.
4. Ibu Widayanti, M.Si selaku Dosen Pembimbing I penulisan skripsi penulis,
terimakasih atas waktu dan saran yang telah diberikan.
5. Ibu Retno Rahmawati, M.Si selaku Dosen Pembimbing II penulisan skripsi
penulis, terimakasih atas motivasi untuk segera lulus, saran dan koreksi yang
telah diberikan.
iv
6. Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan
Kalijaga Yogyakarta yang telah mengajarkan dan membagikan ilmunya.
7. Seluruh staf dan karyawan dibagian Tata Usaha Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta.
8. Ayah dan ibunda tercinta yang selalu memberi dukungan, do’a dan nasihat
kepada penulis, nasihat ayah dan ibu kan ku ingat dan kukerjakan.
9. Kang Amir yang menjadi motivator bagiku untuk dapat terus menuntut ilmu.
10. Adikku I’ing dan Amy mengingatmu membuatku malu tuk berlama-lama
duduk dibangku kuliah.
11. Chayang Roik yang setia menemani walau bagaimanapun keadaanku.
12. Seluruh teman-teman Fisika angkatan 2006, Yamyam Suriba, Jheng Tom2,
Say, Mumun, Pak Danang, Muse, Fuad, Dyas, Madeceng, semoga
kebersamaan kita selama ini akan terus terjalin.
Dengan segala keterbatasan penulis menyadari bahwa masih banyak
kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Untuk itu Saran dan kritik yang
konstruktif dari semua pihak sangat penulis harapkan demi perbaikan dan
peningkatan skripsi ini.
Akhirnya, penulis hanya bisa mendoakan semoga Allah membalas semua
kebaikan-kebaikan mereka selama ini. Aamiin….
Yogyakarta, 16 Februari 2011
Penulis
v
PERSEMBAHAN
Motto:Motto:Motto:Motto:
1. “Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang
demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu”.
(Qs. Al-Baqarah : 45).
2. “Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan
kesanggupannya, dia mendapat pahala dari kebaikan yang dilakukannya
dan mendapat siksa dari kejahatan yang diperbuatnya”
(QS Al-Baqarah : 286)
3. Sebelum tidur, maafkan seluruh manusia, cuci hati dengan pemaafan
sebanyak tujuh kali, dan untuk yang kedelapan kalinya lumurilah dengan
ampunan, niscaya akan mendapatkan kedamaian hati.
4. Ilmu itu teman akrab dalam kesepian, sahabat dalam keterasingan,
pengawas dalam kesendirian, penunjuk jalan kearah yang benar, penolong
disaat sulit dan simpanan setelah kematian
Skripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untukSkripsi ini kupersembahkan untuk
1. Ayah dan ibunda tercinta
2. Kang Amir dan kedua adikku “Amy” n “I’ing”
3. Chayang Roik yang setia menemani bagaimanapun keadaanku
4. Seluruh Ummat manusia yang peduli dan ingin maju dengan pendidikan
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... i
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .................................................... ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii
PERSEMBAHAN ............................................................................................ v
DAFTAR ISI .................................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... x
INTISARI ........................................................................................................ xi
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1
I.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 3
I.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
I.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 4
Tabel 2.1 Bagian Dalam Sensor HS-133 ......................................................... 23
Tabel 4.1 Data pengujian jarak deteksi terhadap konsentrasi gas elpiji (ppm) 37
Tabel 4.2 Output tegangan sensor (V) dan konsentrasi gas (ppm) ................... 38
Tabel 4.3 Karakteristik Sistem Sensor HS-133................................................ 45
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega8 .................................. 9
Gambar 2.2 Presisi dan Akurasi ....................................................................... 16
Gambar 2.3 Grafik penentuan error repeatability sensor ................................ 17
Gambar 2.4 Grafik linieritas dan nonlinieritas ................................................. 21
Gambar 2.5 Grafik sensitivitas sensor HS-133 ................................................ 22
Gambar 2.6 Struktur bagian dalam sensor HS-133 ......................................... 22
Gambar 2.7. Rangkaian pengukuran parameter listrik H-133 ......................... 24
Gambar 3.1 Desain blok sistem deteksi ........................................................... 26
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ............................................................... 28
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) .................................... 29
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8 ......................... 30
Gambar 3.5 Rangkaian Buzzer/Alarm.............................................................. 31
Gambar 3.6 Rangkaian Interface LCD ............................................................ 32
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor HS-133 ........................................................... 33
Gambar 3.8 Diagram alir cara kerja sistem peringatan dini kebocoran gas..... 35
Gambar 4.1 Tampilan sistem saat mendeteksi gas elpiji ................................. 36
Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak deteksi terhadap konsentrasi gas (ppm) .. 37
Gambar 4.3 Grafik hubungan tegangan sensor terhadap konsentrasi gas (ppm) 39
Gambar 4.4 Grafik Hasil karaktersisasi sistem sensor .................................... 43
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Surat Persetujuan Skripsi .............................................................. 51
Lampiran 2 Perhitungan karakteristik sensor dengan metode least square ..... 52
Lampiran 3 Proses Pembuatan Alat ................................................................. 53
Lampiran 4 Listing Program Menggunakan Bahasa C .................................... 56
Lampiran 5 Kode ASCII Bahasa C .................................................................. 63
Lampiran 6 LPG Gas Sensor HS-133 Spesifications ....................................... 65
Lampiran 7 ATMEL Data Sheet ...................................................................... 69
xi
SISTEM PERINGATAN DINI KEBOCORAN GAS ELPIJI DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR HS-133 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATmega8
Furkonudin 06620010
INTISARI
Telah berhasil dibuat seperangkat sistem sensor peringatan dini kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor HS-133. Sistem sensor ini mampu mendeteksi dan menampilkan konsentrasi gas elpiji yang terdeteksi melalui LCD dalam satuan ppm. Sistem sensor yang menggunakan sensor HS-133 yang telah dihasilkan dari penelitian ini kemudian dikarakterisasi agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji.
Penelitian ini menggunakan mikrokontroler ATmega8 sebagai sistem kontrol dari sinyal masukan dan keluaran. Hasil akuisisi data dari penelitian ini dianalisis dengan menggunakan pendekatan metode kuadrat terkecil (least square).
Dari hasil analisis data diperoleh variabel karakterisasi antara lain: nilai sensitivitas sebesar 0,000107 Volt/ppm, galat taksiran standar sebesar 0,419338, error repeatability sebesar 5,645%, jangkauan pengukuran sampai dengan 20.000 ppm, dan Zero of Set sebesar 0,6 Volt. Kata kunci: Gas elpiji, Sensor HS-133, Mikrokontroler ATmega8
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Maraknya kebakaran dan kecelakaan yang disebabkan oleh bocor dan
meledaknya tabung gas elpiji akhir-akhir ini, menjadi hal yang menakutkan
bagi masyarakat pengguna gas tersebut. Maraknya kejadian tersebut tidak
hanya menimbulkan kontroversi tapi juga kecaman dari berbagai kalangan
terhadap pemerintah yang telah melakukan konversi gas. Bagi sebagian
kalangan, pemerintah dianggap telah mengirimkan bom waktu bagi rakyatnya.
Elpiji sudah tidak lagi menjadi barang mewah, dan telah menjelma menjadi
barang kebutuhan rumah tangga modern. Meskipun demikian, kewaspadaan
saat menggunakan elpiji tidak boleh dilupakan. Apalagi belakangan ini telah
banyak beredar tabung gas palsu tanpa logo SNI (Standar Nasional Indonesia).
Salah satu resiko penggunaan gas elpiji adalah terjadinya kebocoran pada
tabung atau instalasi gas tersebut.
Pusat Laboratorium Forensik (Puslabfor) Mabes Polri menyatakan, kasus
ledakan yang dipicu tabung gas elpiji ukuran 3 Kg diberbagai wilayah di
Indonesia murni disebabkan karena faktor human error. Ito Sumardi (2010)
menjelaskan selain faktor human error, ditemukan laporan kebocoran tabung
gas yang disebabkan tabung sudah mengalami korosi. Penyebab lainnya
adalah adanya upaya pengoplosan yang membuat rusaknya aksesori seperti
selang, valve, dan regulator pada tabung gas.
2
Pada awalnya, gas elpiji tidak berbau, tetapi bila demikian akan sulit
dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari hal tersebut,
Pertamina menambahkan gas mercaptane, yang baunya khas dan menusuk
hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran
tabung gas. Melalui gas mercaptane tersebut masyarakat sudah dapat
menghindari ledakan gas LPG, yaitu dengan cara pendeteksian bau gas dengan
indra pencium/hidung. Namun karena keterbatasan dari indra pencium
tersebut, bau gas yang tercium terkadang tidak dihiraukan dan tidak
menjadikannya waspada. Akibatnya kecelakaan yang diakibatkan oleh
kebocoran tabung gas pun tidak dapat dihindari.
Elpiji merupakan campuran dari berbagai hidrokarbon, sebagai hasil
penyulingan minyak mentah yang berbentuk gas. Dengan menambah tekanan
atau menurunkan suhunya sehingga elpiji menjadi berbentuk cair. Gas elpiji
terkenal dengan sifatnya yang mudah terbakar sehingga kebocoran peralatan
elpiji beresiko tinggi terhadap kebakaran. Dikarenakan sifatnya yang sensitif,
maka perlu adanya perhatian khusus terhadap bahan bakar jenis ini.
Pada penelitian sebelumnya telah dibuat suatu alat yang dapat
mendeteksi kebocoran gas elpiji. Namun pada penelitian tersebut hanya
sebatas membunyikan sirine sebagai tanda peringatan dan hanya mampu
menampilkan level kondisi (level aman, level waspada, level bahaya) pada
tampilan displaynya. Pada penelitian ini dibuat sistem pendeteksi bau gas
dengan fasilitas display LCD (Liquid Cristal Display) yang menampilkan
konsentrasi gas berbasiskan mikrokontroler ATmega8 dan sensor HS-133.
3
Sistem ini memiliki kelebihan dalam sistem komunikasi yaitu memberikan
informasi konsentrasi gas, agar dapat selalu diamati oleh pengguna. Selain itu
sistem juga dilengkapi dengan buzzer sebagai sirine dan LED indikator jika
terdeteksi adanya gas.
I.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan suatu masalah yang
relevan dengan judul yang ada yaitu:
1. Bagaimanakah membuat seperangkat sistem peringatan dini kebocoran gas
elpiji dengan menggunakan sensor HS-133?
2. Bagaimanakah karakteristik sensor HS-133 yang dihasilkan dari penelitian
ini agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji?
I.3 Batasan Masalah
Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka penelitian ini dibatasi pada
hal-hal berikut ini:
1. Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor HS-133.
2. Sistem berbasis mikrokontroller ATmega8 yang bertugas untuk mengatur
seluruh kegiatan sistem yang dirakit.
3. Tanda bahaya dari kebocoran gas akan ditampilkan melalui LCD berupa
nilai konsentrasi gas dengan satuan ppm (part per million) dan buzzer
sebagai sistem peringatan dini.
4
I.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang dan mengimplementasikan suatu sistem yang dapat memantau
dan mendeteksi adanya kebocoran gas elpiji dengan menggunakan sensor
HS-133
2. Mengkarakterisasi sistem sensor HS-133 yang dihasilkan dari penelitian
ini agar dapat digunakan sebagai alat pendeteksi gas elpiji.
I.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini antara lain sebagai berikut:
1. Menanggulangi kebakaran yang diakibatkan oleh kebocoran gas elpiji.
2. Menghindari kecelakaan akibat kebocoran dan meledaknya tabung gas
elpiji
3. Mengurangi human error akibat salah dalam melakukan pengukuran
konsentrasi gas.
I.6 Keaslian Penelitian
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang
secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Tinjauan Pustaka
Risdianto Yuli Hermansyah, (2006): Sistem Pemantau Keadaan Rumah
dan Kantor dari Bahaya Kebakaran dan Penyusup, Skripsi Jurusan Fisika
Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM. Penelitian ini berlatar belakang
maraknya kebakaran yang terjadi akhir-akhir ini. Sensor yang digunakan
dalam penelitian ini adalah sensor suhu yaitu LM35. SMS dapat digunakan
untuk dapat menyampaikan informasi tanda bahaya kebakaran kepada pemilik
dengan memasang sensor LM35 pada sistem. Sistem ini dilengkapi fiture
SMS, sehingga informasi keadaan rumah dari bahaya kebakaran dan penyusup
dapat secara langsung diketahui pemilik rumah melalui pesan SMS.
Kesimpulan dari skripsi ini adalah telah berhasil dibuat suatu sistem/alat yang
dapat memantau keadaan rumah dari bahaya kebakaran dan penyusup berbasis
mikrokontroller dan SMS.
Fito Wigunanto Herminawan, (2009): Prototype Sistem Peringatan Dini
Kebocoran Liquified Petroleum Gas Menggunakan Sensor Gas TGS 2610,
Skripsi Jurusan Fisika Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM. Sistem
tersebut dibuat dengan tujuan untuk mendeteksi kebocoran gas LPG (Liquid
Petroleum Gas) dengan menggunakan mikrokontroler sebagai pusat
pengendali yang menghasilkan keluaran berupa level kondisi. Sistem ini tidak
dapat menampilkan konsentrasi gas secara kuantitatif, tapi dalam bentuk level
6
konsentrasi gas. Level aman, waspada dan bahaya disajikan melalui LCD,
buzzer/sirine, dan lampu peringatan.
Penelitian yang akan dilakukan oleh penulis berbeda dengan penelitian
sebelumnya. Penulis akan membuat seperangkat sistem peringatan dini yang
dapat mendeteksi apabila ada kebocoran gas LPG dengan menggunakan
sensor gas HS-133. Sistem ini memiliki kelebihan dalam sistem komunikasi
yaitu memberikan informasi konsentrasi gas agar dapat selalu diamati oleh
pengguna. Selain itu sistem juga dilengkapi dengan buzzer sebagai sirine dan
LED indikator jika terdeteksi adanya gas.
II.2 Landasan Teori
II.2.1 Liquified Petroleum Gas (LPG)
Liquified Petroleum Gas (LPG), merupakan gas hasil produksi dari
kilang minyak atau kilang gas, yang komponen utamanya adalah gas
propane (C3H8) dan butane (C4H10) kurang lebih 97% dan selebihnya
adalah gas pentane (C5H12) yang dicairkan. Pertamina memasarkan LPG
sejak tahun 1969 dengan merk dagang ELPIJI. Perbandingan komposisi,
propane (C3H8) dan butane (C4H10) adalah sebesar 30:70. Zat
mercaptane biasa ditambahkan kepada LPG untuk memberikan bau yang
khas, sehingga kebocoran gas dapat dideteksi dengan cepat. Elpiji lebih
berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2.01 (dibandingkan dengan
udara), tekanan uap Elpiji cair dalam tabung sekitar 5.0 – 6.2 Kg/cm2.1
1 Buku Pintar Petunjuk Aman Penggunaan Elpiji 3 Kg Pertamina, halaman 2.
7
Berdasarkan komposisi propane dan butane, LPG dapat dibedakan
menjadi tiga macam, yaitu:
• LPG propane, yang sebagian besar terdiri dari C3
• LPG butane, yang sebagian besar terdiri dari C4
• Mix LPG, yang merupakan campuran dari propane dan butane.
Berdasarkan cara pencairannya, LPG dibedakan menjadi dua
macam, yaitu:
1. LPG Refrigerated
LPG Refrigerated adalah LPG yang dicairkan dengan cara
didinginkan (titik cair Propana adalah + -42°C, dan titik cair Butana
adalah + -0.5°C). LPG jenis ini umum digunakan untuk
mendistribusikan LPG dalam jumlah besar (misalnya, mengirim LPG
dari negara Arab ke Indonesia). Dibutuhkan tangki penyimpanan
khusus yang harus didinginkan agar LPG tetap dapat berbentuk cair
serta dibutuhkan proses khusus untuk mengubah LPG Refrigerated
menjadi LPG Pressurized.
2. LPG Pressurized
LPG Pressurized adalah LPG yang dicairkan dengan cara ditekan (4-
5 kg/cm2). LPG jenis ini disimpan dalam tabung atau tangki khusus
yang bertekanan. LPG jenis inilah yang banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi di rumah tangga dan industri, karena penyimpanan
8
dan penggunaannya tidak memerlukan handling khusus seperti LPG
Refrigerate.
Elpiji memiliki sifat yang khas antara lain sebagai berikut:
1. Sensitif terhadap api
2. Bersifat flammable (mudah terbakar)
3. Tidak berwarna dan tidak berbau
4. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG
akan membentuk gas secara cepat, dan memuai
5. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar
mengetahuinya secara dini
6. Berat jenis LPG lebih besar dari pada udara sehingga cenderung
bergerak kebawah
7. Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu
dan abu (sisa pembakaran).2
II.2.2 Mikrokontroler ATmega8
ATmega8 merupakan seri mikrokontroler 8-bit buatan Atmel,
berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir
semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32
register general-purpose, timer/counter, fleksibel dengan mode compare,
interrupt internal dan eksternal, serial UART (Universal Asynchronous
Receiver Transmitter), PWT (Programmable Watchdog Timer), dan
2 PT. Aptogaz Indonesia. www.aptogaz.com
9
mode power saving, ADC (Analog to Digital Converter) dan PWM
(Pulse-width modulation) internal. Keluarga AVR juga mempunyai In
System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program
untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI
(Serial Programmable Interface). Mikrokontroler Atmega8 memiliki 28
Pin dengan internal ADC (Analog to Digital Converter)3. Konfigurasi
PIN ATmega8 dapat diperlihatkan pada gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Mikrokontroler ATmega8 (Sumber: Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09)
Mikrokontroler ATmega8 sebagaimana diperlihatkan pada
gambar 2.1 memiliki feature sebagai berikut4:
• Kecepatan beroperasi mulai dari 0 Hz -16 MHz
3 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 3-4 4 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 1
• ADC (Analog to Digital Converter) internal dengan spesifikasi:
Delapan kanal yang dapat digunakan secara bergantian,
Resolusi mencapai 10 bit,
Tersedia 2,56 V tegangan referensi internal.
• Tegangan operasi mulai 4.5 volt sampai 5.5 volt
Deskripsi dan fungsi dasar dari pin-pin mikrokontroler ATmega8 adalah
sebagai berikut:
1. VCC (Common-Collector Voltage)
Berfungsi sebagai penyuplai tegangan digital. Besarnya tegangan
berkisar antara 4,5V – 5,5V
2. GND
Ground, sebagai referensi nol suplai tegangan digital.
3. PORT B (PB7 sampai dengan PB0)
PORTB adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 8-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
11
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTB akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
4. PORT C (PC5 sampai dengan PC0)
PORTC adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 7-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTC akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
5. PC6 / RESET
Jika Fuse RSTDISBL (Reset Disable) diprogram, maka PC6
berfungsi sebagai pin I/O akan tetapi dengan karakteristik yang
berbeda dengan PC5 sampai dengan PC0. Jika fuse RSTDISBL
(Reset Disable) tidak diprogram, maka PC6 berfungsi sebagai
masukan reset. Sinyal low pada pin ini dengan lebar minimum 1,5
mikrodetik akan membawa mikrokontroler ke kondisi reset,
meskipun clock tidak running.
6. PORT D (PD7 sampai dengan PD0)
PORTD adalah port I/O dua-arah (bidirectional) 8-bit dengan resistor
pull-up internal yang dapat dipilih. Buffer keluaran port ini memiliki
12
karakteristik yang simetrik ketika digunakan sebagai source ataupun
sink. Ketika digunakan sebagai input, pin yang dipull-low secara
eksternal akan memancarkan arus jika resistor pull-up-nya diaktifkan.
Pin-pin PORTD akan berada pada kondisi tri-state ketika RESET
aktif, meskipun clock tidak running.
7. RESET
Berfungsi sebagai pin masukan reset. Sinyal low pada pin ini dengan
lebar minimum 1,5 mikrodetik akan membawa mikrokontroler ke
kondisi reset, meskipun clock tidak running. Sinyal dengan lebar
kurang dari 1,5 mikrodetik tidak menjamin terjadinya kondisi reset.
8. AVCC (Analog Common-Collector Voltage)
AVCC adalah pin suplai tegangan untuk ADC, PC3, PC0, dan ADC7
sampai dengan ADC6. Pin ini harus dihubungkan dengan VCC,
meskipun ADC tidak digunakan. Jika ADC digunakan, VCC harus
dihubungkan ke AVCC melalui low-pass filter untuk mengurangi
noise.
9. AREF (Analog Reference)
Berfungsi sebagai pin analog reference untuk ADC.
10. ADC7 sampai dengan ADC6
Berfungsi sebagai analog input ADC.
13
II.2.2.1 CPU (Central Processing Unit)
Bagian ini berfungsi mengendalikan seluruh operasi pada
mikrokontroler. Unit ini terbagi atas dua bagian, yaitu unit
pengendali atau CU (Control Unit) dan unit aritmatika dan
logika atau ALU (Aritmetic Logic Unit) Fungsi utama unit
pengendali adalah mengambil instruksi dari memori (fetch)
kemudian menterjemahkan susunan instruksi tersebut menjadi
kumpulan proses kerja sederhana (decode), dan melaksanakan
urutan instruksi sesuai dengan langkah-langkah yang telah
ditentukan program (execute). Unit aritmatika dan logika
merupakan bagian yang berurusan dengan operasi aritmatika
seperti penjumlahan, pengurangan, serta manipulasi data secara
logika seperti operasi AND, OR, dan perbandingan5.
II.2.2.2 Bagian Masukan/Keluaran (I/O)
Bagian ini berfungsi sebagai alat komunikasi serpih tunggal
dengan peranti di luar sistem. Ada dua macam peranti I/O yang
digunakan, yaitu peranti untuk hubungan serial UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) dan peranti
untuk hubungan paralel yang disebut dengan PIO (Paralel Input
Output)6.
5 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 11 6 Data Sheet ATMEL No. Rev.2486V–AVR–05/09, halaman 51-52
14
II.2.2.3 Special Function Register (SFR)
Mikrokontroler mempunyai sebuah peta memori yang
disebut sebagai Special Function Register (SFR) . Port 0 berada
di alamat 80h, port 1 90h, port 2 A0h dan P3 di alamat B0h.
Sedangkan SBUF (Serial Buffer) untuk komunikasi serial berada
pada alamat 99h.
II.2.3 Sensor
Pada sistem elektronis, sensor dipandang sebagai sebuah perangkat
atau device yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi
besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian
listrik atau sistem digital. Terkait dengan perkembangan teknologi yang
begitu luar biasa, pada saat ini banyak sensor telah difabrikasi dengan
ukuran sangat kecil sampai orde nanometer sehingga menjadikan sensor
sangat mudah digunakan dan dihemat energinya.7
Fraden (2003) mendefinisikan sensor sebagai “Peranti yang
menerima sebuah stimulus dan meresponnya dengan sebuah sinyal
listrik”. Lebih jauh Fraden mendefinisikan stimulus, atau rangsangan,
sebagai kuantitas, sifat, atau kondisi tertentu yang dapat dirasakan dan
diubah menjadi sinyal listrik. Tujuan dari sebuah sensor adalah merespon
sejenis masukan dan mengubah masukan tersebut menjadi sinyal listrik.
Keluaran (output) dari sensor dapat berupa arus atau beda potensial.
7 Iwan Setiawan, S.T, M.T. 2009. Buku Ajar Sensor dan Transduser, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Semarang. halaman 1.
15
Setiap sensor pada prinsipnya adalah pengubah energi (energy
converter).
II.2.3.1 Karakteristik Statik Sensor
Karakterisasi sensor dilakukan adalah untuk mengetahui
”performance” dari sensor yang telah dirancang. Dalam hal ini
sensor dianggap sebagai ”black box” yang karakteristiknya
ditentukan oleh hubungan antara sinyal keluaran dan sinyal
masukan. Karakteristik statis sebuah sensor dapat dicirikan
sebagai berikut:
a. Akurasi (Accuracy)
Akurasi menyatakan kedekatan nilai hasil pengukuran
dengan nilai sesungguhnya (true value) atau nilai yang
dianggap benar (accepted value). Akurasi bisa diekspresikan
dalam inakurasi (Inaccuracy).
b. Presisi (Precision)
Presisi dapat diartikan dengan ketepatan dan sangat erat
hubungannya dengan akurasi, atau definisi lainnya yaitu
kedekatan nilai hasil pengukuran berulang. Semakin dekat
nilai-nilai hasil pengulangannya maka semakin presisi nilai
pengukuran tersebut. Jika hasil pengukuran saling
berdekatan (mengumpul) maka dikatakan mempunyai presisi
tinggi dan sebaliknya jika hasil pengukuran menyebar maka
16
dikatakan mempunyai presisi rendah. Presisi diindikasikan
dengan penyebaran distribusi probabilitas. Distribusi yang
sempit mempunyai presisi tinggi dan sebaliknya. Ukuran
presisi dapat dinyatakan sebagai standar deviasi (σ). Presisi
tinggi mempunyai nilai standar deviasi kecil dan sebaliknya.
Presisi dan akurasi dapat diperlihatkan pada gambar 2.2
di bawah ini:
Gambar 2.2 (a). Presisi dan akurasi tinggi, (b). Presisi
rendah, akurasi tinggi, (c). Presisi tinggi akurasi rendah,
(d). Presisi dan akurasi rendah.8
8 Alan S. Morris. 2001. Measurement and Instrumentation Principles, Third Edition. Plant A Tree. Britain. halaman 18
17
c. Repeatability
Repeatability yaitu kemampuan sensor untuk
menghasilkan nilai yang sama pada kondisi yang berbeda.
Kedekatan hasil berturut-turut diperoleh dengan metode dan
kondisi yang sama dalam interval waktu yang singkat.
Besarnya error repeatability dapat dituliskan dalam
persamaan:
%100xFS
∆=δ
(2.1)
dengan:
δ : Error repeatability
∆ : Nilai Maximum – Nilai Mininimum
FS : Full Scale
Grafik untuk menentukan error repeatability sensor
disajikan dalam gambar 2.3 berikut ini:
Gambar 2.3 Grafik penentuan error repeatability sensor (Sumber: Handbook of Moder Sensor, Third Edition (2003))
18
d. Sensitivitas (Sensitivity)
Sensitivitas dapat diartikan sebagai kepekaan sensor
terhadap kuantitas yang diukur, yaitu perbandingan kenaikan
keluaran atau respon instrumen terhadap kenaikan masukan
atau variabel yang diukur. Linieritas sensor juga
mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila
tanggapannya linier terhadap stimulus yang diberikan, maka
sensitivitasnya akan sama untuk jangkauan pengukuran
secara keseluruhan. Untuk fungsi transfer yang linear,
sensitivitas sensor dapat diperoleh dari slope grafik. Fungsi
transfer adalah karakteristik sensor yang menggambarkan
hubungan keluaran yang dihasilkan (Yi) terhadap stimulus
yang diberikan (Xi). Fungsi tersebut bisa dalam bentuk tabel,
grafik atau persamaan matematis. Hubungan dari fungsi
transfer dapat berhubungan secara linier atau nonlinier.
Persamaan fungsi transfer linier
(2.2)
Persamaan fungsi transfer logaritmik
Y = a + b ln X (2.3)
Persamaan fungsi transfer eksponensial
Y = aebX (2. 4)
Kuantifikasi galat regresi linier dilakukan dengan
menggunakan persamaan jumlah total kuadrat (St) dan
19
jumlah kuadrat residual (Sr), yang masing masing dinyatakan
melalui persamaan berikut ini:
St = ∑ (2.5)
Sr = ∑ (2.6)
dengan
Deviasi standar total : Sy = (2.7)
Galat taksiran standar : Sy/x = (2.8)
Koefisien korelasi : r2 = (2.9)
Keterangan:
Xi : Stimulus/rangsangan
Yi : Tanggapan/respon
a : Intersep
b : Slope
e. Linieritas (Linierity)
Linieritas yaitu kemampuan sensor untuk membentuk
hubungan antara output dan input yang diwujudkan dalam
persamaan garis lurus. Linieritas sangat diharapkan karena
segala perhitungan dapat dilakukan dengan mudah jika
sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus.
20
Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran
yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap
masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh,
sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai
dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini,
dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran
dibandingkan dengan masukannya melalui sebuah grafik.
Pendekatan sifat linieritas sensor dapat dilakukan dengan
metode kuadrat terkecil (least square), yaitu dengan cara
menentukan konstanta regresinya. Untuk menentukan slope
(b) dan intersep (a) dapat digunakan persamaan sebagai
berikut:
( )22
2
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑−
−=
ii
iiiii
XXn
YXXXYa
(2.10)
( )22∑ ∑
∑ ∑ ∑
−
−=
ii
iiii
XXn
YXYXnb
(2.11)
dengan
a : Intersep
b : Slope
Xi : Stimulus
Yi : Tanggapan/respon
n : Jumlah data
∑ : Jumlahan dari n.
21
Adapun grafik linier dan nonlinieritas disajikan pada gambar
2.4 berikut ini:
(a) (b)
Gambar 2.4 (a). Grafik linieritas, (b) grafik nonlinieritas9
(Sumber: Measurement and Instrumentation Principles,
Third editions (2001))
II.2.3.2 Sensor HS-133
Sensor HS-133 adalah suatu jenis semikonduktor oksida
logam film tebal yang menawarkan biaya cukup rendah, daya tahan
yang lama, sensitivitas yang bagus terhadap gas (target) yang
disensor dengan menggunakan rangkaian elektronik yang
sederhana. Sensor ini sangat cocok untuk aplikasi dalam mendeteksi
kebocoran gas elpiji, isobutana, propana dan metana.10 Adapun
grafik sensitivitas sensor HS-133 dapat diperlihatkan pada gambar
2.6 di bawah ini:
9 Jacob, Fraden. 2003. Handbook Of Modern Sensor, Third Edition. AIP Press, New York. halaman 21 10 Suprayitno, 2009. Artikel tentang “Perancangan dan Realisasi Alat Pendeteksi Konsentrasi (kandungan) Gas LPG”, Perpustakaan Institut Teknologi Telkom. Bandung.
22
Gambar 2.5 Grafik sensitivitas sensor HS 133 (Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)
a. Struktur dan konfigurasi sensor HS-133
Struktur dan konfigurasi sensor dapat diperlihatkan pada gambar
2.7 berikut ini:
Gambar 2.6 Struktur Bagian dalam Sensor HS 133 (Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)
23
Masing-masing bagian sensor HS 133 tersebut disajikan dalam
tabel 2.1 berikut ini:
Tabel 2.1 Bagian dalam Sensor HS-133 Seri Bagian Material
1 Gas sensing layer SnO2
2 Measurement electrode Au 3 Measurement electrode ignited line Pt 4 Heater Ni-Cr alloy 5 Tubular ceramic basic body Al 2 O3