Modul IV
    Maraknya kebakaran dan kecelakaan yang disebabkan oleh bocor dan meledaknya tabung gas LPG menjadi hal yang menakutkan bagi masyarakat pengguna tabung gas tersebut. Untuk meminimalisir terjadinya ledakan akibat kebakaran dan kebocoran gas LPG yang dapat menimbulkan korban jiwa maupun kerugian materil maka dirancanglah alat kontrol keamanan ruangan. Alat ini bekerja dengan mendeteksi kebocoran gas LPG dan kebakaran serta kemungkinan terjadinya ledakan dengan menggunakan sensor MQ-2 dan sensor api. Pada alat ini, indikator keamanan ruangan yang digunakan berupa LED, LCD, saklar pemutus tegangan, dan motor DC.

2. Tujuan [Kembali]
    a. Mendeteksi kebocoran gas dan kebakaran di dalam ruangan.
    b. Mengontrol keamanan ruangan saat terjadi kebocoran gas dan kebakaran.

3. Komponen [Kembali]
a. Sensor MQ 2

b. Sensor Api

c. Arduino Uno

d. LCD 16x2

e. Motor

f. L293D (Motor Driver)

g. Baterai 12 V

h. LED

i. Relay 


4. Dasar Teori [Kembali] 
 a.    Komunikasi UART

UART atau Universal Asynchronous Receiver-Transmitter adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal. UART sekarang ini termasuk di dalam beberapa mikrokontroler (contohnya, PIC16F628).

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.


Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke data bus penerima.

 

b.   Komponen

l   Sensor MQ-2

Sensor MQ-2 adalah jenis sensor gas yang dapat mendeteksi (sensitif) LPG, i-butana, alkohol, hidrogen dan asap.Sensor gas ini tersusun oleh senyawa SnO2 dengan sifat konduktifitas(penghantar) rendah pada udara bersih. Sifat konduktifitas semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tingi di sekitas sensor ini.

Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya. Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.


Spesifikasi:

1. Catu daya pemanas   :  5V AC/DC 

2. Catu daya rangkaian :  5V DC

3. Range pengukuran    :  200-5000 ppm untuk LPG, 300-5000 ppm untuk                                                                       butana, 5000-20000 ppm untuk metana, dan 300-5000                                                              ppm untuk hidrogen

4. Keluaran                   :  Analog (perubahan Tegangan

 

Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluaranya berupa tegangan analog. Sensor ini beroperasi pada suhu -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V.


 

l   Sensor Api

Sensor api merupakan sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang tertentu dengan menggunakan komparator IC LM393. Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya.


Spesifikasi :

1. Output : Digital (D0)

2. Tegangan kerja : 3.3V sampai 5V

3. Panjang gelombang : 760 nm sampai 1100 nm

4. Sudut pembacaan : 60 derajat

5. Suhu operasi normal :  25 – 85 derajat Celcius

6. Jarak deteksi : 80 cm
     Cara kerja flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi  nyala api yang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.


 

l   Arduino Uno

Bagian-bagian Arduino Uno :

－    Soket USB

Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer        atau laptop. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga    sebagai port komunikasi serial.

－    Digital Pin I/O

Digital Pin I/O adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan          komponen  atau  rangkaian  digital. Pada Arduino Uno terdapat 14 digital pin yang berfungsi memberikan nilai logika (0 atau 1). Pin berlabel “~”     adalah pin PWM (Pulse Width Modulation).

－    Analog Pin

Analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari      komponen atau rangkaian analog, seperti dari potensiometer, sensor suhu,             sensor cahaya, dan lainya lalu mengubahnya menjadi nilai digital. Pada           arduino Uno terdapat 6 analog pin dari A0 sampai A5.

－    LED Power Indicator

LED yang akan menyala dan menandakan Arduino telah mendapatkan                 supply listrik yang sesuai.

－    Tombol RESET

Digunakan untuk mereset atau mengulang program Arduino dari awal

－    Power Jack

Soket baterai  atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan      tegangan  dari  baterai/adaptor 5V-12V pada saat Arduino sedang tidak      disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke            komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB,          jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

 

l   LCD

LCD atau Liquid Crystal Display merupakan suatu peralatan elektronika yang berfungsi untuk menampilkan output dari suatu sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada layar. Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD.

LCD terdiri atas dua bagian utama yaitu bagian Backlight (Lampu Latar Belakang) dan bagian Liquid Crystal (Kristal Cair). LCD tidak memancarkan pencahayaan apapun, tetapi hanya merefleksikan dan mentransmisikan cahaya yang melewatinya. Oleh karena itu, LCD memerlukan Backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya Backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih. Sedangkan Kristal Cair (Liquid Crystal) adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki permukaan transparan yang konduktif.


 

Keterangan:

1)         Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang     masuk.

2)         Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tinoxide (ITO).

3)         Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).

4)         Glass substrate yang berisibaris-baris elektroda Indium tinoxide (ITO).

5)         Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang                         masuk.

6)         Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke         pengamat.

 

Umumnya LCD sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pengguna dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

 


 

l   L293D (Motor Driver)

IC L293D merupakan IC khusus yang digunakan untuk mengontrol kecepatan putaran dari 2 motor DC. Komponen ini dapat mengontrol kecepatan putaran karena terhubung ke sumber tegangan tambahan (baterai). IC ini terdiri dari 2 rangkaian H bridge, dimana setiap rangkaian tersusun atas 4 transistor. Berikut rangkaian H bridge yang digunakan pada IC L293D :



Saat pin A dan pin B sama-sama berlogika 0 atau 1 maka motor tidak berputar (berhenti). Saat pin A yang terhubung ke resistor dan kaki basis Q1 dan Q4 berlogika 1, maka terdapat arus mengalir dari kaki kolektor menuju emitor sehingga Q1 dan Q4 aktif. Sedangkan pin B yang terhubung ke resistor dan kaki basis Q2 dan Q3 berlogika 0, maka Q2 dan Q3 tidak aktif. Tegangan dari 9V diteruskan menuju Q1 lalu motor DC lalu Q4 menuju ground. Sehingga motor berputar searah jarum jam (CW).

Saat pin B yang terhubung ke resistor dan kaki basis Q2 dan Q3 berlogika 1, maka terdapat arus mengalir dari kaki kolektor menuju emitor sehingga Q2 dan Q3 aktif. Sedangkan pin B yang terhubung ke resistor dan kaki basis Q1 dan Q4 berlogika 0, maka Q1 dan Q4 tidak aktif. Tegangan dari 9V diteruskan menuju Q3 lalu motor DC lalu Q2 menuju ground. Sehingga motor berputar berlawanan arah jarum jam (CCW).

 

Keterangan :

－    Pin EN (Enable) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima   perintah untuk menggerakan motor DC.

－    Pin In (Input) adalah pin input sinyal kendali motor DC.

－    Pin Out (Output adalah jalur output masing-masing driver yang dihubungkan ke motor DC.

－    Pin VCC  adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC, dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol driver dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang dikendalikan.

－    Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin kecil.

 

l   LED

Light Emitting Diode (LED) adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

 


 

Cara kerja LED hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang didoping sehingga menciptakan junction P dan N. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan proton dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Polaritas LED dapat dilihat melaui ciri-ciri fisiknya. Ciri-ciri Terminal Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.

·         Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.


5. Rangkaian Simulasi [Kembali]
 
  
 
6. Listing Program [Kembali]
//Master 

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);
int Gas = A1;
int Api = 9;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(Api, INPUT);
  pinMode(Gas, INPUT);
  lcd.begin(16,2);
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Deteksi Gas:");
}

void loop()
{
  if(analogRead(Gas)<=199)
  {
    if(digitalRead(Api)==LOW)
      {
        Serial.print("1"); 
        lcd.setCursor(13,0);lcd.print("No ");
        lcd.setCursor(6,1);lcd.print(" Save ");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("Selamat bekerja");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
      }
     else if(digitalRead(Api)==HIGH)
      {
        Serial.print("3"); 
        lcd.setCursor(13,0);lcd.print("No ");
        lcd.setCursor(2,1);lcd.print("  Kebakaran  ");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("  Segera Keluar ");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
      }
  }
  else 
    {
      if(digitalRead(Api)==LOW)
      {
        Serial.print("2"); 
        lcd.setCursor(13,0);lcd.print("Yes");
        lcd.setCursor(7,1);lcd.print(analogRead(Gas)-1);
        delay (200);
        lcd.setCursor(1,1);lcd.print(" Kebocoran Gas ");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("  Segera Keluar ");
        delay (200);
        lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
        delay (10);
      }
      else if(digitalRead(Api)==HIGH)
      {
         Serial.print("3"); 
         lcd.setCursor(13,0);lcd.print("Yes");
         lcd.setCursor(7,1);lcd.print(analogRead(Gas)-1);
         delay (200);
         lcd.setCursor(0,1);lcd.print("Potensi Ledakan");
         delay (200);
         lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
         delay (10);
         lcd.setCursor(0,1);lcd.print("  Segera Keluar ");
         delay (200);
         lcd.setCursor(0,1);lcd.print("                ");
         delay (10);
       }
    }
}

//Slave

#define ledRed 13
#define ledYellow 12
#define ledGreen 11
#define Relay 8 
#define in1 10      
#define in2 9   
 void setup() 
{
  pinMode(ledGreen, OUTPUT); 
  pinMode(ledYellow, OUTPUT); 
  pinMode(ledRed, OUTPUT); 
  pinMode(Relay, OUTPUT); 
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() 
  {
    int data = Serial.read();
    if(data == '1') 
    {
      digitalWrite(ledGreen,HIGH); 
      digitalWrite(ledYellow,LOW); 
      digitalWrite(ledRed,LOW); 
      digitalWrite(in1,LOW);
      digitalWrite(in2,LOW); 
    }
    else if(data == '2') 
    {
      digitalWrite(ledYellow,HIGH); 
      digitalWrite(ledGreen,LOW);
      digitalWrite(ledRed,LOW);  
      digitalWrite(Relay,HIGH); 
      digitalWrite(in1,LOW);
      digitalWrite(in2,LOW); 
    } 
    else if(data == '3')
    {
      digitalWrite(ledRed,HIGH);  
      digitalWrite(ledYellow,LOW); 
      digitalWrite(ledGreen,LOW);
      digitalWrite(Relay,HIGH); 
      digitalWrite(in1,HIGH);
      digitalWrite(in2,LOW);
    } 
}

7. Flowchart [Kembali]

                    Master

                        Slave

8. Prinsip Kerja [Kembali]
        Rangkaian ini menggunakan 2 arduino dengan komunikasi secara UART. Input pada rangkaian ini adalah sensor MQ-2 dan sensor api. Sedangkan Output dari rangkaian ditampilkan oleh LCD, LED, saklar dan motor DC.Sensor MQ2 berperan sebagai input analog, dimana nilai analog dari sensor ini menggunakan resistor variabel yang diibaratkan sebagai kadar konsentrasi gas LPG. Lalu nilai analog ini akan dibaca oleh Arduino dan diolah dengan rumus analogRead(Gas)-1. Sensor Ultrasonik berperan sebagai input digital.
        Pada master terdapat 4 kondisi. Kondisi pertama, saat sensor MQ-2 tidak mendeteksi adanya kebocoran LPG (analogRead(Gas)<=199) dan sensor api tidak mendeteksi adanya api dalam ruangan maka master mengirimkan data serial ke slave dengan kode 1 dan pada LCD akan ditampil tulisan “No” serta “Save” lalu “Selamat bekerja” secara bergantian. Kondisi kedua, saat sensor MQ-2 tidak mendeteksi adanya kebocoran LPG (analogRead(Gas)<=199) dan sensor api mendeteksi adanya api dalam ruangan maka master mengirimkan data serial ke slave dengan kode 3 dan pada LCD akan ditampil tulisan “No” serta “Kebakaran” lalu “Segera Keluar” secara bergantian. Kondisi ketiga, saat sensor MQ-2 mendeteksi adanya kebocoran LPG (analogRead(Gas)>=200) dan sensor api tidak mendeteksi adanya api dalam ruangan maka master mengirimkan data serial ke slave dengan kode 2 dan pada LCD akan ditampil tulisan “Yes” serta pembacaan kadar gas LPG lalu “Kebocoran Gas” lalu “Segera Keluar” secara bergantian. Kondisi keempat, saat sensor MQ-2 mendeteksi adanya kebocoran LPG (analogRead(Gas)>=200) dan sensor api mendeteksi adanya api dalam ruangan maka master mengirimkan data serial ke slave dengan kode 3 dan pada LCD akan ditampil tulisan “Yes” dan pembacaan kadar gas LPG lalu “Potensi Ledakan” lalu “Segera Keluar” secara bergantian.
        Pada slave akan dilakukan pembacaan data serial yang dikirim master. Saat data serial berkode 1 maka LED hijau akan menyala. Sedangkan saat data serial berkode 2 maka LED kuning akan menyala dan saklar pemutus akan memutus tegangan listrik pada ruangan. Saat data serial berkode 3 maka LED merah akan menyala, saklar pemutus akan memutus tegangan listrik pada ruangan, dan motor driver mengontrol putaran motor DC sehingga motor DC (penyemprot air) akan menyala.untuk menambah kecepatan putaran motor DC maka digunakan baterai.

9. Video [Kembali]


10. Analisa [Kembali]

Rangkaian pengontrol keamanan ruangan berkaitan dengan kebocoran gas dan Kebakaran menggunakan komunikasi UART (niversal Asynchronous Receiver-Transmitter). Cara kerja dari komunikasi UART ini, data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke data bus penerima. 

Pada rangkain ini menggunakan flame sensor dan sensor gas MQ2 sebagai inputnya, lalu ada 2 buah arduino sebagai arduino master dan arduino slave. Kemudian ada LCD, LED, Motor Dc, dan Saklar pemutus tegangan sebagai outputnya.  

Sensor MQ-2 adalah jenis sensor gas yang dapat mendeteksi (sensitif) LPG, i-butana, alkohol, hidrogen dan asap.Sensor gas ini tersusun oleh senyawa SnO2 dengan sifat konduktifitas(penghantar) rendah pada udara bersih. Sifat konduktifitas semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tingi di sekitas sensor ini. Sedangkan sensor api merupakan sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang tertentu dengan menggunakan komparator IC LM393. Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya.

Input dari rangkaian tersebut di hubungkan ke Master, pada master data akan di baca dan di olah dengan rumus analogRead(Gas)-1, kemudian master akan mengirimkan data serial ke slave dan menampilkan Data dari sensor MQ2 pada LCD. Untuk output pada rangkian ini jika tidak terdeteksi gas dan api, maka akan hidup lampu hijau dan pada LCD akan tampil tulisan “No” serta “Save” lalu “Selamat bekerja” secara bergantian. Selanjutnya,  jika terdeteksi gas saja maka akan hidup lampu kuning, saklar pemutus akan memutus tegangan listrik pada ruangan, dan pada LCD akan ditampil tulisan “Yes” serta pembacaan kadar gas LPG lalu “Kebocoran Gas” lalu “Segera Keluar” secara bergantian. Jika terdeteksi api saja maka akan hidup lampu Merah, saklar pemutus akan memutus tegangan listrik pada ruangan, dan pada LCD akan tampil tulisan “No” serta “Kebakaran” lalu “Segera Keluar” secara bergantian. Dan jika terdeteksi gas dan api, maka lampu yang akan hidup adalah lampu merah, saklar pemutus akan memutus tegangan listrik pada ruangan, dan motor driver mengontrol putaran motor DC sehingga motor DC (penyemprot air) akan menyala, dan pada LCD akan ditampil tulisan “Yes” dan pembacaan kadar gas LPG lalu “Potensi Ledakan” lalu “Segera Keluar” secara bergantian. 

11. Link Download [Kembali]
    Download Rangkaian Disini
    Download Video Disini
    Download Listing Program Master Disini
    Download Listing Program Slave Disini
    Download Flowchart Master Disini
    Download Flowchart Slave Disini
    Download Library Flame Sensor Disini
    Download Library MQ2 Disini
    Download Datasheet Disini
    Download HTML Disini

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Posts (Atom)