MAKALAH SEMINARDESAIN SISTEM DETEKSI KONSENTRASI ASAP ROKOK DENGAN OUTPUT SUARA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Seminar FisikaOleh :AJENG SUCIMISNDARI2005 / 64578FISIKAJURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI PADANG 2009BAB IPENDAHULUANA. Latar BelakangPerwujudankualitaslingkunganyangsehat merupakanbagianpokokdi bidang kesehatan.Udara sebagai salah satu komponen lingkungan yang penting dalamkehidupanperludipeliharadanditingkatkankualitasnyasehinggadapat memberikan daya dukungan bagi mahluk hidup untuk hidup secara optimal.Dewasa ini pencemaran udara semakin menampakkan kondisi yang sangat memprihatinkan. Sumber pencemaran udara dapat berasal dari berbagai kegiatan antara lain industri, transportasi, perkantoran dan perumahan. Berbagai kegiatan tersebut merupakankontribusi terbesar dari pencemar udarayangdibuangke udarabebas. Sumber pencemaran udara juga dapat disebabkanolehberbagai kegiatanalam, sepertikebakaran hutan, gunung meletus, gas alam beracun, dll. Dampak dari pencemaran udara tersebut adalah menyebabkan penurunan kualitas udara, yang berdampak negatif terhadap kesehatan manusia.Zat ataubahanyangdapat mengakibatkanpencemarandisebut polutan. Syarat-syarat suatuzat disebut polutanbilakeberadaannyadapat menyebabkan kerugian terhadap makluk hidup. Komposisi udara yang biasa kita hirup seperti gas nitrogen (N2) sebanyak 78 %, oksigen (O2) sebanyak 21 %, karbonmonoksida (CO) sebanyak 0.04% , lain-lainnya 2 %. Jikakomposisi udaratidaksesuai dengandatayangtelah diberikan dan melampaui batas maksimal yang diizinkan, maka udara tersebut telah tercemar oleh gas lain yang konsentrasinya lebih tinggiPolutanudaradiantaranyaberasal dari asapbuanganmisalnyagasCO2 hasil pembakaran, SO, SO2, CFC, CO, danasaprokok. Hampir semuajenis polutan sangat berbahaya bagi manusia. Asap rokok adalah polutan yang sangat 2signifikankarenamengandungberbagai bahan pencemar.Didalam satu batang rokok terkandung sedikitnya 4000 zat kimia beracun. Zat kimia yang dikeluarkan ini terdiri dari komponen gas (85 persen) dan partikel. Nikotin, gas karbonmonoksida, nitrogen oksida, hidrogen sianida, amoniak, akrolein, asetilen, benzaldehid, urethan, benzen, methanol, kumarin, 4-etilkatekol, ortokresol dan perylene adalah sebagian dari ribuan zat didalam rokok. Sementara komponen gas asap rokok adalah karbonmonoksida, amoniak, asam hidrosianat, nitrogen oksida dan formaldehid. Partikelnya berupa tar, indol, nikotin, karbarzol dan kresol. Gas-gas beracundari rokokyangberkontribusi untukpencemar udara dikeluarkan lewat asap. Asap utama adalah asap yang dihirup oleh perokok aktif yang difilter terlebih dahulu sebelum masuk ke paru-paru perokok aktif, sementara asap sampingan adalah hasil pebakaran langsung. Gas-gas beracun sebagian besar dikeluarkan pada asapsampingan dan85%asapyangdihirup perokokpasif adalah asap sampingan. Jadi perokok pasif lebih berpotensi terkena dampak negative dari rokok. Perokok pasif memiliki resiko yang cukup tinggi atas kanker, paru-paru, jantung koroner, serta gangguan pernafasan. Bagi anak-anak di bawah umur, terdapat resikokematian mendadak akibat terpapar asap rokok. Merokok bukan hanya meracuni diri sendiri, tapi juga menyebar racun untuk dihirup orang lain.Mengingat bahayanya pencemaran udara karena asap rokok dan efeknya terhadap kesehatan manusia sebagaimana kasus-kasus tersebut diatas, maka dipandangperluuntukmengetahuikonsentrasiataubanyaknya kandunganasap rokok di udara yangdapat dijadikan sebagai parameter pencemar yang diperlukan sebagai pedoman atau acuan dalamrangka meminimalkan terjadi dampak terhadapkesehatan.Karenaasaprokokitusendiri terdiri dari bermacam-macam 3jenis gas, maka pada aplikasi ini dibatasi hanya mengukur konsentrasi gas-gas yang dianggap mewakili asap rokok secara keseluruhan. Gas-gas yang dianggap mewakili asap rokok pada contoh aplikasi ini adalah Hydrogen dan Ethanol.B. Perumusan MasalahBerdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan dapat dirumuskan masalah dalam penulisan ini. Sebagai perumusan masalah penulisan yaituBagaimanadesainsistemdeteksi konsentrasi asaprokokdenganoutput suara berbasis mikrokontroler AT89C51?.C. Tujuan PenulisanTujuan yang akan dicapai pada tulisan ini adalah untuk :1. Mengetahui blok diagram sistem deteksi konsentrasi asap rokok dengan output suara berbasis mikrokontroler AT89C51konsentrasi asap rokok.2. Mengetahui rancangan rangkaian elektronika sistemdeteksi konsentrasi asaprokokdengan output suara berbasis mikrokontroler AT89C513. Mengetahui flow chart sistem deteksi konsentrasi asap rokok dengan output suara berbasis mikrokontroler AT89C51 4BAB IITINJAUAN PUSTAKAA. Sensor Sensor adalah suatu piranti yang mengubah suatu besaran (isyarat / energi) fisik menjadi besaran fisik lain, yang dalam hal ini pengubahn ke bentuk besaran elektrik. Pada sistemini digunakan sensor gas yaitu sensor gas merek AF-30.Sensor AF-30 adalah sensor asap rokok. Pada dasarnya prinsip kerja dari sensortersebut adalahmendeteksi keberadaangas-gasyangdianggapmewakili asap rokok, yaitu gas Hydrogen dan Ethanol. Sensor AF-30 mempunyai tingkat sensitifitas yang tinggi terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap rokok di udara. Bahan detektor gas pada sensor adalah metal oksida, ketika kristal metal oksida dihangatkan pada suhu tertentu oksigen akan diserap pada permukaan kristal. Permukaan kristal yangmendonorkanelektronpadaoksigenyangterdapatpada lapisan luar sehingga oksigen akan bermuatan negatif dan muatan positif akan terbentuk pada permukaan luar kristal. Teganganpermukaan yangterbentuk akanmenghambat laju aliran elektron. Jika terdapat gas yang terdeteksi maka 5konsentrasi gasoksigenmenurun, rapatmuatanpadamuatan negatif oksigen akan berkurang, dan mengakibatkan menurunnya ketinggian tegangan penghalang pada daerah sambungan.Dengan menurunnya potensial (tegangan penghalang) maka hambatan sensor juga akan menurun. Dengan memanfaatkanprinsipkerjadari sensorAF-30ini, kandungangas-gastersebut dapat diukur. Gambar dibawah ini adalah grafik tingkat sensitifitas sensor AF-30 terhadap kedua gas tersebut.Gambar 1. Grafik tingkat sensitifitas sensor AF30 terhadap gas hydrogen dan ethanolDari grafikpadagambar dapat dilihat bahwadenganmengukur perbandingan antararesistansisensorpadasaat terdapat gasdanresistansi sensorpadaudara bersih atau tidak mengandung gas tersebut (Rgas/Rair), dapat diketahui kadar gas tersebut.Tabel 1.Karakteristik sensor AF30:Spesifikasi KondisiResistansi sensor (Rgas)15sampai 35K Diudara bersih6Sensitivitas gas (Rgas/Rudara)0,2 sampai 0,4 Perbandingan resistansi pada 10ppm H2 dengan udara bersihSumber535 mW (maks)B. Rangkaian PenguatRangkaian penguat telah diakui secara luas sebagai suatu unsur pokok sistem yangberanekaguna, dapat diandalkandanekonomis. PadaOp-Ampterdapat semuakeuntunganyangdimiliki suaturangkaianterpadumonolikdiantaranya ukuran kecil, keandalan tinggi, hemat biaya, stabil terhadap perubahan suhu dan mempunyai penyimpanan (ofset) tegangan serta ofset arus yang rendah.Op-Ampideal memilikiopenloopgain(penguatanloopterbuka)yangtak terhinggabesarnya. Seperti misalnyaOP-AmpLM741yangseringdigunakan olehbanyakpraktisi elektronika, memiliki karakteristiktipikalopenloopgain sebesar104~105. Penguatanyangsebesarini membuat op-ampmenjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite).Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpan balik negatif) diperlukan, sehingga Op-Amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengannilai penguatanyangterukur (finite). Impedasi input Op-Amp ideal adalah mestinya tak terhingga, sehingga mestinya arusinputpadatiapmasukannyaadalahnol.Sebagaipebandinganpraktis.Op-Amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input Op-amp LM741 mestinya sangat kecil.Pengukuran dalam fisika biasanya mengukur berbagai besaran fisis seperti suhu, tekanan, hambatan, arus listrik, danlain-lain. Untukdapat mencatatnya 7secara elektronik diperlukan sensor atau tranduser untuk mengubah besaran-besaran fisis tersebut menjadi tegangan listrik. Tegangan keluaran sensor sering kali mempunyai nilai tegangan yang lemah, yaitu dalam orde mikro atau mili volt. Rangkaianpenguat berfungsi memperkuat tegangankeluaransensor. Di antara rangkaian penguat yang biasa digunakan dalam rangkaian elektronika:1) Penguat DifferensialRangkaian ini terdiri atas sebuah Op-Amp, empat buah tahanan, dua masukan dan satu keluaran.Tegangan keluaran penguat differensial merupakan perkalian antara kedua input, yaitu input positif dan input negatif.2) Penguat InstrumentasiMerupakan suatu penguat lingkar tertutup dengan masukan differensial dan penguatannya dapat diukur dengan menggunakanresistor variabel tanpa mempengaruhi CMRR.3) Penguat InvertingRangakaian dasar penguat inverting dibangun oleh sebuah Op-amp, dan dua buah tahanan. Bentuk sederhana penguat inverting diperlihatkan pada gambar berikut:Gambar 2. Penguat InvertingPada rangkaian dasar penguat inverting ini sinyal masukannya dibuat 8melalui input inverting.Fase keluaran dari penguat ini akan selalu berbalikan dengan inputnya.4) Penguat Non InvertingRangkaian dasar penguat non inverting juga dibangun oleh sebuah Op-Amp dan dua buah tahanan. Bentuk dasar penguat non inverting:Gambar 3.Penguat Non InvertingMasukandari penguat ini diambil padaterminal noninverting. Penguat ini merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya (Vo) mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan (Vi)C. ADC0804Perangkat elektronika modern kebanyakan melakukan pengolahan data secara digital. Karenasinyalpadaumumnyasecaraalamiahmerupakansinyal analog, makakeberadaanpiranti pengubah(konversi) datadari analogkedigital, atau disebut juga ADC menjadi sangat vital. ADC merupakan suatu piranti elektronika yang mengkonversi suatu sinyal input analog ke dalambentuk digital yang sebanding dengan tegangan input analog. Pernyataan tersebut diperkuat oleh Ibrahim, KF (2002:129) bahwa Pengubah analog ke digital mengambil masukan analog, mencupliknya, kemudian mengubah amplitudo dari setiap cuplikan menjadi sandi digital. 9 Pada sistem ini menggunakan ADC dengan tipe 0804 yang memiliki20 kaki, karena ADC jenis ini sudah banyak dijual di pasaran dalam bentuk chip sehingga mempermudah pemakaian. Bentuk fisik dari ADC0804 diperlihatkan pada Gambar :Gambar 4. Diagram pinADC 0804Nomor dan deskripsiuntuksetiappinIC0804 ditampilkan pada tabel:Tabel 2. Nomor dan deskripsi pin IC 0804No Nomor pin Deskripsi1 2 31 1 CS Penyeleksi cip (aktif rendah)2 2 RD Pembaca (aktif rendah)3 3 WR Penulis (aktif rendah)4 4 CLK IN Clock IN5 5 INTR Interupsi (aktif rendah)6 6 Vin+ - Tegangan masukan analog positif7 7 Vin- - Tegangan masukan analog negatif8 8 AGND Ground Analog9 9 Vref/2 Voltage Reference / 210 10 DGND Ground digital11 11 DB7 Data Bit 7 (MSB)12 12 DB6 Data Bit 613 13 DB5 Data Bit 514 14 DB4 Data Bit 415 15 DB3 Data Bit 316 16 DB2 Data Bit 217 17 DB1 Data Bit 118 18 DB0 Data Bit 0 (LSB)1019 19 CLKR - Clock Reset20 20 Vcc VrefD. MIKROKONTROLER AT89C51Mikrokontroler merupakansuatupiranti yangdapat diumpamakansebagai bentukminimumdarisebuah mikrokomputer yang mempunyai perangkat keras danperangkat lunak, memori, CPUdanlainsebagainya yangterpadudalam sebuah keping IC (Agfianto: 2002). Mikrokontroler merupakan alat kontrol yang fleksibel yang mudah dibawa kemana-mana serta dapat diprogram ulang (reprogrammable), misalnya sebagai inti dari alat kontrol penampil tulisan, sistem pengukuran jarak jauh, dan lain-lain.Mikrokontroler mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan menjalankan suatu programsehingga membuatnya menjadi unggul. Program mikrokontroler dapat membuat keputusanberdasarkansituasi yangdiinginkan. Mikrokontroler mempunyai kemampuan untuk membentuk fungsi matematika dan logika serta memperkenankannya untuk meniru logika dan rangkaian yang canggih (Iovine, J: 2002). Keunggulan lain dari mikrokontroler yaitu dalam pengontrolan input terprogram, pemanipulasi data, pengiriman output, membaca informasi, menyimpan informasi, komunikasi, pengukuran waktu dan pensaklaran sesuatu (Agfianto: 2002). Secara umum mikrokontroler mengandung CPU, RAM, ROM, port serial dan parallel dan timer/counter. Mikrokontroler mempunyai 40 kaki, 32 kaki diantaranyaadalahkakiuntukkeperluanportparallel. Satuportparallel terdiri dari8kaki, dengandemikian 32kaki tersebut membentuk 4buahport parallel yang masing-maasing dikenal dengan port 0, port 1, port 2,dan port 3. Nomor dari masing-masing jalur (kaki) dari port parallel dimulai dari 0 sampai 117, kaki pertama port 0 disebut dengan P0.0 dan jalur terakhir untuk port 3 adalah P3.7. Port3dipakai untukberbagaikeperluansaranainput/output yangkhusus seperti pewaktu (timer), pencacah (counter), dan interupsi. Delapan kaki tersebut digunakan oleh PSEN (Program State Enable), ALE (Adress Latch Enable), EA (ExternalAccess), RST (Reset), XTAL1 dan XTAL2 (input osilator pada chip), catudaya dengan tegangan 5Volt danground. Pin-pin pada mikrokontroler AT89C51 dapat dilihat pada Gambar 1:Gambar 5. Pin-Pin Pada Mikrokontroler AT89C51

Dari Gambar 1 maka dapat ditentukan fungsi dari masing-masing pin, diantaranya:1. Vcc (kaki 40): sebagai suplay tegangan.2. GND (kaki 20): untuk ground atau pentanahan.3. (kaki 9): masukan reset. Kondisi 1 selama 2 siklus mesin selama osilator bekerja akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.4. ALE/ prog (kaki 30): keluaran ALE atau Adress Latch Enable menghasilkan pulsa-pulsa untuk mengancing byte rendah (lowbyte) alamat selama mengakses memori eksternal. Kaki ini juga berfungsi sebagai masukan pulsa 12program (the program pulse input).5. PSEN(kaki 29):ProgramStore Enablemerupakan sinyal baca untuk memori program eksternal.6. EA/Vpp ( kaki 31): External Access Enable. EA harus selalu dihubungkan ke ground, jika mikrokontroler akanmegeksekusi programdari memori eksternal lokasi 0000h hingga FFFFh. Selain dari itu EA harus dihubungkan ke VCCagar mikrokontroler mengakses program secara internal.Kaki ini juga berfungsi menerima tegangan 12 Volt (Vpp) selama pemograman flash.E.IC ISD1420Information Storage Device adalah sebuah chip IC yang mampu merekam dan menyimpan data suara yang direkam tersebut dalam interval waktu tertentu. Pada setiap jenis IC ISD kode nama pada dua digit terakhir menunjukkan lama durasi waktu maksimal yang mampu disimpan kedalam device tersebut. Didalam IC ini telah include beberapa kebutuhan perekaman dan pemanggilan datakembali diantaranyapenguat mikrofone, filter suaradanpenguat speaker untukmenampilkan suara kembali. Diagramskematik single chip ISD1420 ditunjukkan pada gambar berikut ini : Gambar 9.Top view ICISD 142013Tabel 3.Deskripsi masing-masing kaki IC ISD 1420:Nama Pin No pin DeskripsiA0-A7 1-6,9,10 Alamat inputNC 7,8,11,22 No connectVssd,Vssa 12,13 Ground SP+, SP- 14,15 Output speakerVcca, Vccd 16,28 Sumber teganganMic 17 MicrophoneMIC REF 18 Microphone ReferenceAGC 19 Automatic Gain Control ANA IN 20 Analog InputANA OUT 21 Analog OutputPLAYL [2] 23 Playback, Level-ActivatedPLAYE [2] 24 Playback, Edge-ActivatedRECLED 25 Record LEDXCLK 26 External ClockREC 27 Record inputDidalamChipICISD1420terdapat blokrangkaianyanglengkapuntuk merekam suara, menampilkan suara yang terekam baik secara keseluruhan kalimat yang terekam maupun menampilkan keseluruhan kalimat tersebut dalam bentuk per kata. ISD1420jugadilengkapi denganport 8pinyangbisadihubungkan dengan port mikrokontroller dengan tujuan untuk proses pengalamatan kata-kata yangtersimpandidalamnya. Tombol RECharus dihubungkandenganground ketika kita ingin memasukkan serangkaian kata-kata yang ingin disimpan kedalam IC tersebut. Untuk menampilkan semua kata yang tersimpan didalam IC tersebut dilakukan dengan menghubungkan pin PLAYE menuju ground. Sedangkan untuk memisahkan kalimat yang tersimpan tersebut menjadi kata-perkata dilakukan denganmenghubungkankegroundpinPLAYL.Suarayangtersimpantersebut juga bisa langsung ditampilkan pada speaker melalui SP+ dan SP-. 14F. Catu Daya TeregulasiPower suppaymerupakan suatuperalatan yang sangat penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan tegangan DC ontuk mengoperasikannya. Power supply (catu daya) adalah suatu alat yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Catu daya teregulasi dapat dibangun dari IC regulator tegangan. IC regulator tegangan ini diantaranya adalah 78xx dan 79xx. Hal ini senada dengan yang dinyatakan Sutrisno (1999:80):Untuk regulasi tegangan yang tidak terlalu ketat kita dapat gunakan regulator tegangan IC tiga terminal. Regulator ini dikenal dengan 78xx dan 79xx. Regulator IC 78xx adalah adalah regulator teganganpositif untukxxvolt, sedangkan79xxadalahregulator tegangan negativ untuk xx volt.Dari kutipan di atas jelas bahwa tegangan teregulasi yang diharapkan dapat diperoleh dengan memilih IC regulator tegangan yang sesuai. Sebagai contoh IC 7805artinyateganganteregulasi yangdiberikanadalah5volt. Salahsatucatu dayateregulasi dengantegangankeluarandapat divariasikansecarakontinyu. Dengan menggunakan komponen seperti ini, dengan mudah dapat dibuat rangkaiancatudayayangsangat baikregulasi tegangankeluarannya. Namun, komponen 7805 hanya mampu efektif mencatu arus sampai 1 A saja. Catu daya 5 volt umumnya banyak sekali diginakan untuk mencatuberbagai aplikasi, sehingga kadang kala catu arus 1A tidak cukup.Salah satu bentuk rangkaian teregulasi tegangan dapat di lihat pada gambar berikut:15Gambar 10. Rangkaian Teregulasi TeganganPenyearah gelombang penuh model jembatan dengan filter memerlukan empat buahdiode. Dua diodeakanberkondusi saat isyarat positif danduadiode akan berkonduksi saat isyarat negatif. Rangakaianpenyearahdenganempat buahdiode berfungsi mengubah tengan AC menjadi DC yang diperlukan rangakaian. Kapasitor pada keluaran rangkaian penyearah berfungsi sebagai filter yang menghasikan bentuk teganganriak. Tegangankeluaranrangakainpenyearahdenganfilter sebagai input pada IC 7805 sebagai regulator tegangan.16Catu daya teregulasiSensor AsapAF30Penguat invertingADC0804SpeakerIC ISD1420MikrokontrolerAT89S52BAB IIIHASIL DESAIN DAN PEMBAHASAN A. Blok Diagram SistemSistempengontrolanini menggunakanbeberaparangkaianelektronikayang dimulai dari rangkaiansensor, analogtodigital koonverter (ADC), rangkaian mikrokontroler, dan rangkaian output suara.Diagram blok dari sistem ini diperlihatkan pada gambar berikut :Gambar 11. Blok diagram sistem pengontrolan konsentrasi asap rokokSistempengontrolan asap rokok ini didasari oleh rangkaian sensor yang mengalamiperubahan resistansi jika mendeteksi gas hidrogen dan ethanol yang dianggap mewakili asap rokok. Jika gas tersebut terdeteksi maka resistansi sensor akanturundanlinear dengantegangankeluaransensor. Selanjutnyategangan keluaran dari sensor akan diperkuat dengan rangkaian penguat. Setelah dikuatkan, tegangan analog ini dirubah menjadi tegangan digital dengan menggunakan ADC0804. Datadigital yangdiperolehselanjutnyadiolaholehmikrokontroler AT89S51 sesuai dengan program yang telah dimasukkan ke dalamnya. Selanjutnya mikrokontroler juga mengontrol IC ISD 1420 yang akan 17mengeluarkan suara hasil pendeteksian. B. Rangkaian elektronika sistema. Rangkaian Sensor AF30Padasistemini sensor gas yangdigunakansebagai sensor asaprokok adalah sensor AF30. Sensor ini mendeteksi gas hydrogen dan ethanol yang dianggap bisa mewakili asap rokok.Rangkaian dasar sensor gas disajikan pada gambar 12. Gambar 12. Rangkaian sensor gas AF30Tegangan(Vc)digunakanmemberi energi elemensensoryang mempunyai hambatan (Rs) antara dua elektroda sensor dan terhubung sebagai rangkaian pembagi tegangan dengan resistor (RL). Sinyal sensor diukur secara tidak langsung melalui perubahan tegangan yang melewati hambatan RL.Nilai Rs diperoleh dari persamaan berikut18dengan : RL= hambatan keluaran(Ohm);VC= tegangan rangkaian (Volt);VRL= tegangan keluaran (Volt); danRS = hambatan variabel sensor (Ohm).Heater diberikan pada sensor karena detektor gas pada sensor merupakan bahan metaloksida,jikabahan ini dipanaskan makaoksigen akan diserap padapermukaankristal.Permukaankristal yangmendonorkan elektron pada oksigen yang terdapat pada lapisan luar sehingga oksigen akan bermuatan negatif dan muatan positif akan terbentuk padapermukaanluar kristal. Teganganpermukaan yang terbentuk akan menghambat laju aliran elektron. Jika terdapat gas yang terdeteksi maka konsentrasi gas oksigen menurun, rapat muatan pada muatan negatif oksigen akan berkurang, dan mengakibatkan menurunnya ketinggian tegangan penghalang pada daerah sambungan. Dengan menurunnyapotensial (teganganpenghalang) makahambatan sensor juga akan menurunResistansi sensor padasaat udarabersihadalah10K .Resistansi gas yang terdeteksi sensor adalah 15k sampai 35k. Perbandingan antararesistansi sensor pada saat terdapat gas hydrogen 10ppm dan resistansi sensor pada udara bersih atau tidak mengandung gas tersebut (Rgas/Rair) adalah 0,2-0.4. b. Rangkaian Penguat InstrumentasiPenguat instrumentasi merupakan penguat lingkar tertutup dan merupakan 19gebungandari penguat diferensial danrangkaianbuffer. Hal ini sesuai dengan sutrisno (1987) yang menyatakan penguat instrumentasi adalah lingkar tertutup (closed loop) dengan masukan diferensial, dan penguatannya dapat diatur dengan menggunakansebuahresistor variabel tanpa mempengaruhi CMRR.Jelaslah bahwa penguat instrumetasi merupakan penguat lingkar tertutup dengan penguatan dapat diatur. Penguat instrumentasi dibutuhkan untuk memperkuat tegangankeluaransensor ICLM35. Penguat ini memiliki daya presesi dan akurasi yang tinggi. Rangkaian penguat instrumentasi diperlihatkan oleh Gambar 2.Gambar 13.Rangkaian penguat instrumentasiDari Gambar 2 dapat diperhatikan bahwa rangkaian penguat instrumentasi tersusun atas dua blok yaitu rangkaian buffer dan rangkaian penguat diferensial.Rangkaian bufer merupakan perantara untuk masukan yang mempunyai impedansi yang tinggi, sehingga apabila dihubungkan dengan rangkaian elektronika sebelumnya tidak terjadi jatuh tegangan. Rangkaian buffer diperlihatkanoleh Gambar 3.20R6VP? 324 V0PIR7VQGambar 14. Rangkaian bufferDari Gambar 3 didapatkan tegangan antara titik P dan titik Q diperlihatkan oleh persamaan ( )2 145 31i i PQV VRR RV 1]1

++ (1)Dari persamaan terlihat, tegangan Antara titik P dan titik Q (VPQ) akan berbanding lurusdenganperbedaanteganganmasukan(Vi1-Vi2). Penguatandari rangkaian bufferdidapat dari perbandingan antara (VPQ) dengan (Vi1-Vi2) seperti diperlihatkan oleh persamaan1]1

++ 45 31RR RAVbuff(2)Besarnyapenguatandari rangkaianbufferditentukanolehkomponeneksternal yang dipasang yaitu R3, R4 dan R5.Bagian kedua dari penguat instrumentasi adalah penguat diferensial. Penguat diferensial adalah komponen IC yang memiliki dua tegangan masukan dan satu tegangan output yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya (aswan hamonangan: 2007). Rangkaian ini digunakan dikarenakan penguat diferensial memiliki dua masukan yang dapat dibandingkan, sehingga tegangan keluaran dapat diatur sesuai dengan keinginan. Disisi lain penguat diferensial memiliki penguatan tegangan amat tinggi yaitu dalam orde 105. Bentuk rangkaian yang dimaksud diperlihatkan pada Gambar 4.21Gambar 15.Rangkaian penguat diferensialBesarnya tegangan keluaran dari penguat diferensial dengan mengkondisikan nilai tahanan R9 = R7 dan R8 = R6diperlihatkan oleh persamaan ( )P Q PIV VRRV 670(3)Penguatandaripenguatdiferensial merupakan permandingantegangankeluaran (V0PI)dengan perbedaan tegangan masukannya (VQ-VP) ,sehinggadapatditulis dalam bentuk67RRAVdiff(4)Persamaan menunjukkan bahwa penguatan dari penguat diferensial hanya bergantung dari besar nila R7 dan R6Pada penguat instrumentasi, tegangan keluaran dari rangkaian buffer merupakanteganganmasukanbagi penguat diferensial.Tegangankeluaran dari rangkaian penguat diferensial merupakan tegangan keluaran dari rangkaian penguat instrumentasi. Dengan mensubtitusikan persamaan (1) ke dalam persamaan(3), makadihasilkantegangankeluarandari penguat instrumentasi sebesar ( )2 145 36701i i PIV VRR RRRV 1]1

++

,_

(5)Dalamkeadaanyangsederhana, tegangankeluarandari penguat instrumentasi dapat diekspresikan pada persamaan ( )2 1 0 i i Vinst PIV V A V (6)22Dengan VinstA adalah penguatan dari penguat instrumentasi yaitu1]1

++

,_

45 3671RR RRRAVinst(7)Persamaan menyatakan bahwa penguatan dari penguat instrumentasi bergantung pada nilai tahanan R3, R4, R5, R6 dan R7.c. Rangkaian ADC0804Tegangan yang dihasilkan oleh sensor asap rokok AF30 yang dilewatkan padamasing-masingrangkaiankompensasinyamerupakantegangananalog, sedangkanuntuksemuaprosespengalamatanpadamikrokontroler ini yang diperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan analog ini perlu diubah dalambentuk digital. Untuk keperluan pengubahan analog ke digital ini diperlukan rangkaian konverter analog ke digital, dalam hal ini menggunakan ADC 0804.Sistem minimum rangkaian ADC 0804 adalah sebagai berikut:Gambar 16.Sistem minimum rangkaian ADC 0804ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukan sinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi (Vref) yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan 23potensio tegangan VR 10K.Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enabledihubungkankeground. Kaki WRuntukmemulai pengubahanatau yanglebihdikenal denganstart conversion(SC) yangdiberi clockdari IC CMOS 4081 yang memberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk memulai perubahan biner ketika masukan berubah.Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titik keluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisi maksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau 255 kondisi masukan analog.d. Rangkaian Mikrokontroler AT89C51Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontroler AT89C51 yang memiliki kemampuan kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51 ,dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash, 32 pin Input/Output yang dapat deprogram, 128 x 8 bit internal RAM ,dua buah timer / counter 16 bit. Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalambentuk minimum seperti yang terlihat pada gambar.Gambar 17. Konfigurasi minimum mikrokontroller AT89C5124Dari gambar di atas dapt dilihat bahwa pengambilan data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC0804. sedangkan untuk pengalamatan data yang dikeluarkan ke IC ISD menggunakan port 3.e. Rangkaian ISD 1420Information Storage Device (ISD) 1420 merupakan suatu chip yang bila secara terintegrasi terhadap komponen pendukung bisa digunakan sebagai penyimpandata suara yangdirekamdandidownloadkandidalamnya. Metode penyimpanan data suara pada ISD dibatasi oleh lama waktu yang ditentukan oleh masing-masingchipISDtersebut. Seperti halnya ISD1420diartikanmampu menyimpan data suara hingga maksimal 20 detik.Sistemminimumdari rangkaianISD1420yangterintegrasi dengansistem rekam data adalah sebagai berikut:Gambar 18.Skematik rangkaian ISD 1420MetodepengisiandatasuarakedalamISDini dilakukanmelalui perekam suarayangdapat disimpandalambentukwave. Setelahmelalui prosesediting untuk mendapatkan kualitas suara yang baik ,dari program wave suara didownload dengan menekan tombol REC pada rangkaian terintegrasi ISD melalui port LPT yangdihubungkandenganportISDtersebut .Suarayangdidownloadkedalam ISD disimpan dalam bit-bit biner dengan satu alamat data untuk setiap satu suku 25kata. Untuk menampilkan suara dari data yang disimpan dilakukan dengan memanggil data biner tersebut. Tabel 4. Data biner yang tersimpan dalam ISD 1420Kata A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 HexKONSENTRASI 0 0 0 0 1 1 1 0 0DHGAS 0 0 0 1 1 0 1 0 1AHADALAH 0 0 1 0 0 1 1 1 27HSATU 0 0 1 1 0 1 0 0 34HDUA 0 1 0 0 0 0 0 1 41HTIGA 0 1 0 0 1 1 1 0 4EHEMPAT 0 1 0 1 1 0 1 1 5BHLIMA 0 1 1 0 1 0 0 0 68HENAM 0 1 1 1 0 1 0 1 75HTUJUH 1 0 0 0 0 0 1 0 82HDELAPAN 1 0 0 0 1 1 1 1 8FHSEMBILAN 1 0 0 1 1 1 0 0 9CHPULUH 1 0 1 0 1 0 0 1 A9HKOMA 1 0 1 1 0 1 1 0 B6HPPM 1 1 0 0 0 0 1 1 C3HKerja rangkaian pada sistem ini secara keseluruhan dimulai dari perubahan resistansi pada sensor. Perubahanresistansi ini akanmenyebabkanperubahan tegangankeluaransensor,dimanajikaterdeteksi gasyangmewakili asaprokok maka resistansi sesnor akan turun dan tegangan keluaran sensor juga akan mengalami penurunan. Tegangan keluaran sensor akan diperkuat melalui rangkaian penguat instrumentasi. Tegangan yang dikuatkan ini masih dalam bentuk analog dan akan dirubah oleh ADC 0804 menjadi tegangan digital yang selanjutnya akan diolah oleh mikrokontroler.Keluaran dari ADCmasuk ke mikrokontroler melalui port 0. Port 2 digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler ke ICISD1420. Keluaran rangkaian dari IC ISD1420 adalah suara dari speaker. Rangkaian lengkap sistem ini diperlihatkan pada gambar berikut:260100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c02170cf306040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc02000000000102022253797374656d000cf3060000a2f40000ac5d110004ee8339900ee7010c020000040000002d01000004000000020101001c000000fb02c4ff0000000000009001000000000440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020d000000320a360000000100040000000000f206160c20001b00040000002d010000030000000000Gambar 19. Rangkaian lengkap sistemC. Perancangan Software Sistem Pada sistem perangkat lunak ini berisi tahap-tahap perancangan program pada mikrokontroller AT89C51. Dimana didalam IC program ini merupakan otak darisistemyangingindaijalankan pada perancangan alat timbangan digital ini. Untukmerancang suatupengalamatanprogramterlebih dahuluharus disusun suatu diagram alir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik didalamnya. Diagram alir dalam perancangan sofware ini sebagai berikut :27Gambar 20. Flowchart ProgramPadaMikrokontroler AT89C51dipasangsaklar yangberfungsi sebagai tanda agar program mulai membaca data dari ADC yang sebanding dengan output sensorAF30danmengkonversinyakebesarankonsentrasi gas. Pembacaandata dari ADC dilakukan dengan mengirim sinyal start pada ADC0804 untuk melakukan konversi terhadap input dari sensor AF30 dan kemudian mengaktifkan output ADC agar data hasil konversi dapat dibaca oleh mikrokontroler AT89C51. Data dari ADCtersebut disimpan di akumulator untuk kemudian dikonversi menjadi data konsentrasi. Hasil konversi kemudian akan ditampilkan dalam bentuk suara.28BAB IVPENUTUPA. KESIMPULANKemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat banyak dampaknya bagi kehidupan manusia. Salah satu bidang yang sangat merasakan dampak ini adalah bidang elektronika. Hal ini ditandai dengan semakin banyaknya ditemukan komponenmikroelektronika, sehinggadiciptakanpulaberbagai peralatanatau piranti yang dapat memudahkan pekerjaan manusia baik dalampengukuran maupun dalam pengontrolan.Salahsatubentukalat ukur yang dapat dikembangkan adalah alat untuk mendeteksi konsentrasi asap rokok dengan menggunakan mikrokontroler AT89C51. Alat ini bekerjamendeteksi asaprokokmenggunakansensor yang sensitif terhadap kandungan gas pada asap rokok, yang selanjutnya tegangannya diolahmelalui rangkaianelektronika sehinggakeluarannya berupasuarahasil deteksi konsentrasi gas tersebut.B. SARANSetelah mempelajari sistem dan prinsip kerja rangkaian ini kiranya alat ini 29dapat dikembangkan untuk berbagai aplikasi lainnya seperti, pengontrolan kebakaran dengan mendeteksi asap dan dipadukan dengan sensor lain yang mendukung seperti sensor temperatur. Selain itu hasil data dari sistem ini dapat dimanfaatkansebagai dataparameter pencemaranudara. Sistemdari rangkaian disini sangat metuntut perankita sebagai mahasiswa sains untukdapat terus mengembangkannya.DAFTAR PUSTAKAIrvan.2008 .Bahaya Rokok Bagi Perokok Pasif. http://irvan05.dagdigdug.com/2008/05/02/bahay-rokok-bagi-perokok-pasif/.Kurniawan, Hendry.TimbanganBerat BadandanTinggi BadandenganOutputSuara.http://www.joaldera.blogspot.com/2007/09/timbangan-berat-badan-dan-tinggi-badan.html.Mackenzie, S. I. (1995). The 8051 Microcontroller. New Jersey Colombue, OhioPutra, Agfianto Eko.2002.Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/53. Gava Media: Yogyakarta.Sutrisno.1994. Elektronika Teori dan Penerapan. ITB: Jakarta.Thalib, Farid. Pengembangan Alat Pemantau Mutu Udara Dengan Mikrokontroler AT89C51. Universitas Gunadarma : Depok30