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

I.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4

I.6 Keaslian Penelitian ..................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................................... 5

II.2 Landasan Teori .......................................................................................... 6

II.2.1 Liquified Petroleum Gas (LPG) ...................................................... 6

II.2.2 Mikrokontroler ATmega8 ............................................................... 8

II.2.2.1 CPU (Central Processing Unit) .......................................... 13

II.2.2.2 Bagian Masukan/Keluaran (I/O) ......................................... 13

II.2.2.3 Special Function Register (SFR) ........................................ 14

II.2.3 Sensor .............................................................................................. 14

vii

II.2.3.1 Karakteristik Statik Sensor ................................................. 15

II.2.3.2 Sensor HS-133 .................................................................... 21

BAB III METODE PENELITIAN

III.1 Alat dan Bahan ........................................................................................ 25

III.2 Desain Blok .............................................................................................. 26

III.3 Prosedur Kerja Penelitian ......................................................................... 28

III.4 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) ................................................ 29

III.5 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8 ..................................... 29

III.6 Rangkaian Buzzer/Alarm ......................................................................... 30

III.7 Rangkaian Interface LCD ........................................................................ 31

III.8 Konversi Tegangan Output Menjadi Satuan ppm (part per million) ....... 32

III.9 Langkah Pengujian Sistem Deteksi Gas Elpiji ........................................ 34

III.10 Cara Kerja Sistem .................................................................................. 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Pengujian ........................................................................................ 36

IV.1.1 Pengujian Deteksi Stimulus Pada Hasil Perancangan Sistem Sensor 36

IV.1.2 Karakterisasi Sistem Sensor........................................................... 38

IV.2 Pembahasan.............................................................................................. 43

BAB V KESIMPULAN

V.1 Kesimpulan ............................................................................................... 47

V.2 Saran .......................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 49

LAMPIRAN .................................................................................................... 51

viii

DAFTAR TABEL

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

10

• Memori: 8 Kb flash memory, 512 bytes EEPROM (Electrically

Erasable Programmable Read-Only Memory) , 1 Kb internal SRAM

(Static Random-Access Memory)

• Time/Counter

Dua buah 8 bit timer/counter,

Satu buah 16 bit timer/counter,

• 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

6 Anti-explosion network 100 dual layer stainless steel (SUS316)

7 Clamp ring materials valcanized Ni 8 Basic seat Bakelite 9 Tube foot materils valcanized Ni

b. Cara Kerja Sensor HS-133

Pencium utama pada rangkaian pendeteksi gas ini adalah

sebuah sensor gas HS-133 yang didalamnya terdapat kawat

pemanas (heater) dari bahan nichrome yang berbentuk miniatur

dengan nilai resistansi nominal 33 Ω, permukaan sensor dilapisi

dengan dioxide (SnO2) yang tahan terhadap panas. HS-133 ini

sangat peka terhadap LPG dan cara kerjanya sederhana.

Jika molekul gas menyentuh permukaan sensor maka

satuan resistansinya akan mengecil sesuai dengan konsentrasi

gas. Sebaliknya, jika konsentrasi gas menurun akan diikuti

dengan semakin tingginya resistansi maka tegangan keluarannya

akan menurun. Dengan demikian perubahan konsentrasi gas

dapat mengubah nilai resistansi sensor dan juga akan

mempengaruhi tegangan keluarannya juga, perbedaan inilah

24

yang dijadikan acuan bagi pendeteksi gas elpiji ini. Rangkaian

pengukuran parameter listrik sensor HS-133 ini dapat

diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini:

Gambar 2.7 Rangkaian pengukuran parameter listrik HS-133

(Sumber: Data Sheet HS-133 05/09)

Keterangan:

Vc : circuit voltage

Vout : output voltage

RL : load resistance

A : fetch signal A

B : fetch signal B

f : heater

25

BAB III

METODE PENELITIAN

III.1 Alat dan Bahan

a. Alat

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

• Komputer 1 Unit

• Multitester 1 Buah

• Solder 1 Buah

• Obeng 1 Buah

• Bor 1 Buah

• Wadah pengaduk/pelarut 1 Buah

• ISP Downloader 1 Buah

• Eagle software Versi 5.10

• Code Vision software Versi 2.03

b. Bahan

Sedangkan bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

• Sensor HS-133 1 Buah

• Mikrokontroler Atmega8 1 Buah

• LCD 2x16 Karakter 1 Buah

• Buzzer 12 Volt 1 Buah

26

• PCB Single layer 1 Buah

• Larutan feri chloride

• Adaptor 12 Volt DC 1 Buah

• Tenol 1 Gulung

• Korek gas 1 Buah

• LED merah 3 Buah

• LED kuning 1 Buah

• LED hijau 1 Buah

• Kapasitor 4700 µF 35 Volt 1 Buah

• Kapasitor 470 µF 16 Volt 1 Buah

• Resistor 150 Ω 5 Buah

• Resistor 10.000 Ω 1 Buah

• Resistor 4.300 Ω 1 Buah

• Resistor 330 Ω 1 Buah

• Resistor 47 Ω 1 Buah

• Transistor jenis NPN 1 Buah

• Dioda 1 Buah

• Dioda bridge 1 Buah

III.2 Desain Blok

Gambar 3.1 Desain blok sistem deteksi

27

Keterangan dari masing-masing blok pada gambar 3.1 di atas adalah sebagai

berikut:

a. Blok Sensor

Bagian ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gas elpiji sehingga data

akan dikirimkan ke ADC dan diproses oleh Mikrokontroler. Sensor yang

digunakan untuk mendeteksi adanya gas elpiji ini adalah HS-133.

b. Blok Pengolah

Merupakan blok pusat yang berfungsi untuk mengolah dan memproses

data. Blok ini merupakan blok Mikrokontroler ATmega8 yang didalamnya

sudah terdapat ADC internal.

c. Blok Peringatan

Berfungsi sebagai indikator atau peringatan yang menandakan adanya gas

elpiji yang terdeteksi disekitar sistem.

d. Blok Penampil

Berfungsi untuk menampilkan keadaan aman dan menampilkan

konsentrasi gas jika ada gas elpiji yang terdeteksi.

28

III.3 Prosedur Kerja Penelitian

Prosedur kerja pada penelitian ini dapat diperlihatkan pada diagram alir

pada gambar 3.2 di bawah ini:

Download program ke Mikro

Pengujian Alat

Karakterisasi Sistem Sensor

Desain Skematik & Layout PCB

Pelarutan PCB dengan Feri Chloride

Merangkai dan Soldering

Tes alur rangkaian

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian

III.4 Rangkaian Power Supply Adaptor

Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan

rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat

yang digunakan untuk men

PSA dilengkapi dengan

tegangan. Rangkaian

Gambar 3.

III.5 Rangkaian Minimum Mikrokontroler

Rangkaian mikrokontroller AT

mengatur fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,

mikrokontroler digunakan sebagai

(masukan) pada rangkaian sistem kontrol ini

133. Sedangkan output

berupa LCD, dan buzzer

ditunjukkan pada gambar

Power Supply Adaptor (PSA)

Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supply tegangan ke seluruh

yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat satu keluaran, yaitu

digunakan untuk mensupply tegangan ke seluruh rangkaian.

PSA dilengkapi dengan LED merah sebagai indikator bahwa PSA men

Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini

Gambar 3.3 Rangkaian Power Supplay Adaptor (PSA)

Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8

Rangkaian mikrokontroller ATmega8 ini merupakan sistem kontrol yang

fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,

mikrokontroler digunakan sebagai sistem kontrol input dan output

(masukan) pada rangkaian sistem kontrol ini dihubungkan dengan sensor

output (keluaran) dihubungkan dengan piranti tampilan

buzzer sebagai peringatan dini. Rangkaian mikrokontroler

ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut ini:

29

tegangan ke seluruh

keluaran, yaitu 5 volt

Rangkaian

merah sebagai indikator bahwa PSA mensupply

berikut ini:

ini merupakan sistem kontrol yang

fungsi kerja sistem pengukuran. Dalam penelitian ini,

output saja. Input

dihubungkan dengan sensor HS-

dengan piranti tampilan

. Rangkaian mikrokontroler

Gambar 3.4 Rangkaian

III.6 Rangkaian Buzzer

Rangkaian alarm pada

menghubungkan sumber tegangan 12

dihubungkan ke mikrokontroler melalui PORTB3.

ini ditunjukkan pada

Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega8

Buzzer/Alarm

Rangkaian alarm pada sistem ini berfungsi untuk memutuskan atau

sumber tegangan 12 Volt dengan buzzer. Rangkaian alarm ini

hubungkan ke mikrokontroler melalui PORTB3. Gambar rangkaian

ini ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini:

30

ini berfungsi untuk memutuskan ataupun

Rangkaian alarm ini

Gambar rangkaian alarm

31

Gambar 3.5 Rangkaian buzzer/alarm

III.7 Rangkaian Interface LCD

Rangkaian Interface LCD pada sistem ini berfungsi untuk menampilkan

keadaan gas dan nilai konsentrasi gas terpantau dalam satuan ppm (part per

million) saat terdeteksi adanya gas. LCD yang digunakan pada sistem ini

adalah LCD berukuran 2x16 karakter. Rangkaian interface ini dihubungkan ke

mikrokontroler melalui PORT D, yaitu D0, D1, D2, D4, D5, D6, dan D7.

Gambar rangkaian Interface LCD ini diperlihatkan pada gambar 3.6 berikut

ini:

32

Gambar 3.6 Rangkaian Interface LCD

III.8 Konversi tegangan output menjadi satuan ppm (part per million)

Pada proses pendeteksian LPG, nilai resistansi Rs pada sensor akan

berkurang sesuai dengan nilai konsentrasi LPG yang terdeteksi. Sensor, untuk

melakukan pendeteksian, memerlukan dua tegangan yang sama antara Vh

(untuk heater) dengan Vc (untuk R) yaitu masing-masing sebesar (5,0 ± 0,1)V

seperti diperlihatkan pada gambar 3.7. Cara mengkonversi dari besar tegangan

output VRL ke dalam satuan konsentrasi gas ppm (part per million)

memerlukan nilai referensi R0 sebesar 3000 Ω serta RL sebesar 3000 Ω.

33

Gambar 3.7 Rangkaian Sensor HS-133

Diketahui saat RS/R0 = 0,9 dengan konsentrasi gas sebesar 2000 ppm.

Nilai RS dapat dihitung menggunakan persamaan yaitu:

RS =

x RL (3.1)

Karena perbandingan RS/R0 berbanding terbalik dengan nilai konsentrasi gas,

maka:

=

(3.2)

Saat RS/R0=0,9, maka

0,9 =

(3.3)

Perhitungan konversi ke satuan konsentrasi ppm dilakukan dengan cara:

Jika,

(3.4)

34

Dengan memasukkan persamaan 3.1 ke dalam persamaan 3.4, diperoleh:

(3.5)

Berdasarkan persamaan 3.2 dan persamaan 3.3, maka:

,

(3.6)

III.9 Langkah Pengujian Sistem Deteksi Gas Elpiji

Adapun langkah pengujian sistem deteksi adalah sebagai berikut:

1. Sistem dihubungkan dengan arus listrik sampai lampu indikator hijau

menyala.

2. Setelah sistem standby selama ± 5 detik, diukur tegangan awal sensor saat

sebelum terdeteksi adanya gas.

3. Diberikan rangsangan gas terhadap sensor kemudian mencatat tegangan

sensor dan konsentrasi gas yang terpantau pada tampilan LCD. Langkah

ini dilakukan pada suatu wadah tertutup, supaya memudahkan dalam

penambahan konsentrasi gas.

4. Jumlah konsentrasi gas ditambahkan dan mencatat nilai yang terpantau

dalam tampilan LCD.

5. Langkah tersebut diatas diulangi untuk mendapatkan beberapa data yang

dibutuhkan.

35

III.10 Cara kerja sistem

Cara kerja sistem peringatan dini ini dapat dilihat melalui diagram alir pada

gambar 3.8 di bawah ini:

Diagram Alir Cara Kerja Sistem Detektor Kebocoran Tabung Gas

Tampilkan “Detektor Gas”

Oleh: Furqonudin

• LED Merah Nyala Kedip

• Hidupkan Buzzer • Tampilkan

“Awas Bahaya Gas” Kadar: ... PPM

Mulai

Inisialisasi Port

LED Indikator Hijau Menyala

Apakah ada Bau Gas?

Gas Terdeteksi > 3 detik?

• LED Kuning Nyala Kedip

• Buzzer OFF • Tampilkan

“Waspada” Kadar: … PPM

Gambar 3.8 Diagram alir cara kerja sistem peringatan dini kebocoran gas

36

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Penelitian

IV.1.1 Pengujian Deteksi Stimulus Pada Hasil Perancangan Sistem Sensor

Pengujian deteksi stimulus pada sistem sensor dilakukan dengan

cara menguji keseluruhan sistem sensor yang dirancang sesuai dengan

gambar 3.1. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan rangsangan

gas elpiji di dekat sensor. Hal ini dilakukan dalam suatu ruang tertutup

sebagaimana diperlihatkan pada lampiran 3. Melalui hasil penelitian

yang diperoleh, bahwa sistem yang dibuat telah dapat mendeteksi gas

elpiji dan mampu menampilkan konsentrasi gas yang terpantau

melalui LCD disertai tanda peringatan berupa LED dan buzzer, seperti

disajikan pada gambar 4.1 berikut ini:

Gambar 4.1 Tampilan sistem saat mendeteksi gas elpiji

37

Data hasil pengujian deteksi stimulus pada hasil perancangan sistem

sensor diperlihatkan pada tabel 4.1 berikut ini:

Tabel 4.1 Data pengujian jarak deteksi (cm) terhadap konsentrasi gas elpiji (ppm)

No Jarak deteksi (cm) Konsentrasi Gas (ppm) 1 0 19865 2 1 19800 3 2 19450 4 3 19000 5 4 18000 6 5 17000 7 6 16500 8 7 16000 9 8 15000 10 9 14500 11 10 14000 12 12 12700 13 15 11500 14 20 9350 15 25 7000 16 30 4950 17 35 3682 18 40 2561 19 45 1000 20 50 115

Berdasarkan tabel 4.1 di atas, maka dapat dibuat grafiknya sebagai berikut:

Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak deteksi (cm) terhadap konsentrasi

gas elpiji (ppm)

38

Melalui grafik pada gambar 4.2 di atas, dapat dilihat bahwa grafik

yang terbentuk berbanding terbalik antara jarak sensor terhadap gas

elpiji yang terdeteksi. Semakin dekat sistem sensor terhadap

rangsangan, maka semakin tinggi konsentrasi yang terdeteksi.

Sebaliknya, semakin jauh sistem terhadap rangsangan, maka semakin

kecil pula konsentrasi yang terdeteksi oleh sistem sensor. Hal ini

menunjukkan bahwa sistem sensor ini lebih sensiti apabila didekatkan

dengan sumber rangsangan.

IV.1.2 Karakterisasi Sistem Sensor

Setelah sistem yang dibuat sudah dapat digunakan untuk

mendeteksi gas elpiji, tahapan selanjutnya adalah menentukan

kerakteristik sistem sensor. Karakterisasi sistem sensor dapat

dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara tegangan sensor

(Volt) terhadap konsentrasi gas (ppm). Hasil akuisisi data dalam

penelitian ini ditampilkan pada tabel 4.2 berikut ini:

Tabel 4.2 Output tegangan sensor (V) dan konsentrasi gas (ppm)

No Konsentrasi Gas

(ppm) Tegangan Output Sensor (V) Pengujian 1 Pengujian 2

1 0 0.60 0.60 2 122 0.80 0.80 3 245 1.00 0.90 4 312 1.10 1.10 5 1037 1.40 1.30 6 1524 1.60 1.60 7 2021 1.80 1.80 8 2881 2.00 2.00 9 5161 2.50 2.50 10 5968 2.56 2.60

39

11 6694 2.60 2.65 12 7903 2.67 2.75 13 9032 2.75 2.80 14 10000 2.80 2.80 15 12619 2.85 2.86 16 14048 2.88 2.90 17 15238 2.91 2.92 18 16190 2.93 2.93 19 18095 2.97 2.94 20 20000 3.01 3.00

Berdasarkan tabel 4.2 di atas maka grafik hubungan tegangan (V)

dengan konsentrasi gas (ppm) dapat ditunjukkan pada gambar 4.3

berikut:

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tegangan sensor (V) terhadap Konsentasi

Gas (ppm)

40

Berdasarkan grafik hubungan tegangan output sensor (V) terhadap

konsentrasi gas (ppm) pada gambar 4.3 di atas, dapat ditentukan beberapa

variabel karakteristik sistem sensor sebagai berikut:

a. Sensitivitas sistem sensor

Penentuan sensitivitas sistem sensor dilakukan dengan

menggunakan pendekatan linier. Metode yang digunakan dalam

penentuan sensitivitas ini adalah metode kuadrat terkecil (Least

square). Sensitivitas sistem sensor dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 2.11.

( )22∑ ∑

∑ ∑ ∑

−

−=

ii

iiii

XXn

YXYXnb

dengan:

b : slope

Xi : stimulus

Yi : tanggapan/respon

n : jumlah data

∑ : jumlahan dari n.

Dengan memasukkan data-data hasil penelitian pada tabel 4.2

kedalam persamaan di atas, diperoleh konstanta slope sebesar

0,000107, sehingga sensitivitas dari sistem sensor ini adalah sebesar

0,000107 Volt/ppm.

41

Galat taksiran standar diperoleh dengan persamaan:

Sy/x = (4.1)

dengan

Sr = ∑ (4.2)

Keterangan:

Sy/x : galat taksiran standar

Sr : jumlah kuadrat residual

n : jumlah data

Xi : stimulus

Yi : tanggapan/respon

a : intersep

b : slope

Nilai a (intersep) diperoleh dengan menggunakan persamaan:

( )22

2

∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

−

−=

ii

iiiii

XXn

YXXXYa

(4.3)

Dengan memasukkan data eksperimen pada tabel 4.2 ke dalam

persamaan 4.3 diperoleh nilai a (Intersep) sebesar: 1,385277 dan Sr

(jumlah kuadrat residual) adalah sebesar: 3,165191.

sehingga galat taksiran standarnya adalah:

Sy/x =

42

= 3,165191

= 0,419338

b. Repeatabilitas

Penentuan repeatabilitas dapat diperoleh dengan membaca grafik

yang terbentuk dari pengulangan proses analisis data pada waktu yang

berbeda. Besarnya error repeatability dapat diperoleh dengan

menggunakan persamaan berikut:

%100xFS

∆=δ (4.4)

dengan:

δ : error repeatability

∆ : nilai maximum – nilai mininimum

FS : full scale

dengan demikian dapat ditentukan besarnya error repeatability yaitu:

%100xFS

∆=δ

%10020000

79039032x

−=δ

%10005645,0 x=δ

%645,5=δ

sehingga secara lengkap hasil karakterisasi sistem sensor yang telah

dihasilkan dari penelitian ini disajikan pada gambar 4.4 berikut ini:

43

Gambar 4.4 Grafik hasil karakterisasi sistem sensor

IV.2 Pembahasan

Rangkaian penguat instrumentasi dibangun dengan menambahkan

komponen transistor jenis NPN (Negative Positive Negative) pada rangkaian

sensor. Fungsi dari penambahan komponen ini adalah sebagai penguat

tegangan, arus kecil yang memasuki basis pada emiter dikuatkan dan

dikeluarkan melalui kolektor. Selain menambahkan transistor jenis NPN,

rangkaian sensor juga ditambahkan resistor dengan nilai 330 Ω, namun pada

saat sistem telah jadi dan dinyatakan telah berhasil dilakukan pengujian,

sistem mengalami reset (nilai yang terdeteksi selalu kembali kembali ke titik

semula) meskipun telah ditambahkan kadar konsentrasi gasnya. Resistor

sebesar 4700 Ω ditambahkan kembali dalam rangkaian sensor, hal ini

dimaksudkan untuk menyesuaikan arus listrik yang melalui rangkaian sensor

44

dan mengendalikan nilai tegangan listriknya. Dalam penelitian ini tegangan

offset diatasi dengan perangkat lunak atau program yang diisikan ke dalam

mikrokontroller sehingga tampilan yang muncul pada layar LCD sesuai

dengan konsentrasi gas yang terpantau.

Tegangan analog yang masuk, diolah melalui ADC internal yang ada

dalam mikrokontroler ATmega8 yang kemudian dikonversi menjadi tegangan

digital 8 bit. Mikrokontroler menyimpan data untuk sementara pada alamat

tertentu untuk ditampilkan ke interface LCD. Proses penampilan data ke LCD

diawali dengan proses inisialisasi LCD. Inisialisasi LCD diperlukan untuk

menentukan modus kerja dari LCD. Kerja dari LCD dikendalikan oleh

mikrokontroller dengan mengirimkan instruksi-instruksi ke pin kontrol dari

LCD. Data dari mikrokontroller dikirimkan ke LCD melalui PORTD.

Pengujian deteksi stimulus pada sistem sensor dilakukan dengan

mendekatkan sensor pada sumber gas. Adapun sumber yang digunakan untuk

pengujian ini adalah korek gas, karena kandungan yang terdapat pada korek

tersebut menggunakan hidrokarbon cair seperti n-butana, isobutana, dan

propana yang mempunyai tekanan pada 24ºC melebihi 104 kPa.1 Penggunaan

korek gas ini sudah cukup untuk melakukan pengujian deteksi stimulus pada

sistem sensor agar dapat mendeteksi gas elpiji. Namun karena keterbatasan

kadar gas dan perubahan konsentrasi yang fluktuatif, sehingga hasil yang

diperoleh kurang maksimal. Sumber gas tersebut dapat menghasilkan

jangkauan pengukuran sampai dengan 20.000 ppm seperti yang telah

1 SNI 19-7120-2005 - ICS 13.120 Halaman 1

45

diperlihatkan pada gambar 4.4. Nilai ini masih berada di bawah jangkauan

referensi yaitu sebesar 30.000 ppm.

Berdasarkan hasil akuisisi data penelitian ternyata diperoleh grafik yang

tidak linier, hal ini sudah sesuai dengan referensi (lihat lampiran 6 hal. 67).

Hasil karakterisasi sistem sensor yang telah dirancang dalam penelitian ini

menghasilkan beberapa karakteristik seperti ditunjukkan pada tabel 4.3 berikut

ini:

Tabel 4.3 Karakteristik sistem sensor HS-133

No Karakteristik Nilai terukur

1 Sensitivitas 0,000107 Volt/ppm

2 Error repeatability 5,645%

3 Jangkauan pengukuran 20.000 ppm

4 Zero of set 0,6 Volt

5 Galat taksiran standar 0,419338

Berdasarkan tabel 4.3 dapat dilihat bahwa nilai sensitivitas sistem sensor

adalah sebesar 0,000107 Volt/ppm.. Hal ini menunjukkan bahwa setiap

kanaikan konsentrasi gas sebesar 1 ppm, menghasilkan tegangan output pada

sistem sebesar 0,000107 Volt. Nilai sensitivitas ini cukup kecil, dengan galat

taksiran standar cukup besar, yaitu sebesar 0,419338. Hal ini dikarenakan

perhitungan sensitivitas dilakukan dengan menggunakan metode Least

Square, sedangkan grafik yang terbentuk dari hasil akuisisi data pada

penelitian ini tidak linier. Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa

penggunaan metode least square kurang tepat untuk menganalisis hasil

akuisisi data pada penelitian ini.

46

Melalui pengukuran berulang terhadap sistem sensor ini menghasilkan

nilai pengukuran yang hampir sama dengan error repeatability sebesar

5,645%. Persentase ini cukup kecil (<10%), sehingga sistem ini dapat

digunakan berulang (repeatability). Dengan sifat yang dimiliki ini, sistem

akan secara otomatis kembali dalam keadaan normal ketika sudah tidak

terdeteksi adanya gas lagi. Pada saat kondisi normal tanpa adanya gas, suhu

heater sensor adalah kurang dari 20o C namun pada saat sensor mendeteksi

adanya gas, sensor memanas.

47

BAB V

KESIMPULAN

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah diberikan pada

bab sebelumnya, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:

1. Telah berhasil dibuat seperangkat sistem peringatan dini kebocoran gas

elpiji dengan menggunakan sensor HS-133 yang mampu mendeteksi

sekaligus menampilkan nilai konsentrasi gas elpiji yang terdeteksi dalam

satuan ppm.

2. Dari hasil karakterisasi terhadap sistem sensor pada penelitian ini

diperoleh beberapa variabel karakteristik antara lain: nilai sensitivitas

sebesar 0,000107 Volt/ppm dan 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.

V.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh disadari bahwa sistem

deteksi kebocoran gas LPG yang telah dibuat memiliki beberapa kekurangan.

Oleh sebab itu, untuk mengembangkannya menjadi alat yang akurat dan

presisi disarankan untuk dilakukan beberapa hal sebagai berikut:

48

1. Sebaiknya hasil pengukuran konsentrasi gas LPG dibandingkan dengan

alat ukur yang sudah terkalibrasi agar sistem sensor ini dapat digunakan

sebagai alat ukur konsentrasi LPG.

2. Agar diperoleh hasil karakterisasi sistem sensor yang baik, sebaiknya

menggunakan sumber gas yang memiliki konsentrasi di atas 30.000 ppm

dan perubaha konsentrasinya tidak fluktuatif.

3. Disarankan untuk menambahkan sistem informasi kebocoran gas melalui

sms agar kondisi gas dapat selalu terpantau secara real time.

49

DAFTAR PUSTAKA

Agus Bejo. 2008. ”C & AVR” Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam

Mikrokontroler ATMEGA8. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Akbar, T.H. 2008. Pendeteksi Kebocoran Tabung Gas Dengan Menggunakan

Sensor Gas Figarro TGS 2610 Berbasis Mikrokontroler AT89S52. Jurusan

Sistem Komputer Universitas Gunadharma, Depok.

Atmoko, P.T. 2006. Sistem Pendeteksi Gas Elpiji. Skripsi Fakultas Teknik

UNNES, Semarang.

Chandra,F. 2010. Jago Elektronika, Rangkaian Sistem Otomatis. Surabaya:

Kawan Pustaka.

Firmansyah, M. dkk. __. Rancang Bangun Pendeteksi dan Penanggulangan

Kebocoran Gas LPG Berbasis Mikrokontroler (Perangkat Lunak). Jurusan

Teknik Elektro Industri ITS, Surabaya.

Fraden, J. 2003. Handbook of Modern Sensors physics, designs, and aplications.

Sandiego, California: AIP Press.

Hermansyah, R.Y. 2006. Sistem Pemantau Keadaan Rumah dan Kantor dari

Bahaya Kebakaran dan Penyusup. Skripsi Jurusan Fisika Elekronika dan

instrumentasi FMIPA-UGM, Yogyakarta.

Herminawan, Fito Wigunanto. 2009. Prototype Sistem Peringatan Dini

Kebocoran Liquified Petroleum Gas Menggunakan Sensor Gas TGS 2610.

Skripsi Jurusan Fisika Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA UGM.

Yogyakarta.

50

Hutabarat, M.T, dkk. 2010. Sistem Mikroprocesor. Bandung: Laboratorium Dasar

Teknik Elektro ITB.

Morris, A.S. 2001. Measurement and Instrumentation Principles, Third editions.

Britain: Plant A Tree.

Setiawan, I. 2009. Buku Ajar Sensor dan Transduser. Semarang: Program Studi

Sistem Komputer UNDIP.

Suprayitno. 2009. Artikel tentang “Perancangan dan Realisasi Alat Pendeteksi

Konsentrasi (kandungan) Gas LPG”, Perpustakaan Institut Teknologi

Telkom, Bandung.

Ito Sumardi, www.hukumonline.com [diakses pada tanggal 15 October 2010, jam

11:42:44 WIB]

PT. Pertamina. Buku Pintar Petunjuk Aman Penggunaan Elpiji 3 Kg Pertamina

PT. Aptogaz Indonesia. Www.aptogaz.com [diakses pada tanggal 18 Januari 2011,

jam 10:02:10 WIB]

SNI 19-7120-2005 - ICS 13.120. Keselamatan Korek Api Gas

Www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2486.pdf (Data Sheet

ATMEL Atmega8 No seri: 2486V-AVR-05/09)

Www.Material.Itb.ac.Id/MTM/eminex 2004/ eminex-200 [diakses pada tanggal 22

July 2010, jam12:23:30 WIB]

Www.digitdude.com/2010/10/minimum-system-atmega8skematic-pcb.html

[diakses pada tanggal10 November 2010, jam 22.23 WIB]

Www.labdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL2140/0809/modul%20baru/Apendiks.pdf

[diakses pada tanggal 24 Desember 2010, jam 15:25 WIB]