ALAT PENGUKUR KADAR GAS KARBON MONOKSIDA (CO) SEBAGAI PERINGATAN DILARANG MEROKOK DENGAN MIKROKONTROLER ARM NUC120

ALAT PENGUKUR KADAR GAS KARBON MONOKSIDA (CO)

SEBAGAI PERINGATAN DILARANG MEROKOK

DENGAN MIKROKONTROLER ARM NUC120

¹Andra Syah Putra, ²Ely Fatmasary, ³M. Maftuh Ahnan, ⁴Samuel Beta, Dr, Ing.Tech, M.T.

Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Intisari - Untuk mengukur kadar gas karbon monoksida (CO) pada asap rokok di dalam ruangan bebas merokok, dibutuhkan alat ukur kadar gas CO. Dalam penelitian ini dibuatlah aplikasi Mikrokontroler ARM NUC120 menggunakan masukan sensor asap rokok dengan luaran Liquid Crystal Display (LCD), kipas, LED indikator dan speaker. Sensor asap rokok yang digunakan sebagai masukan adalah  sensor MQ-7. Luaran yang di hasilkan berupa suara yang berfungsi untuk memberikan peringatan dilarang merokok melalui speaker dan tampilan kadar gas CO pada LCD serta LED indikator. Selain itu, asap yang berada dalam ruangan dikeluarkan dengan menggunakan kipas.    
Kata Kunci : ARM NUC120, LCD, Sensor MQ-7, Kipas, Speaker.

Abstract - To measure the levels of carbon monoxide (CO) in cigarette smoke at smoking area, required levels of CO gas measuring devices. In this project is made NUC120 ARM Microcontroller applications using a smoke sensor inputs with outputs Liquid Crystal Display (LCD), fan, LED indicators and speaker. Smoke sensor that used as input is a MQ-7 sensor. The output that will produce the form of sound that serves to warn banned smoking through the speakers and display levels of CO gas in the LCD and LED indicator. In addition, indoor smoke is removed by using a fan.

Keywords: ARM NUC120, LCD, MQ-7 sensor, Fan, Speaker.

I.        Pendahuluan

Karbon Monoksida (CO) merupakan gas sisa pembakaran yang memiliki kadar racun berbahaya bagi lingkungan. Menurunkan kualitas udara merupakan salah satu dampak yang dihasilkan oleh gas ini.Gas ini dihasilkan dari hasil pembuangan sisa pembakaran salah satunya rokok.

Indonesia mrupakan salah satu Negara dengan jumlah pengkonsumsi rokok terbesar di dunia. Melihat dari dampaknya terhadap lingkungan pemerintah sudah banyak membuat peraturan mengenai larangan merokok pada tempat-tempat tertentu. Tetapi masih banyak orang-orang yang melanggar dan apabila ditegur pun respon yang diberikan biasanya marah dan merasa tidak terima.

Sehubungan dengan hal tersebut dibuatlah alat pengukur kadar gas CO sebagai peringatan dilarang merokok agar dapat membuat perokok menjadi lebih sadar tanpa harus ada orang lain ang menegur dan dapat membuat suasana yang lebih nyaman bagi orang lain yang tidak merokok.

II.             Tinjauan Pustaka

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan mikrokontroler ARM NUC120 ini.

A.         Mikrokontroler ARM NUC120

ARM NUC120 Board merupakan modul pengembangan mikrokontroler NUC120RD2BN yang berbasis CPU ARM Cortex-M0 dari Nuvoton. Modul ini dapat bekerja dengan kecepatan CPU sampai dengan 48 MHz. Modul ini juga telah dilengkapi dengan bootloader internal, sehingga tidak diperlukan lagi device program eksternal. Pemrograman melalui bootloader bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi USB.

Gambar 1. ARM NUC120

Spesifikasi :

·       Berbasis mikrokontroler NUC120RD2BN (64 KB APROM, 8 KB SRAM, 4 KB Data Flash, CPU ARM Cortex-M0).

·       Terintegrasi dengan cystal eksternal 12 MHz.

·       Terintegrasi dengan osilator 32,768 KHz sebagai sumber clock RTC.

·       Memiliki 1x Port USB.

·       Memiliki 1 port RS-485.

·       Memiliki 3 kanal UART dengan level tegangan TTL 3,3VDC / 5VDC.

·       Tersedia port USB yang berfungsi untuk antarmuka serial sekaligus menuliskan program mikrokontroler, sehingga tidak membutuhkan programmer eksternal.

·       Memiliki port Serial Wire Debug untuk proses debuging dan programming.

·       Memiliki 45 jalur GPIO.

·       Terintegrasi dengan sensor suhu internal.

·       Memiliki port input 8 kanal ADC 12-bit.

·       Bekerja pada level tengan 3,3VDC / 5VDC dengan arus maksimum 800mA.

·       Input catu daya untuk board : 6,5VDC - 12VDC / 3,3VDC - 5VDC.

B.         Sensor Karbon Monoksida (MQ-7)

Sensor MQ-7 merupakan sensor gas karbon monoksida (CO) yang berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas karbon monoksida (CO). Dimana sensor ini salah satunya dipakai dalam memantau gas karbon monoksida (CO). Sensor ini memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon yang cepat. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah berupa sinyal analog. Sensor ini juga membutuhkan tegangan direct current (DC) sebesar 5V.

Gambar 2. Sensor MQ-7

Pada sensor ini terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila terkena gas dan juga sebuah pemanas yang digunakan sebagai pembersihan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Sensor ini memerlukan rangkaian sederhana serta memerlukan tegangan pemanas (power heater) sebesar 5V, resistansi beban (load resistance), dan output sensor dihubungkan ke analog to digital converter (ADC), sehingga keluaran dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal digital.

C.          ISD 1760

ISD 1760 adalah sebuah modul yang dapat digunakan untuk merekam dan memainkan suara dengan penggunaan yang sangat mudah dan dengan kemampuan penyimpanan suara dari 60 – 75 detik. Modul ini sudah berisi komponen-komponen yang diperlukan untuk dapat mengoperasikan IC ISD 1760 dan tombol, sehingga siap untuk digunakan sebagai piranti perekam atau pemain suara dengan hanya penambahan loudspeaker dan supply tegangan saja. Modul ini dapat dioperasikan langgsung melalui tombol-tombol yang sudah tersedia pada modul dan juga dapat menggunakan interface SPI. Tegangan supply dari modul ini adalah 5volt DC.

Gambar 3. ISD 1760

D.      Liquid Crystal Display (LCD)

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. 

Gambar 4. LCD 16x2

LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.

E.         Kipas DC 12 volt

Pengertian Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

F.          Speaker

Speaker adalah transduser yang mengubah sinyal elektrik ke frekuensi audio (suara) dengan cara menggetarkan komponennya yang berbentuk membran untuk menggetarkan udara sehingga terjadilah gelombang suara sampai di kendang telinga kita dan dapat kita dengar sebagai suara.

Gambar 5. Speaker

Dalam setiap sistem penghasil suara (loud speaker), pengeras suara merupakan juga menentukan kualitas suara di samping juga peralatan pengolah suara sebelumnya yang masih berbentuk listrik dalam rangkaian penguat amplifier.

G.         LED

LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda)  dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan warna yang berbeda.

Gambar 6. LED

LED (Light Emitting Dioda) merupakan salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED (Light Emitting Dioda)  dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak, sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebagai pembatas arus.

III.      Perancangan Alat

A.       Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Adapun system yang digunakan yaitu:

1.    Sensor MQ-7

2.    LCD 2x16

3.    Kipas

4.    LED

5.    Modul ISD1760

B.       Blok Diagram Hubungan Komponen Utama

Blok diagram aplikasi mikrokontroler ARM NUC120 dengan masukan sensor asap dan luaran LCD, speaker, kipas, dan LED indikator.

 

1.    Sensor gas ini digunakan sebagai masukan dan pendeteksi karbon monoksida.

2.    ARM NUC120 ini selain digunakan untuk mengolah data juga digunakan untuk mengkonversi data menjadi keluaran tampilan LCD, speaker, kipas dan LED indikator.

3.    LCD ini digunakan untuk menampilkan kadar karbon monoksida (CO) yang terdeteksi oleh sensor.

4.    Speaker digunakan sebagai peringatan jika kadar CO yang berada dalam area tersebut sudah melebihi batas yang ditentukan.

5.    Kipas digunakan untuk mengeluarkan gas yang ada dalam area agar terjadi sirkulasi udara.

6.    LED digunakan sebagai indikator kadar gas CO.

C.       Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perangkat lunak dirancang menggunakan ARM. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program ditunjukan pada gambar dibawah:

IV.          PENGUJIAN ALAT

Dalam bab ini membahas pengujian dan analisis alat yang telah dirancang dari peralatan yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan pengukuran tiap-tiap blok dengan tujuan mengamati apakah blok-blok tersebut bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian ini dilakukan berdasarkan pada masing-masing rangkaian pendukung secara keseluruhan.

Set Point Gas CO (%)	Tindakan
≤ 0.5	LED 1 Nyala
≤ 1	LED 2 Nyala
> 1	LED 1, 2, 3 nyala Kipas nyala Buzzer (modul suara) nyala

LCD menampilkan hasil pembacaan sensor. LCD tetap aktif apapun keadaan sensornya.

V.            KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan, pengambilan data, dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada penelitian ini, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:

1.   Sensor Gas Karbon Monoksida (MQ7) berfungsi untuk mendeteksi adanya kadar gas karbon monoksida yang ada di dalam ruangan. Sensor ini dapat mengukur kadar gas karbon monoksida pada konsentrasi gas karbon monoksida di rentang nilai 20 – 2000 ppm.

2.   Penggunaan sensor gas CO sebagai inputan menggunakan analog output dari modul sensor gas CO agar set point kepekaan bisa diatur.

3.   Suara yang dihasilkan oleh speaker merupakan suara yang direkam oleh modul ISD 1760, dimana ISD 1760 mampu merekam suara selama 60-75 detik.

4.   Standart speaker yang digunakan adalah speaker 8 ohm 0,5 watt.

REFERENSI

[1]  http://belajarduino.blogspot.com/2014/06/alat-peringatan-dilarang-merokok_30.html#more

[2] http://www.mikron123.com/index.php/vmchk/Board-Mikrokontroler/DT-ARM-NUC120/Detailed-product-flyer.html

[3] Putro, Irvan Adhi Eko. RANCANG BANGUN ALAT UKUR EMISI GAS BUANG, STUDI KASUS: PENGUKURAN GAS KARBON MONOKSIDA (CO). Surabaya: ITS Surabaya. 

Penulis

Nama penulis Andra Syah Putra. Penulis dilahirkan di Semarang tanggal 14 Juli 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Ananda, Bandung, SDN Perumnas Cijerah 1, SMP 19 Semarang, dan SMA N 6 Semarang. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.3.05. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085641364460 atau melalui via email: andra.syahputra96@yahoo.co.id. 

Nama penulis Ely Fatmasary. Penulis dilahirkan di Kabupaten Semarang tanggal 8 Mei 1993. Penulis telah menempuh pendidikan formal di RA Perwanida I Sumowono, SDN Sumowono 1, SMP Negeri 1 Sumowono, dan SMKN 7 Semarang. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.0.05. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085641011007 atau melalui via email: elyyfatmasary@gmail.com.

Nama penulis M. Maftuh Ahnan. Penulis dilahirkan di Pati pada 1 Maret 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Roudlotusysyubban Tawangrejo , Pati, MI Roudlotusysyubban Tawangrejo, Pati, SMP Negeri 1 Winong, dan SMA N 2 Pati.  Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.0.14. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085740499245 atau melalui via email: maftuhahnan@muslim.com.