5
BAB II KAJIAN PUSTAKA. 2.1
Tinjauan Mutakhir Penelitian ini diperuntukkan untuk Tugas Akhir penulis dengan judul
”Detektor Kebocoran Tabung LPG Menggunakan Sensor MQ-2 Berbasis Mikrokontroler ATMega 328”. Penelitian ini mengacu pada sumber dan tinjauan yang sudah ada, dimana penulis menggunakan metode dan simulasi yang berbeda, sesuai dengan permasalahan yang akan dibahas. Dari perbandingan tersebut akan terlihat perbedaan penelitian dengan yang akan dilakukan penulis. Berikut merupakan uraian singkat referensi tersebut: Penelitian yang berjudul “Alat Pendeteksi Gas LPG dengan Sensor TGS 2610 Berbasis Mikrokontroler ATmega8535” oleh Okta Purnama Maulana dan Ruli Adi Ramdan; Teknik Elektro; Universitas Negeri Jakarta, Jakarta; 2011 membahas tentang rancang dan bangun sebuah perangkat yang dapat memberikan informasi dari status tabung gas LPG. Sistem mikrokontroler yang dipergunakan adalah mikrokontroler ATMega8535 dengan memori 8KB flash, 512 byte SRAM, 512 byte EEPROM. Pada penelitian ini didapatkan hasil: 1) Untuk buka tutup katup dibutuhkan push button yang dihubungkan dengan solenoid sebagai katup buka tutup gas. 2) Penggunaan mikrokontroler sebagai kontrol dari sebuah alat dengan berbasiskan AVR ATMega8535, maka dibutuhkan 3 proses penting, yaitu: proses masukan (sensor) menggunakan sensor TGS2610, proses pengolahan data (mikrokontroler) menggunakan AVR ATMega8535, dan proses keluaran menggunakan tampilan berbasis LCD, blower, kipas dan buzzer. [http://www.docstoc.com/docs/159407893/Jurnal-Alat-Pendeteksi-kebocoran-gasLPG] Pada penelitian ini penulis membuat detektor kebocoran tabung LPG dengan menggunakan sensor LPG yang lebih murah dibandingkan TGS 2610 yang dapat mendeteksi kebocoran tabung LPG dengan baik juga dimana pada bulan april tahun 2015 harga sensor TGS 2610 seharga Rp. 326.500 sedangkan harga sensor MQ-2 seharga Rp. 42.500. [http://www.digiwarestore.com]
6
2.2
Tinjauan Pustaka
2.2.1
Pengertian Mikrokontroler Secara umum, mikrokontroler adalah sistem mikroprosesor lengkap yang
terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosesor serba guna, yang biasa digunakan dalam sebuah PC. Karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O. Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik
yang
sebelumnya
banyak
memerlukan
komponen-komponen
pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Gambar 2.1 merupakan salah satu contoh mikrokontroler.
Gambar 2.1 Mikrokontroler [http://www.protostack.com,2014]
7
Mikrokontroler populer yang pertama dibuat oleh Intel pada tahun 1976, yaitu mikrokontroler 8-bit Intel 8748. Mikrokontroler tersebut adalah bagian dari keluarga mikrokontroler MCS-48. Sebelumnya, Texas instruments telah memasarkan mikrokontroler 4-bit pertama yaitu TMS 1000 pada tahun 1974. TMS 1000 yang mulai dibuat sejak 1971 adalah mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM. Mikrokontroler (pengendali mikro) adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen sistem minimal mikroprosesor, yaitu memori, register dan antarmuka
I/O
yang terintegrasi
bersama
mikroprosesornya sendiri dalam sebuah chip. Ditinjau dari segi arsitekturnya, mikroprosesor hanya merupakan single chip CPU, sedangkan mikrokontroler dalam IC-nya selain CPU juga terdapat device lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi sebagai suatu single chip computer. Dalam sebuah IC mikrokontroler telah terdapat ROM, RAM, EPROM, serial interface dan paralel interface, timer, interrupt controller, converter analog ke digital, dan lainnya (tergantung feature yang melengkapi mikrokontroler tersebut). Sedangkan dari segi aplikasinya, mikroprosessor hanya berfungsi sebagai Central Processing Unit yang menjadi otak komputer, sedangkan mikrokontroler, dalam bentuknya yang mungil, pada umumnya ditujukan untuk melakukan tugas– tugas yang berorientasi kontrol pada rangkaian yang membutuhkan jumlah komponen minimum dan biaya rendah (low cost).
2.2.2 Mikrokontroler Board Arduino UNO Rev3 (ATMega 328) Mikrokontroler Arduino adalah sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. yang dimaksud platform dari physical computing adalah sebuah sistem atau perangkat fisik yang menggunakan software dan hardware yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari
8
lingkungan dan merespon balik. Physical computing merupakan sebuah konsep untuk memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya gabungan dari sistem analog dengan dunia digital. Dengan konsep inilah maka sistem dapat diaplikasikan dalam desain – desain alat atau projek-projek yang menggunakan sensor dan mikrokontroler. Dan yang dimaksud dengan sifat arduino yang open source dimana tidak hanya software saja yang open source melainkan hardware pun open source adalah diagram rangkaian elektronik arduino yang digratiskan kepada semua orang. Kita bisa bebas men-download gambarnya,
membeli
komponen-komponennya,
membuat
PCB-nya
dan
merangkainya sendiri tanpa harus membayar kepada para pembuat Arduino. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi arduino merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih.IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler. Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu : 1. Hardware ( papan input/output (I/O)). 2. Software ( Software Arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver untuk
koneksi
dengan
komputer,
contoh
program
dan
library
untuk
pengembangan program). Hardware pada arduino yang dimaksud berupa seperangkat sistem komponen yang telah terkombinasi dengan mikrokontroler sebagai otak dari sistem dan antarmuka (interface) yang akan menghubungkan sistem mikrokontroler dengan sistem computer. Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Jenis arduino yang digunakan adalah arduino uno yang memiliki mikrokontroler ATmega 328 sebagai kontrol utamanya. Pada gambar 2.2 diperlihatkan diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATMega 328 yang dipakai pada Arduino Uno.
9
Gambar 2.2 Diagram Blok Mikrokontroler ATmega 328
Penjelasan diagram blok pada gambar 2.2 adalah sebagai berikut: 1.
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka
yang digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS485. 2.
2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),
digunakan oleh variable-variabel di dalam program. 3.
32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk
menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi. 4.
1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang
tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino. 5.
Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk
menjalankan setiap instruksi dari program. 6.
Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog,
dan mengeluarkan data (output) digital atau analog. Tampilan papan PCB dari arduino uno dapat dilihat pada gambar 2.3. Gambar 2.3 merupakan bentuk papan arduino uno.
10
Gambar 2.3 Papan Arduino Uno [arduino.cc,2014]
2.2.2.1 Empat belas pin input/output digital (0-13) Empat belas pin I/O digital berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat diprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V. 2.2.2.2 USB USB pada board arduino berfungsi untuk: a.
Memuat program dari komputer ke dalam papan sirkuit.
b.
Komunikasi serial antara papan dan computer
c.
Memberi daya listrik kepada papan
Gambar 2.4 USB B pada Board Arduino [digikey.com,2014]
11
2.2.3 Sensor MQ-2 Sensor MQ-2 merupakan sensor gas yang dapat mendeteksi gas butana, LPG, metana, alkohol, hidrogen dan asap. Berdasarkan waktu responnya, pengukuran dapat dilakukan dengan cepat karena sensor ini sangat sensitif terhadap gas yang bersifat cepat terbakar. Sensitifitas sensor MQ-2 ini juga dapat diatur dengan menggunakan trimpot yang terdapat pada sensor MQ-2 sendiri. Untuk mengkalibrasikan sensor ini dengan 1000 ppm LPG direkomendasikan menggunakan beban resistansi sebesar 20 kΩ (5 kΩ – 47 kΩ). [datasheet sensor MQ-2]
Gambar. 2.5 Sensor MQ-2 [playground.arduino.cc,2014]
Gambar 2.6 merupakan struktur dan konfigurasi daripada sensor MQ-2.
Gambar 2.6 Struktur dan konfigurasi sensor gas MQ-2 [www.seeedstudio.com/depot/datasheet/MQ-2.pdf]
12
2.2.4
Buzzer Buzzer merupakan suatu perangkat sinyal yang dapat mengeluarkan suara
apabila adanya getaran listrik yang kemudian dikonversikan menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker. Buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma, maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Gambar 2.7 merupakan bentuk dari buzzer yang akan digunakan. Gambar 2.8 merupakan rangkaian komponen atau struktur dari buzzer.
Gambar. 2.7 Buzzer [r-dy-techno-blogspot.com,2014]
Gambar 2.8 Struktur Buzzer [Datasheet Buzzer Piezoelectric Sound,2014]
13
2.2.5 Kipas DC Pada dasarnya kipas digunakan untuk menyejukkan udara dan juga dapat digunakan untuk mengeringkan sesuatu apabila dihubungkan dengan komponen penghasil panas. Namun dalam penelitian ini, kipas digunakan sebagai pembuang atau penyebar gas mudah terbakar yang terkumpul agar tidak mendekati sumber api. Kipas DC ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu; a. PCB (Printed Circuit Board), yaitu papan rangkaian elektronik yang berisi tembaga sebagai
media pembuatan jalur rangkaian
yang dapat
menghubungkan komponen elektronik. Pada rangkaian kipas DC, PCB berfungsi untuk menghubungkan masing – masing komponen elektronik dan menghantarkan daya dari power supply menuju baling – baling agar baling – baling (fan) dapat berputar. b. Core, yaitu inti lilitan yang dapat menghasilkan tenaga dorong (force), untuk memutar impeller c. Impeller, yaitu baling-baling yang bisa berputar.
Gambar 2.9 Kipas DC [id.aliexpress.com,2014]
14
Gambar 2.10 PCB dan Core Kipas DC [belajardcfanmotor.blogspot.com,2014]
Gambar 2.11 Impeller dan Motor [belajardcfanmotor.blogspot.com,2014]
2.2.6 LCD Liquid Crystal Display atau sering disebut sebagai LCD adalah suatu jenis media tampil, yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. LCD yang digunakan ialah LCD dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Warna dari LCD sendiri bisa bermacam – macam, dari yang 1 warna (monokrom) sampai yang 65.000 warna. Pola LCD juga bisa bervariasi, dari pola yang membentuk display 7 Segmen (misalnya LCD pada jam tangan) sampai LCD yang bisa menampilkan karakter/teks dan LCD yang bisa menampilkan gambar.[2008.Usman]
15
2.2.6.1 Fitur LCD 16 x 2 Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah ; a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. b. Mempunyai 192 karakter tersimpan. c. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit. d. Dilengkapi dengan back light.
Gambar 2.12 Bentuk Fisik LCD 16 x 2 [seedstudio.com,2014]
2.2.7
Relay Relay merupakan suatu komponen output yang sering digunakan pada
beberapa peralatan elektronika. Relay berfungsi sebagai saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Berikut merupakan susunan kontak pada relay; a.
Normally Open (NO): Posisi saklar relay terhubung ke terminal NO. Posisi ini terjadi karena mendapat tegangan dari elektromagnet.
b.
Normally Close (NC): Posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NC. Posisi ini terjadi karena tidak mendapatkan tegangan dari elektromagnet.
c.
ChangeOver : Posisi changeover merupakan kondisi dimana saklar relay berubah dari NC ke NO atau sebaliknya. Kondisi ini terjadi karena sumber tegangan diberikan ke elektromagnet atau pada saat sumber tegangan diputus dari elektromagnet relay.
16
Gambar 2.13 Bentuk Relay [www.futurlec.com,2014]
NO
NC
Gambar 2.14 Skema Relay SPDT
Pada gambar 2.14 dapat dijelaskan pada nomor 1 dan 2 terdapat kumparan sebagai driver, ketika nomor 1 dan 2 belum dilewati arus, maka terminal 3 dan 5 akan tersambung, dan ketika nomor 1 dan 2 dilewati arus maka plat 3 akan berpindah sehingga terminal 3 dan 4 akan tersambung.
2.2.8
Resistor Resistor merupakan komponen elektronik yang sering dipergunakan pada
rangkaian elektronik. Pada dasarnya resistor adalah komponen elektronik yang memiliki nilai tahanan, hambatan atau resistansi yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik pada suatu rangkaian elektronika. Fungsi-fungsi resistor adalah sebagai berikut: a.
Sebagai pembatas arus listrik
b.
Sebagai pengatur arus listrik
17
c.
Sebagai pembagi tegangan listrik
d.
Sebagai penurun tegangan listrik
Gambar 2.15 Resistor [www.learn.sparkfun.com,2014]
2.2.9 Adaptor Adaptor atau catu daya merupakan sebuah rangkaian yang berguna untuk mengubah tegangan dan arus bolak – balik (AC) menjadi tegangan dan arus langsung DC. Adaptor merupakan sebuah alternatif pengganti dari tegangan DC (baterai, aki). Adaptor juga banyak digunakan dalam alat sebagai catu daya, layaknya amplifier, radio, pesawat televisi mini dan perangkat elektronik lainnya. [id.wikipedia.org/wiki/Adaptor, 2014]
Gambar 2.16 Adaptor [id.wikipedia.org,2014]
