BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Gas LPG (Liquefied Petroleum Gasses) ELPIJI merupakan merk dagang dari LPG atau Liquefied Petroleum Gasses. Merupakan campuran dari berbagai hydrocarbon, sebagai hasil penyulingan minyak mentah berbentuk gas. Dengan menambah tekanan atau menurunkan suhunya membuat menjadi cairan. Inilah yang kita kenal dengan bahan bakar gas cair. Elpiji merupakan senyawa hydrocarbon yang dikenal sebagai Butana (C4H10), Propana (C3H8), Isobutana atau campuran antara Butana dengan Propana. Tekanan uap ELPIJI sebesar 4 - 9 kg/cm2 dan nilai kalori: + 21.000 BTU/lb. Perbandingan komposisi, propana (C3H8) : butana (C4H10) = 30: 70. Secara umum sifat ELPIJI adalah sebagai berikut :
a. Berat jenis gas ELPIJI lebih besar dari udara, yaitu : o
Butana mempunyai berat jenis dua kali berat jenis udara.
o
Propana mempunyai berat jenis satu setengah kali berat udara.
b. Tidak mempunyai sifat pelumasan terhadap metal. c. Merupakan solvent yang baik terhadap karet, sehingga perlu diperhatikan terhadap kemasan atau tabung yang dipakai. d. Tidak berwarna baik berupa cairan maupun dalam bentuk gas. e. Tidak berbau. Sehingga untuk keamanan, ELPIJI komersial perlu ditambah zat odor, yaitu ethyl mercaptane yang berbau menyengat seperti petai. f. Tidak mengandung racun. 6
7
g. Bila menguap di udara bebas akan menbentuk lapisan karena kondensasi sehingga adanya aliran gas. h. Setiap kilo gram ELPIJI cair dapat berubah menjadi kurang lebih 500 liter gas ELPIJI. i. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar mengetahuinya secara dini. j. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar. Jenis produk yang ditawarkan PERTAMINA agar dimanfaatkan oleh konsumen adalah jenis ELPIJI campuran antara Propana dan Butana. Ciri-cirinya adalah :
1. Berbentuk cair. 2. Mempunyai daya pemanasan yang tinggi karena mempunyai nilai kalori yang relatif lebih tinggi per-satuan beratnya dibanding bahan bakar lain untuk kegunaan yang sama. 3. Tingkat polusi udara dari gas buang rendah dan tidak meninggalkan residu apabila menguap. 4. Bersih, tidak beracun, tidak berwarna, mudah dan aman dalam pengangkutan dan penyimpanannya. 5. Tidak menyebabkan pengkaratan pada besi dan tabung kemasan.
8
Jenis ELPIJI yang ada dipasaran adalah :
a. Bahan bakar untuk kebutuhan rumah tangga, industri dan komersial yaitu bahan bakar ELPIJI campuran yang disebut ELPIJI CAMPURAN. b. Bahan bakar ELPIJI untuk kebutuhan khusus dan komersial yaitu bahan bakar ELPIJI PROPANA. c. Bahan bakar ELPIJI untuk kebutuhan komersial yaitu ELPIJI BUTANA.
2.2 Pengertian dan Klasifikasi Sensor Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Sensor berasal dari kata sense (dalam bahasa inggris) atau mengindera yang dalam hal ini dapat diartikan sebagai alat pengindera atau pemantau, atau dapat juga diartikan sebagai mata atau alat pengindera elektronik. Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, “Sensor adalah sebuah elemen yang mengubah sinyal fisik menjadi sinyal elektrik yang dibutuhkan oleh komputer”(dalam Ipit G.P, 2008:6). Secara umum sensor dapat diartikan sebagai suatu komponen yang berfungsi untuk mengubah besaran-besaran fisik menjadi sinyal listrik sehingga sinyal output yang berupa besaran listrik dapat dengan mudah diolah pada proses pengolahan selanjutnya (Sayuti, Arrahman, 2003 : II-5). D Sharon, dkk (1982), mengatakan “ Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari
9
perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.” William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas). Sensor juga dapat diartikan sebagai alat elektronik yang mampu mengumpulkan data informasi berupa besaran-besaran energi (listrik atau non listrik) dari lingkungan dan mengolah atau mengubahnya ke dalam besaranbesaran energi yang mudah diproses. Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti besaran fisika, kimia, mekanis dan sebagainya. Untuk memanfaatkan besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer Selain itu, sensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur variasi mekanis, magnetis, panas, sinar atau kimia dan mengubahnya menjadi menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya terdiri dari transduser yang dilengkapi dengan penguat/pengolah sinyal yang terintegrasi dalam satu sistem pengindera.
10
Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak jenis sensor yang digunakan. Beberapa penggolongan sensor, sebagai berikut 1. Menurut pola aktivitasnya, sensor dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu: a. Sensor Aktif Sensor aktif adalah sensor dimana proses pengukurannya menambahkan energi pada pengukurannya. Contoh sensor aktif yaitu termistor. b. Sensor Pasif Sensor pasif adalah sensor yang tidak menambahkan energi pada proses pengukuran tetapi bisa memindahkan energi ke dalam operasi tersebut . Salah satu contoh sensor pasif yaitu thermocouple. 2. Menurut sifat sinyalnya, sensor dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu : a. Sensor Analog Sensor analog menyediakan suatu sinyal secara terus-menerus mengenai waktu atau isi ruang. Jika sebuah sensor dapat menyediakan sinyal output secara terus-menerus yang proporsional secara langsung dengan sinyal input, maka sensor tersebut bersifat analog. Contoh dari sensor analog adalah
thermocouple yang digunakan untuk merespon temperatur.
Thermocouple menghasilkan suatu sinyal analog untuk diproses oleh suatu sistem pengolah sinyal. b. Sensor Digital
11
Sensor digital biasanya mempunyai output berbentuk diskrit. Sensor digital pada dasarnya alat kode biner ( on atau off ). Salah satu contoh dari sensor digital yaitu, kontak switch.
2.3 Teknologi Sensor Gas Salah satu prinsip sensor gas yang cukup populer adalah sensor gas menggunakan prinsip chemoresistor dan dengan menggunakan film tipis. Sensor gas teknologi film tipis yang dikembangkan sekarang ini menggunakan sepasang elektrode berbentuk interdigital transducers yaitu sepasang elektroda paralel yang masing-masing mempunyai semacam jari sisir periodik yang keduanya saling berhadapan dan saling bertaut yang dicetak pada keping substrat alumina planar menggunakan teknologi screen printing (Mamishev,2004:809). Adapun material sensornya dicetak diatasnya, juga dengan menggunakan metode screen printing. Sedangkan heater yaitu pemanas berupa sirkuit yang umumnya berbentuk spiral dari bahan resistor atau film tipis, biasanya dicetak tepat dibelakang elektrode pada sisi yang berlawanan. Gambar 2.2 menunjukkan struktur sensor gas dengan film tipis.
Gambar 2.1 Sensor Figaro TGS 2612
12
Gambar 2.2 Struktur Sensor Gas Film Tipis Sensor TGS 2612 mempunyai spesifikasi seperti di bawah ini. Tabel 2.1 Spesifikasi sensor TGS 2612
13
2.4 Teknologi Sensor Gas Berbasis Metal Oksida Kemajuan dalam bidang mikroelektronika memberikan dan memproduksi secara besar-besaran sensor semikonduktif dengan biaya yang rendah, didasarkan pada material sensitif gas mengubah resistansi atau impedansi ketika zat kimia berbahaya muncul di udara. Semikonduktif sensor yang pertama berhasil dibuat yaitu metal oksida seperti ZnO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SnO 2 . Penggunaan secara luas dari tin oxide sensor telah ada dan dikomersialkan sejak 1968. Bahan utama dari sensor ini adalah metal oxide. Pada tugas akhir ini menggunakan Sensor TGS 2612 yang mempunyai sebuah tahanan sensor yang nilainya bergantung pada perbandingan gas LPG dan keberadaan oksigen. Jumlah stimulan gas LPG akan berpengaruh pada jumlah oksigen yang berakibat pada nilai resistansi yang turun. Pada akhirnya metal oksida menjadi material sensitif gas yang mendominasi. Kontribusi besar dalam kemajuan teknologi ini diberikan oleh ilmuan Jepang, Naayoshi Taguchi, yang mengembangkan seri dari sensor keramic yang disebut Taguchi Gas Sensor (TGS).
2.5 Mikrokontroller AVR Atmega 8535 Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock, berbeda dengan MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock, tentu saja ini terjadi karena keduanya memiliki arsitektur yang berbeda, AVR berteknologi RISC (Reduced
14
Instruction Set Computing ) sedangkan MCS51 memiliki teknologi CISC (Complex Instruction Set Computing), AVR dibagi menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, pheripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan bisa dikatakan hampir sama
Gambar 2.3 Diagram blok fungsional ATMega 8535 Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega 8535 memiliki bagianbagian sebagai berikut : 1.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
15
2. ADC 10 Bit sebanyak 8 saluran 3. Tiga buah Timer/counter dengan kemampuan pembanding 4. CPU yang terdiri atas 32 register 5. Wtachdog Timer dengan osilator internal 6. SRAM sebesar 512 Bytes 7. Memori flash sebesar 8 KB dengan kemampuan Read While Write 8. Unit interupsi internal dan eksternal 9. Port antarmuka SPI 10. EEPROM sebeasar 512 Bytes yang dapat diperogram saat operasi 11. Antarmuka komparator analaog 12. Port USART unruk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps
2.5.1 Karakteristik Kelistrikan ATMega8535 Dengan melihat karakteristik kelistrikan yang dimiliki oleh komponen maka akan dapat diketahui berapa arus dan tegangan serta parameter kelistrikan lainya seperti daya yang diizinkan. Tabel 2.2 Karakteristik Kelistrikan ATMega 8535
16
Catatan : 1.
“Max ” berarti nilai paling tinggi dimana pin dijamin untuk dibaca sebagai rendah.
2.
“Min ” berarti nilai paling rendah dimana pin dijamin untuk dibaca sebagai tinggi.
3.
Meskipun masing-masing I/O Port dapat menjadi sink lebih dari kondisi test (20mA pada VCC = 5V, 10mA pada VCC = 3V) di bawah keadaan stabil (nontransient), Tetapi harus diperhatikan :
17
a)
penjumlahan dari semua IOL, bagi seluruh Port, tidak boleh melebihi 200 mA.
b) penjumlahan dari semua IOL, untuk A0 A7 Port, tidak boleh melebihi 100 mA. c)
penjumlahan dari semua IOL, untuk B0 B7 Port,C0 C7, D0 D7 dan XTAL2, tidak boleh melebihi 100 mA.
4.
Walau masing-masing I/O Port dapat menjadi sumber lebih dari kondisi test (20mA pada v CC = 5V, 10mA pada v CC = 3V) di bawah keadaan stabil (non-transient), Tetapi harus diperhatikan:
a)
penjumlahan dari semua IOH, bagi seluruh Port, tidak boleh melebihi 200 mA.
b) penjumlahan dari semua IOH, untuk A0 A7 Port, tidak boleh melebihi 100 mA. c)
penjumlahan dari semua IOH, untuk B0 B7 Port,C0 C7, D0 D7 dan XTAL2, tidak boleh melebihi 100 mA.
5.
Minimum VCC untuk Power-down adalah 2.5V.
2.5.2 Konfigurasi Pin ATMega8535 Konfigurasi pin ATMega8535 dapat dilihat pada gambar 2.23, dari gambar tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 sebagai berikut : 1. VCC merupakan pin yang berfungsi bagai masukan catudaya 2. GND merupakan pin Ground
18
3. Port A (PA0..PA7) merupakan Pin I/O dua arah dan pin masukan ADC 4. Port B(PB0..PB7) merupakan Pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog, Timer/Counter, dan SPI 5. Port C (PC0..PC7) merupakan Pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu TWI, dan timer oscilator 6. Port D (PD0..PD7) merupakan Pin I/O dua arah dan pinfungsi khusus yaitu, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. RESET merupakn Pin yang digunakan untuk me-reset microcontroller 8. X-TAL 1 dan XTAL 2 merupakan Pin masukan clock external 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk AVCC 10. AREF merupakan pin masukan referensi tegangan ADC
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin ATMega 8535 2.6 Display LCD Untuk menampilkan output hasil proses dari mikrokontroler diperlukan suatu peraga display. Hal ini bertujuan agar operator dapat mengetahui dan
19
memantau hasil pengolahan input yang telah dilakukan oleh mikrokontroler. Ada berbagai peraga display yang tersedia dipasaran, antara lain 7 segment dan LCD. Untuk menampilkan karakter, angka, ataupun huruf dapat kita gunakan modul LCD ( Liquid Crystal Display ) yang merupakan salah satu komponen yang cukup ideal untuk tujuan tersebut. Dipasaran tampilan LCD mudah tersedia dalam bentuk modul yaitu tampilan LCD beserta rangkaian pendukungnya termasuk ROM, dll. Dengan modul maka pengguna akan lebih praktis dalam menggunakan LCD. Sistem yang digunakan dalam berkomunikasi antara LCD dengan peripheral lainnya adalah dengan sistem transmisi data dalam format ASCII. Yang ada di pasaran tersedia modul LCD berbagai tipe yaitu : 16x1, 16x2, dll. Angka 16 menunjukkan kapasitas maksimal karakter yang dapat ditampilkan sementara angka 1 atau 2 menunjukkan jumlah baris yang ada. Modul LCD mempunyai pin untuk data, kontrol catu dan pengatur kontras tampilan. Pin data dapat dihubungkan dengan buss data seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit atau 4 bit sementara PIN kontrol RS, R/W, dan E. Untuk berhubungan dengan mikrokontroler, LCD dilengkapi denga 8 jalur data (DB0…..DB7) yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun pengatur perintah kerjanya. Selain itu, dilengkapi pula dengan E, R/W, dan RS seperi layaknya komponen yang kompatibel dengan mikroprocesor. RS (Register Selected) dipakai untuk membedakan jenis data yang dikirim ke LCD, kalau RS=0 data yang dikirim adalah perintah untuk mengatur kerja LCD, sebaliknya kalau RS=1 data yang dikirim adalah kode ASCII yang
20
ditampilkan. Demikian pula pada saat pengambilan data, saat RS=0 data yang diambil dari LCD merupakan data status yang mewakili aktivitas LCD, dan saat RS=1 maka data yang diambil merupakan kode ASCII dan data yang ditampilkan. Tabel 2.3 Pola Karakter LCD
21
2.7 Pemrograman embedded system mikrokontroler AVR Sampai sekarang terdapat puluhan bahasa pemrograman. Kita dapat menyebutkan antara lain bahasa rakitan (assembly), fortran, cobol, Asa, PL/I, Algol, Pascal, C, Basic, Prolog, LISP, PRG, bahasa-bahasa simulasi seperti CSMP, simscript, GPSS, dynamo, dan banyak lagi. Berdasarkan terapannya, bahasa pemrograman dapat digolongkan atas dua kelompok besar: 1. Bahasa pemrograman bertujuan khusus. Yang termasuk kelompok ini adalah cobol(untuk terapan bisnis dan administraasi), Fortran(terapan komputasi
ilmiah),
bahasa
rakitan(terapan
pemrograman
mesin),
Prolog(terapan kecerdasan buatan), bahasa – bahasa simulasi dan sebagainya. 2. Bahasa pemrograman bertujuan umum. Yang dapat di gunakan untuk berbagai aplikasi. Yang termasuk kelompok ini adalah bahasa pascal, basic, dan C. Akan tetapi bukan berarti bahasa bahasa bertujuan khusus tidak bisa tapi terbatas untuk aplikasi berarti. Berdasarkan pada apakah notasi bahasa pemrogarman lebih dekat ke mesin atau ke bahasa manusia, maka bahasa pemrograman dikelompokan atas dua macam: 1. Bahasa tingkat rendah, dirancang agar setiap instruksinya langsung dikerjakan oleh komputer, tanpa harus melalui penerjemah (translator) contohnya adalah bahasa mesin. 2. Bahasa tingkat tinggi, yang membuat pemrograman lebih mudah dipahami, lebih “manusiawi” dan berorientasi ke bahasa manusia (bahasa
22
inggris). Hanya saja bahasa tingkat tinggi tidak bisa langsung dilaksanakan oleh komputer tetapi harus di terjemahkan lagi ke bahasa mesin sebelum akhirnya di eksekusi oleh CPU. Bahasa C mempunyai kemampuan lebih dari bahasa pemrograman yang lain. Bahasa C merupakan bahasa yang sifatnya portable yaitu dengan sedikit (tanpa perubahan) satu program yang ditulis dengan bahasa pada suatu komputer dapat dijalankan di komputer yang lain. Keunggulan lain dari C adalah kecepatan prosesnya, perbandingannya1:50 lebih cepat C dibanding bahasa pemrograman yang lain..Dengan tersediannya beberapa pustaka (library) dari C memungkinkan seorang programmer mengembangkan programnya lebih luas tanpa harus menulis dari keseluruhan programnya. a)
Struktur Program C Salah satu konsep yang penting dalam bahasa komputer adalah struktur.
Struktur merupakan suatu bentuk susunan dari suatu program yang dibuat. Suatu program C mempunyai struktur sebagai berikut: #include
… /*fungsi-fungsi yang dibutuhkan ditulis sebelum fungsi main() Sehingga tidak membutuhkan prototipe fungsi*/ Tipe_data nama_fungsi1(parameter1,parameter2,…) {stetament_yang_akan_dieksekusi; … .} Tipe_data nama_fungsi2(parameter1,parameter2,…) {stetament_yang_akan_dieksekusi; …. }
23
/*fungsi utama*/ Int main (void) {stetement_yang_akan_dieksekusi; … Return 0; } b)
Pemrograman C Pada pemrograman C menggunakan code visionAVR, beberapa syntak pemrogramannya terutama yang berkaitan dengan akses register dan memory sedikit dengan intruksi bahasa C pada umumnya. Meskipun demikian perbedaan ini hanyalah sebagian kecil saja. Secara konsep sebagian dan sebagian besar sintaks pemrograman yang ada dalam bahasa C berlaku juga di dalam compiler code VisionAVR.
c)
Code Vision sebagai Media Editor dan Compiler Penggunaan software compiler dan downloader ini terdapat banyak macam dan variasinya sehingga tidak harus menggunakan software codevision AVR tetapi bisa menggunakan software compiler lainnya. Tetapi pada perancangan alat ini kami menggunakan software codevision AVR. Code vision AVR merupakan salah satu software komputer yang yang khusus digunakan untuk mikrokontroler keluarga AVR. Meskipun Code Vision AVR termasuk software komersial, namun kita tetap dapat menggunakannya dengan mudah karena terdapat versi evaluasi yang disediakan secara gratis walaupun dengan kemampuan yang dibatasi. Code Vision AVR versi evaluasi ini dapat di download di http://www.hpinfotech.ro.
24
Menurut pendapat penulis dari beberapa software compiler C yang pernah digunakan, Code vision AVR merupakan yang terbaik bila dibandingkan dengan kompler compiler yang lain karena beberapa kelebihan yang dimiliki oleh code vision AVR antara lain: 1
Menggunakan IDE (Integrated Development Environment).
2
Fasilitas
yang
mengkompile
disediakan program,
lengkap
(mengedit
mendownload
program,
program)
serta
tampilannya terlihat menarik dan mudah dimengerti. Kita dapat mengatur
settingan
editor
sedemikian
rupa
sehingga
membantu
memudahkan kita dalam penulisan program. 3
Mampu membangkitkan kode program secara otomatis dengan menggunakan fasilitas CodeWizardAVR.
4
Memiliki
fasilitas
untuk
mendownload
program
langsung
dari
CodeVisionAVR dengan menggunakan hardware khusus seperti Atmel STK500, Kanda System STK200+/300 dan beberapa hardware lain yang telah didefinisikan oleh CodeVisionAVR. 5
Memiliki fasilitas debugger sehingga dapat menggunakan software compiler lain untuk mengecek kode assembler nya, contohnya AVRStudio.
6
Memiliki
terminal
komunikasi
serial
yang
terintegrasi
dalam
CodeVisionAVR sehingga dapat digunakan untuk membantu pengecekan program yang telah dibuat khususnya yang menggunakan fasilitas komunikasi serial UART.
25
Berikut ini tampilan program codevision1.25.6 profesional
Gambar 2.5 program codevision 1.25.6. professional.
