INFORMASI KADAR CO DAN NOX BERBASIS SMS
Naskah Publikasi
diajukan oleh MOHAMMAD ZAKKI ANWARI 07.11.1700
kepada SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA 2011
INFORMATION CO AND NOx LEVEL VIA SMS
INFORMASI KADAR CO DAN NOX BERBASIS SMS Mohammad Zakki Anwari Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM YOGYAKARTA
ABSTRACT
Seeing the increasing number of air pollution that causes global warming and the lack of attention to the harmful gases such as CO and NO can cause death if it is ignored by those who breathe it, and the rapid technological advances must be accompanied with the ability to overcome the negative impact of technological progress at the moment. It takes a system to detect toxic gases such as CO (carbon monoxide) and NOx (nitrogen monoxide and nitrogen dioxide) using AVR ATMega32. Microcontroller and Wavecom modem equipped with components along with the two sensors into the source of the data input of pollutants CO and NO. Pollutant data entry form is read by the sensors are sent to the ADC port on the microcontroller generates a resistance value that is processed microcontroller, then will be converted to values in units of ppm (parts per million). With the tool is expected to increase the awareness of the surroundings especially toxic substances such as CO and NO which these substances are very harmful to humans who breathe it. Use of a microcontroller chip is helpful in the development and progress, especially the world of technology. Modem Media wavecom the submission of data via sms is very helpful in informing the user.
Keywords: microcontroller, sensors, gas, CO, NO, ADC, ATMega, wavecom, sms
1
Pendahuluan Polusi udara dapat diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat-zat asing di
dalam udara yang menyebabkan perubahan susunan (komposisi) udara dari keadaan normalnya. Polusi udara ditimbulkan dari hasil pembakaran yang tidak sempurna, yang mana proses pembakaran tersebut menghasilkan gas-gas berbahaya diantaranya yang paling banyak kita sering temukan adalah gas CO (Carbon monoksida) dan gas NOx (Nitrogen oksida). Tidak mudah untuk menekan tingkat produksi kedua jenis gas tersebut. Hal ini dikarenakan kedua jenis gas ini dihasilkan dari bahan bakar yang saat ini pemakaiannya mencakup sangat luas. Hampir sebagian besar pada mesin-mesin, industri dan kendaraan bermotor yang berbahan bakar bensin dan solar. Pencemaran udara sering kali tidak dapat si tangkap oleh panca indra kita, namun potensi bahayanya tetap saja ada. Dalam penulisan tugas akhir kali ini penulis akan melakukan studi implementasi perancangan sebuah alat pendeteksi gas CO dan NOx yang nantinya dapat berfungsi sebagai pembaca tingkat kadar gas-gas ini pada suatu tempat yang diinginkan dan menginformasikan melalui sms.
2 Landasan Teori 2.1 Mikrokontroler AVR ATMEGA32 Mikrokontroler
ATmega32
merupakan mikrokontroler keluarga AVR (Alf and
Vegara’s Risc processor) produksi ATMEL yang memiliki arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Compute). Arti RISC adalah mikrokontroler dapat melakukan 1 intruksi mendekati 1 MISP setiap MHz-nya mengikuti pembuat sistem untuk mengoptimalkan 1
konsumsi daya terhadap kecepatan proses . Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar, sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan dua siklus mesin. RISC memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat. Proses downloading program pun relatif lebih mudah karena dapat dilakukan secara langsung pada sistemnya.
1
Andrianto, H. 2008. Pemograman Mikrokontroler AVR ATmega 16.Bandung : Penerbit INFORMATIKA., hal 2
Gambar Blok Diagram ATMega32 (Sumber : www.atmel.com ) 2
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega32 memiliki bagian sebagai berikut: a. Peforma tinggi, mikrokontroler daya rendah. b. Mikrokontroler dengan arsitektur RISC 8 bit.
Mempunyai 32 x 8 bit register kerja kegunaan umum.
Pengoperasian full static.
Terdapat rangkaian pengali 2 kali untuk siklus kerjanya di dalam chip.
Kecepatan mengeksekusi sampai dengan 16 mega instruction per detik pada saat diberikan osilator sebesar 16 MHz.
c. Flash EEPROM (Electrically Eraseable programmable Read Only Memory) sebesar 32 kilobyte yang dapat deprogram ulang dan dengan kemampuan Read While Write. d. Ketahanan hapus-tulis Flash ROM adalah 10.000 kali dengan pengaturan pilihan kode boot dan Lock Bit yang independen.
2
Winoto.Andi, 2010 “Mikrokontroller AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemogramannyadengan Bahasa C pada WinAVR”, Penerbit Informatika Bandung, Halaman 43-45
e. Memori SRAM sebesar 2 kilobyte yang dapat dihapus-tulis 100.000 kali. f. Penguncian kode program untuk keamanan perangkat lunak agar tidak dapat dibaca. g. Memori yang non-volatile EEPROM sebesar 1024 byte. h. Memiliki 2 buah timer/counter 8 bit sebanyak 2 buah dan sebuah timer/ counter 16 bit dengan opsi PWM sebanyak 4 kanal. i. Memiliki 8 kanal Analog to digital Converter 10 bit dengan jenis single ended. j. Komparator Analog di dalam chip k. Tegangan pengoprasian
2,7 – 5,5 Volt untuk ATMEGA32L
4,5 – 5,5 Volt untuk ATMEGA32
l. Kecepatan
0 – 8 MHz untuk ATMEGA32L
0 – 16 MHz untuk ATMEGA32 0
m. Konsumsi daya pada 1 MHz, 3 Volt, suhu 25 C untuk ATMEGA32L
Aktif 1,1 miliampere
Mode Idle 0,35 miliampere
Mode power down kurang dari 1 mikroampere
2.2 Pemrograman Bascom AVR Basic merupakan bahasa tingkat menengah, artinya adalah kemampuan mengakses
fungsi–fungsi
dan
perintah–perintah
dasar
bahasa
mesin.
Dalam
prespektifnya mudah dipahami manusia, Basic juga bisa digolongkan menjadi bahasa tingkat tinggi, namun Basic juga menyediakan kemampuan untuk melakukan operasi bit, operasi byte, pengaksesan memori yang dilakukan oleh bahasa tingkat rendah. BASIC adalah bahasa interpreter. Artinya, akan diterjemahkan ke dalam machine code saat program di-eksekusi. Positif-nya, kita bisa memberikan perintah pada command line, dan langsung melihat hasilnya. Negatif-nya, lambat. Namun, sekali lagi, soal cepat atau lambat, tergantung pada kebutuhan. Bila jeda yang terjadi masih dalam batas-batas yang dapat diterima, berarti kelambatan yang terjadi dapat diabaikan. BASIC dikembangkan oleh Parallax, Inc. untuk mendukung produk mereka, BASIC Stamp. Program yang ditulis dengan PBASIC akan disimpan dalam bentuk token, dalam sebuah EEPROM eksternal, kemudian akan dibaca, diterjemahkan dan dieksekusi saat program dijalankan. Interpreter BASIC ditanam dalam memori program di dalam chip mikrokontroler yang mereka jual (berbasis PIC atau Ubicom). Bascom AVR adalah salah satu tool untuk pengembangan / pembuatan program untuk kemudian ditanamkan dan dijalankan pada mikrokontroler terutama mikrokontroler
3
keluarga AVR . Bascom AVR juga disebut IDE (Integrated Development Environment) yaitu lingkungan kerja yang terintegrasi, karena disamping tugas utamanya mengcompile kode program menjadi file hex / bahasa mesin, Bascom AVR juga memiliki kemampuan / fitur lain yang sangat bermanfaat, seperti terminal (monitoring komunikasi serial) dan programmer. BASCOM dikembangkan oleh MCS Electronics, dan merupakan BASIC compiler. Program yang dibuat dalam bahasa BASIC, akan di-kompilasi menjadi machine code, untuk kemudian dimasukkan ke dalam mikrokontroler melalui sebuah programmer. Saat ini, sesuai dengan referensi dari situs web MCS Electronics, BASCOM baru mendukung mikrokontroler keluarga MCS51 (BASCOM-8051) dan keluarga AVR (BASCOM-AVR), keduanya produk dari Atmel Corp Beberapa alasan mengapa menggunakan bahasa basic adalah :
Basic adalah bahasa yang paling popular saat ini.
Basic adalah bahasa pemrograman yang memiliki fleksibilitas
Basic adalah bahasa yang mudah dipahami
2.3 Sensor 2.3.1 Sensor CO (TGS 2442) TGS 2442 menggunakan sebuah sensor multilayer struktur. Lapisan kaca untuk isolasi termal dicetak antara ruthenium oksida (RuO2) pemanas dan substrat alumina. Sepasang elektroda Au untuk pemanas terbentuk pada isolator termal. Penginderaan lapisan gas, yang terbentuk dari timah dioksida (SnO2), adalah yang tercantum pada lapisan isolasi listrik yang meliputi pemanas. Sepasang Au sensor elektroda untuk mengukur resistensi terbentuk pada isolator listrik. Arang aktif dipenuhi antara internal cover dan sampul luar untuk tujuan mengurangi pengaruh gas kebisingan. Selektivitas TGS 2442 untuk menampilkan kadar karbon monoksida sangat baik, sehingga ideal untuk memonitor gas CO. Dalam kehadiran CO, konduktivitas sensor meningkat tergantung pada konsentrasi gas di udara. Berdenyut Sebuah rangkaian listrik sederhana beroperasi pada satu siklus tegangan rangkaian kedua dapat mengkonversi perubahan konduktivitas untuk sinyal output yang sesuai dengan konsentrasi gas. Sensor TGS 2442 memiliki fitur-fitur sebagai berikut :
3
Wahyudin D. 2007. Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52 dengan Bahasa Basic Menggunakan Bascom 8051.Yogyakarta : Penerbit ANDI. hal 27
Konsumsi daya rendah.
High sensitivitas / selektivitas untuk karbon monoksida (CO).
Ukuran kecil / miniature.
Kepekaan terhadap uap alkohol rendah.
Daya tahan lama dan biaya rendah.
Ketergantungan terhadap telembaban rendah.
Gambar Sensor TGS 2442 (sumber : http://apollounion.en.ec21.com )
2.3.2 Sensor NOx (TGS 2201) Elemen pensensor terdiri dari lapisan semikonduktor oksida logam terbentuk pada substrat alumina, sebuah chip merasakan bersama-sama dengan pemanas terintegrasi. Dalam keadaan terdeteksi adanya gas, konduktivitas sensor meningkat tergantung pada konsentrasi gas di udara. Sebuah rangkaian listrik sederhana dapat mengkonversi perubahan konduktivitas untuk sinyal output yang sesuai dengan konsentrasi gas. TGS 2201 yang memiliki sensitivitas tinggi dan cepat terhadap gas buang dipancarkan oleh mesin berbahan bakar bensin. Sebagai hasil dari fitur ini, TGS 2201 adalah sensor yang ideal untuk aplikasi dalam sistem kontrol damper otomatis untuk ventilasi mobil. Sensor TGS 2201 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
Sensitivitas terhadap gas buang yang dipancarkan oleh mesin berbahan bakar bensin tinggi.
Ukuran kecil/miniatur.
Menggunakan rangkaian listrik sederhana.
Daya tahan lama dan biaya rendah
Gambar Sensor TGS 2201 (sumber : http://www.tashika.com.sg )
2.4. Modem Wavecom Fastrack Wavecom adalah alat buatan Perancis (bermarkas di kota Issy-les-Moulineaux, Perancis) yaitu Wavecom.SA yang berdiri sejak 1993 bermula sebagai biro konsultan teknologi dan sistim jaringan nirkabel GSM, dan pada 1996 Wavecom mulai membuat desain daripada modul wireless GSM pertamanya dan diresmikan pada 1997, bentuk modul GSM pertama berbasis GSM dan pengkodean khusus yang disebut AT-command.
Gambar Modem Wavecom Fastrack ( sumber : http://kiswara.com/) Wavecom memproduksi unit modem sendiri yaitu yang saat ini dikenal oleh kita dengan sebutan Wavecom Fastrack. Pada perancangan skripsi ini, modem wavecom fastrack digunakan sebagai penerima SMS dan penghubung antara mikrokontroler dan handphone, sehingga mikrokontroler bekerja sesuai dengan perintah SMS. Penggunaan modem ini sebagai pengganti piranti handphone penerima sehingga memungkinkan untuk efisiensi perancangan penggunaan port pada mikrokontroler sehingga tidak membutuhkan tambahan IC lain sebagai penghubung mikrokontroler dengan alat penerima data SMS.
3 Cara Kerja 3.1 Prisip Kerja Rancangan Umum Prinsip kerja secara umum dari alat ini adalah, polutan yang mengandung gas CO dan NOx yang tertangkap diidentifikasi berupa sinyal analog oleh sensor gas CO dan NOx. Kemudian sinyal analog tersebut diolah oleh mikrokontroler AVR ATMega32 dan dikonversikan melalui ADC menjadi data digital dan kemudian data tersebut ditampilkan oleh LCD berupa persentasi nilai dalam satuan Ppm yang terkandung dalam lingkungan sekitar alat ini diletakkan. User dapat meminta request data yang telah di tampilkan oleh LCD melalui modem yang akan diproses oleh mikrokontroler AVR ATMega32, mikrokontroler akan merespon dan mengirimkan hasil reques data ke user berupa sms. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini :
Gambar Rancangan Sistem Alat Board utama pada perancangan alat ini dibagi menjadi dua bagian, yaitu perancangan board Mikrokontroler dan rancangan board Sensor.
Gambar Skema Rangkaian board mikrokontroler
Gambar Skema Rangkaian Sensor
4 Hasil Pengujian 4.1 Proses Kalibrasi Tujuan
kalibrasi
adalah
untuk
mencapai
ketepatan
pengukuran.
Hasil
pengukuran dapat dikaitkan/ditelusur sampai ke standar yang lebih tinggi/teliti (standar primer nasional dan / internasional), melalui rangkaian perbandingan yang tak terputus. Manfaat kalibrasi adalah sebagai berikut :
untuk mendukung sistem mutu yang diterapkan di berbagai industri pada peralatan laboratorium dan produksi yang dimiliki.
Dengan
melakukan
kalibrasi,
bisa
diketahui
seberapa
jauh
perbedaan
(penyimpangan) antara harga benar dengan harga yang ditunjukkan oleh alat ukur. 4.2 Proses Pengambilan Sample data Perhitungan nilai sensor Dari hasil pengambilan data yang dilakukan di beberapa tempat pada tanggal 25-26 April 2012, didapatkan hasil yang demikian. Tabel Hasil Pengamatan No
Lokasi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Parkiran Amikom Perempatan UPN Jalan Solo Jembatan Janti Jalan Gejayan Terminal Concat Jalan Kaliurang Perempatan Monjali Terminal Jombor Tugu Jogja Jalan Malioboro Terminal Giwangan Bunderan UGM Stadion Maguwo
Kadar Gas CO (Ppm) Hari ke - 1 Hari ke - 2 125 131 364 313 634 628 626 658 512 569 411 366 464 469 629 576 379 457 574 637 650 539 684 545 487 523 115 107
Kadar Gas NOx (Ppm) Hari ke - 1 Hari ke 2 0,4 0,5 0,7 0,9 0,8 0,8 0,8 0,9 0,7 0,7 0,5 0,7 0,5 0,6 0,6 0,5 0,7 0,7 0.5 0,6 0,6 0,5 1,0 0,7 0,5 0,8 0,4 0,3
4.3 Format permintaan data melalui SMS Langkag selanjutnya untuk mengetahui hasil data pembacaan sensor, user perlu melakukan permintaan sms dengan format sebagai berikut :
Gambar Format SMS Benar
Gambar Balasan SMS
Ketika format permintaan dengan kata “level” maka akan mendapat balasan data yang di baca sensor.
Gambar Format SMS Salah
Gambar Balasan SMS
Ketika format sms salah maka akan mendapat balasan berupa instruksi untuk melakukan sms dengan format yang benar.
4.4 Perhitungan nilai sensor Nilai sensor diperoleh dengan perumusan sesuai dari datasheet yaitu sebagai berikut : A. Nilai kadar gas CO Diperoleh dari hasil konstanta nilai resistansi sensor dimana nilai dari resistansi (Rs) diperoleh dari :
𝑹𝒔 =
𝐕𝐜 𝐱 𝐑𝐋 𝐕𝐨𝐮𝐭
− 𝐑𝐋
Dimana dari nilai Rs dapat ditentukan nilai konsentrasi dalam satuan ppm sesuai sengan nilai perbandingan yang diperoleh dari datasheet sensor TGS 2442.
𝑷𝒑𝒎_𝑪𝑶 =
𝐗 _𝐂𝐎 𝐱 𝟏𝟎𝟎 𝐩𝐩𝐦 𝑹𝒔
Keterangan : Ppm_CO
: Konsentrasi kadar gas CO di udara (ppm)
Vc
: Circuit Voltage
Vout
: Out Voltage
Rs
: Sensor Resistance
RL
: Load Resistance
X_CO
: Nilai hasil kalibrasi (14864)
Nilai 100
: Nilai standart Ppm_CO pada saat rasio nilai perbandingan Rs dengan Ro bernilai 1 (clean air/udara bersih)
Contoh perhitungan : Misal nilai Rs = 5681 𝑋_𝐶𝑂 𝑥 100 𝑝𝑝𝑚 𝑅𝑠 14864 = x 100 ppm 5681
𝑃𝑝𝑚_𝐶𝑂 = 𝑃𝑝𝑚_𝐶𝑂
Ppm_CO = 261.64 ppm
B. Nilai kadar gas NOx Diperoleh dari hasil konstanta nilai resistansi sensor dimana nilai dari resistansi (Rs) diperoleh dari :
𝑹𝒔 =
𝐕𝐜 − 𝐕𝐑𝐋 𝐱 𝐑𝐋 𝐕𝐑𝐋
Dimana dari nilai Rs dapat ditentukan nilai konsentrasi dalam satuan ppm sesuai sengan nilai perbandingan yang diperoleh dari datasheet sensor TGS 2201. 𝑷𝒑𝒎_𝑵𝑶 =
𝐑𝐬 𝐱 𝟎. 𝟐 𝐩𝐩𝐦 𝐗 _𝐍𝐎
Keterangan : Ppm_NO
: Konsentrasi kadar gas NO di udara (ppm)
Vc
: Circuit Voltage
VRL
: Load Resistance Voltage
Rs
: Sensor Resistance
RL
: Load Resistance
X_NO
: Nilai hasil kalibrasi (2874)
Nilai 0,2
: Nilai standart Ppm_NO pada saat rasio nilai perbandingan Rs dengan Ro bernilai 1 (clean air/udara bersih)
Contoh perhitungan : Misal nilai Rs = 3126 𝑃𝑝𝑚_𝑁𝑂 =
𝑅𝑠 𝑥 0,2 𝑝𝑝𝑚 𝑋_𝑁𝑜
𝑃𝑝𝑚_𝑁𝑂 =
3126 x 0.2 ppm 2874
Ppm_CO = 0.21ppm Dari data-data diatas dapat diambil beberapa kesimpulan yang dapat digunakan sebagai acuan pembuatan laporan atau pengambilan keputusan atau tindakan selanjutnya. Sebagai informasi bahwa kadar gas CO normal pada lingkungan bersih bernilai kurang lebih 100 Ppm dan kadar gas CO dikatakan tidak sehat dan berbahaya jika mencapai nilai 1.000 Ppm. Sama halnya dengan kadar gas NOx normal pada lingkungan bersih bernilai kurang lebih 0,3 Ppm dan kadar gas NOx dikatakan tidak sehat dan berbahaya jika mencapai lebih dari nilai 1 Ppm. 5 Kesimpulan 5.1 Kesimpulan Dari uraian rangkaian mulai dari proses pengajuan masalah, perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah dilakukan dalam rangka penyusunan laporan ini dapat ditarik beberapa kesimpulan penting dalam kaitannya pada perancangan alat ini antara lain : 1. Pembuatan system di awali dengan perancanagan board Mikrokontroler dan board sensor yang di gunakan untuk meletakkan dan menghubungkan antar komponen. Mikrokontroler Atmega32 berfungsi sebagai control semua kompenen yang ada pada sistem dan perhitungan nilai dari kedua sensor (CO dan NO),
sedangkan Bascom AVR diperlukan untuk menyusun listing program yang nantinya di tanamkan pada mikrokontroler. 2. Untuk mendapatkan informasi kadar CO dan NO user harus melakukan sms dengan format yang telah ditentukan ke sistem, kemudian sistem akan memberi jawaban berupa data informasi kadar CO dan NO. 3. Tingkat ketelitian dalam proses kalibrasi untuk menentukan nilai resistansi minimal dan maksimal (clean air) pada kedua sensor sangat mempengaruhi tingkat ketepatan hasil dari alat. 4. Mikrokontroler sebagai chip serbaguna masa kini ternyata sangat membantu dalam pengembangan dan kemajuan khususnya dunia teknologi. Serta contoh implementasi nyata yang masih banyak lagi yang dapat dikembangkan semaksimal mungkin dari sebuah mikrokontroler. 5. Modem wavecom sebagai sms gateway berjalan dengan baik, dapat mereplay permintaan data sensor yang dilakukan user. 5.2 Saran Dalam pembuatan alat data logger masih adanya kekurangan yang sekiranya dapat lebih disempurnakan kedepannya, diantara lain : 1. Tingkat ketepatan yang belum mencapai nilai sempurna, dikarenakan tidak adanya alat pengukur paten dari gas-gas yang dibutuhkan, sehingga proses kalibrasi menjadi satu-satunya cara yang digunakan dalam pengambilan nilai. 2. Rangkaian elektronis dan kedua sensor yang rentan dengan kerusakan sehingga dibutuhkan kehati-hatian dalam proses perancangan dan pengujian. 3. Media tampilan keluaran / output yang digunakan berupa LCD 16 x 2 dan format sms dengan metode request. Jadi sistem ini masih dapat dikembangkan dan di sempurnakan lagi. Penulis sangat mengharapkan sumbangan ilmu berupa kritik dan saran dari pembaca, karena penulis sadar keterbatasan kemampuan sehingga diharapkan masukan agar dapat lebih berkembang lagi dan belajar. Semoga karya ini dapat bermanfaat.
Daftar Pustaka Andrianto, H. 2008 “Pemograman Mikrokontroler
AVR
ATmega 16”,
Penerbit
INFORMATIKA, Bandung Bishop,O. 2004 “Dasar-dasar ELEKTRONIKA”, Penerbit ERLANGGA, Jakarta Blocher, R. 2003. “Dasar ELEKTRONIKA” Penerbit ANDI, Yogyakarta S. Wasito, 2006 “Vademakum Elektronika Edisi Kedua” , Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Susilo, D. 2010 “48 Jam Kupas Tuntas Mikrokontroler MCS51 & AVR”, Penerbit ANDI, Yogyakarta Wahyudin
D. 2007 “Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52 dengan Bahasa Basic
Menggunakan Bascom 8051”, Penerbit ANDI, Yogyakarta Winoto.Andi, 2010 “Mikrokontroller AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR”, Penerbit Informatika, Bandung Bandung
