Alat Ukur Kualitas Udara Menggunakan Sensor Gas MQ 135 Berbasis Mikrokontroller Atmega16A
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pencemaran Lingkungan
Pencemaran lingkungan merupakan masalah yang sangat serius bagi seluruh penduduk di
dunia. Karena, banyak dampak yang akan diperoleh akibat tidak terpeliharanya lingkungan
hidup. Pencemaran lingkungan dapat menyebabkan penurunan kualitas udara, penyakit akibat
tercemarnya udara, perubahan iklim atau cuaca di lingkungan tertentu yang jika dibiarkan pada
akhirnya dapat berujung dengan kematian massal.Polusi atau pencemaran lingkungan sendiri
dapat diartikan masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat energi, dan atau komponen
lain ke dalam lingkungan, atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh
proses alam sehingga kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan
lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya.
(Undang-undang Pokok Pengelolaan Lingkungan Hidup No. 4 Tahun 1982).
Perubahan iklim merupakan salah satu dampak akibat adanya pencemaran lingkungan.
Pencemaran lingkungan merupakan salah satu masalah penting yang sedang dihadapi oleh
penduduk di dunia dan Indonesia saat ini, dimana permasalahan tersebut semakin meningkat
sejalan dengan peningkatan jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pertukaran penduduk
di kota-kota besar.Dampak negatif akibat menurunnya kualitas udara cukup berat terhadap
lingkungan terutama kesehatan manusia yaitu dengan menurunnya fungsi paru, peningkatan
penyakit pernapasan, dampak karsinogen dan beberapa penyakit lainnya. Selain itu pencemaran
udara dapat menimbulkan bau, kerusakan materi, gangguan penglihatan dan dapat menimbulkan
hujan asam yang merusak lingkungan.
Untuk mengantisipasi dan menanggulangi dampak pencemaran udara terhadap kesehatan
manusia maupun lingkungan perlu adanya upaya-upaya nyata dari semua pihak baik instansi
pemerintah, swasta, perguruan tinggi dan masyarakat luas sesuai dengan bidang tugas masingmasing. Upaya penanggulangan pencemaran udara pada dasarnya ditujukan untuk meningkatkan
mutu udara untuk kehidupan.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Sumber Daya Udara
Udara merupakan salah satu unsur alam yang pokok bagi makhluk hidup yang ada di
muka bumi terutama manusia. Tanpa udara yang bersih maka manusia akan terganggu terutama
kesehatannya yang pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Udara dikatakan normal dan
dapat mendukung kehidupan manusia apabila komposisinya seperti tersebut dalam table di
bawah ini. Sedangkan apabila terjadi penambahan gas-gas lain yang menimbulkan gangguan
serta perubahan komposisi tersebut, maka dikatakan udara sudah tercemar/terpolusi.Kualitas
udara ambien dari suatu daerah ditentukan oleh daya dukung alam daerah tersebut serta jumlah
sumber pencemaran atau beban pencemaran dari sumber yang ada di daerah tersebut. Zat-zat
yang dikeluarkan oleh sumber pencemar ke udara dan dapat mempengaruhi kualitas udara antara
lain gas Nitrogen Oksida (NOx), Sulfur Dioksida (SO2), debu serta kandungan Timah Hitam
(Pb) dalam debu.
Tabel 2.1 Komposisi Udara Bersih
Konsentrasi
Jenis gas
Formula
1.
Nitrogen
N2
78,08
780,800
2.
Oksigen
O2
20,95
209,500
3.
Argon
Ar
0,934
9,340
4.
Carbon
CO2
0,0314
314
Dioksida
(% volume)
Ppm
5.
Neon
Ne
0,00812
18
6.
Helium
He
0,000524
5
7.
Methana
CH4
0,0002
2
8.
Krypton
Kr
0,000114
1
Sumber : Environmental Chemistry, Air and Water Pollution
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Udara Bersih dan Udara Tercemar Menurut WHO
Parameter
Udara Bersih
Udara Tercemar
0,07 – 0,7
Bahan
Partikel
2.3
0,01 – 0,02 mg/m3
mg/m3
SO2
0,003 – 0,02 ppm
0,02 – 2 ppm
CO
< 1 ppm
NO2
0,003 – 0,02 ppm
0,02 – 0,1 ppm
CO2
310 – 330 ppm
350 – 0,1 ppm
Hidrokarbon
< 1 ppm
5
1
–200 ppm
– 20 ppm
Sensor Gas MQ-135
MQ-135 Air Quality Sensor adalah sensor yang memonitor kualitas udara untuk
mendeteksi gas amonia (NH3), natrium-(di)oksida (NOx), alkohol / ethanol (C2H5OH), benzena
(C6H6), karbondioksida (CO2), gas belerang / sulfur-hidroksida (H2S) dan asap / gas-gas lainnya
di udara. Sensor ini melaporkan hasil deteksi kualitas udara berupa perubahan nilai resistensi
analog di pin keluarannya. Pin keluaran ini bisa disambungkan dengan pin ADC (analog-todigital converter) di mikrokontroler / pin analog input Arduino dengan menambahkan satu buah
resistor saja (berfungsi sebagai pembagi tegangan / voltage divider).
Gambar 2.1 Sensor Gas MQ-135
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi Sensor MQ-135 :
1. Sumber catu daya menggunakan tegangan 5 Volt yang enggunakan ADC dengan
resolusi 10 bit.
2 Tersedia 1 jalur output kendali ON/OFF dan Pin Input/Output kompatibel dengan level
tegangan TTL dan CMOS.Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.
3. Output Ganda sinyal (output analog, dan output tingkat TTL);
4. TTL output sinyal yang valid rendah; (output sinyal cahaya rendah, yang dapat diakses
mikrokontroler IO port)
5. Analog Output dengan meningkatnya konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi, semakin
tinggi tegangan;
6. Memiliki umur panjang dan stabilitas handal yang karakteristik pemulihan respon cepat.
2.3.2 Prinsip Kerja Sensor Gas MQ-135
Pada modul sensor gas MQ-135 terdapat 2 buah LED indikator yaitu LED indikator
merah dan LED indikator hijau. Pada saat power-up, LED merah akan berkedip sesuai dengan
modul . Jika input masukan maka LED indikator akan berkedip 1 kali. Jika input masukan
berubah maka LED indikator akan berkedip 2 kali. Jika input masukan berubah maka LED
indikator akan berkedip 3 kali dan demikian seterusnya sampai input masukan tetap maka LED
indikator akan berkedip 8 kali.Pada saat power-up, LED hijau akan berkedip dengan cepat
sampai kondisi pemanasan sensor dan hasil pembacaan sensor sudah stabil. Waktu yang
diperlukan untuk mencapai kondisi stabil berbeda-beda untuk tiap sensor yang digunakan
tergantung pada kecepatan respon sensor dan kondisi heater pada sensor. Jika kondisi stabil
sudah tercapai, maka LED hijau akan menyala tanpa berkedip. Pada kondisi operasi normal
(setelah kondisi power-up), LED merah akan menyala atau padam sesuai dengan hasil
pembacaan sensor dan mode operasi yang dipilih. Sedangkan selama hasil pembacaan sensor
stabil, LED hijau akan tetap menyala dan hanya berkedip pelan (tiap 1 detik) jika ada perubahan
konsentrasi gas.Modul sensor juga memiliki 1 pin output open collector yang status logikanya
akan berubah-ubah, sesuai dengan hasil pembacaan sensor gas dan batas atas serta batas bawah
yang telah ditentukan. Pin output ini dapat dihubungkan dengan aktuator (exhaust atau alarm)
sehingga modul ini dapat berfungsi sebagai pemonitor konsentrasi gas secara mandiri. Modul ini
akan membaca nilai konsentrasi gas secara otomatis, membandingkan dengan batas-batas nilai
yang telah diatur dan kemudian mengubah status logika pin output kendali ON/OFF sesuai
dengan mode operasi yang digunakan.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Mikrokontroler ATMega 16A
Mikrokontroler, sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau
pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah ada terlebih
dahulu muncul mikroprosesor. Mikrokontroler dapat dikatakan adalah sebuah IC yang dapat
diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus (Agus Bejo, 2007). Biasanya digunakan untuk
pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika. Mikrokontroler adalah suatu IC
dengan kepadatan yang sangat tinggi, dimana semua bagian yang diperlukan untuk suatu
kontroler sudah dikemas dalam satu keping, biasanya terdiri dari CPU, RAM, EEPROM, I/O,
TIMER, dan lain-lain.
Gambar 2.2 Mikrokontroler ATMega 16A
Salah satu mikrokontroler yang saat ini banyak digunakan adalah mikrokontroler AVR. AVR
adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instruction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur
Harvard, yang dibuat Atmel pada tahun1996. AVR yang mempunyai kepanjangan Advanced
Versatile RISC atau Alf and Vegard‟s Processor yang berasal dari nama dua mahasiswa
Norwegian Institute of Technology (NTH), yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan.
Mikrokontroler AVR memiliki fitur yang lengkap (ADC Internal, EEPROM Internal,
2
Timer/Counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, Komunikasi Serial, Komparator, I C, dan
lain-lain), sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat
menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti robot, otomasi industri,
peralatan telekomunikasi, dan berbagai keperluan lain. Secara umum mikrokontroler AVR dapat
dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega, dan Attiny. Seperti
mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit
fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan
dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Arsitektur ATMEGA16A
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program
dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data
dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent). Secara garis besar mikrokontroler ATMega16
terdiri dari :
1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz.
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte
3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
4. CPU yang terdiri dari 32 buah register
5. User interupsi internal dan eksternal
6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial
7. Fitur Peripheral
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega 16A
Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40-pin dapat dilihat pada
Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masingmasing Port A, Port B, Port C, dan Port D.
2.4.3 Sistem Clock AVR ATMega16A
Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12
siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai
ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistemmikrokontroler kita
memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari clock eksternal maupun clock internal.
2.4.4 Konfigurasi PIN ATmega16A
Gambar 2.3 Pin-pin Pada ATMega 16A
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATMega 16A sebagai
berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.
2. GND merupakan pin Ground
3. Port A (PA0 – PA7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin masukan ADC
4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
5. Port C (PC0 – PC7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC
10. REF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.5
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal
cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat
elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi LCD yang
dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai
penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :
1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris
9.
2.
Mempunyai 192 karakter tersimpan
3.
Terdapat karakter generator terprogram
4.
Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit
5.
Dilengkapi dengan back light.
6.
Tersedia VR untuk mengatur kontras.
7.
Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.
8.
Catu daya +5 Volt DC.
Kompatibel dengan DT-51 dan DT-AVR Low Cost Series serta sistem
mikrokontroler/mikroprosesor lain.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
Tabel 2.3 Deskripsi Pin Pada LCD
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD Registers
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground
2.5.1 Cara kerja LCD (Liquid Crystal Display)
Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana
terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat
memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode
ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu.
Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit
(pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya).
Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya
merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu
diset ke “0”. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna),
DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau
Universitas Sumatera Utara
8-bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD,
menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.
2.6 Mode Transmisi Port Serial
Ada 2 macam cara komunikasi data serial yaitu Sinkron dan Asinkron. Pada komunikasi
data serial sinkron, clock dikirimkan bersama sama dengan data serial, tetapi clock tersebut
dibangkitkan sendiri-sendiri baik pada sisi pengirim maupun penerima. Sedangkan pada
komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data dikirimkan dengan kecepatan
tertentu yang sama baik pada pengirim/penerima.
2.6.1 Konfigurasi Port Serial
Konektor DB-9 pada bagian belakang komputer adalah port serial RS232 yang biasa dinamai
dengan COM1 dan COM2.
Gambar 2.5 Port Serial
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4
Konfigurasi Port Serial
Directio
Pin
Nama Sinyal
1
DCD
n
Keterangan
Data Carrier Detect/Receive Line Signal
In
Detect
2
RxD
In
Receive Data
3
TxD
Out
Transmit Data
4
DTR
Out
Data Terminal Ready
5
GND
-
Ground
6
DSR
In
Data Set Ready
7
RTS
Out
Request to Send
8
CTS
In
Clear to Send
9
RI
In
Ring Indicator
2.8 IC MAX232
Pada saat ini banyak komponen yang dapat digunakan untuk pendukung proses
komunikasi tersebut, salah satu contohnya adalah maxim232. Maxim232 berfungsi sebagai
perantara antara mikrokontroler dengan port serial, karena mikrokontroler tidak dapat mengirim
data begitu saja maka diperlukan maxim232. di dalam IC terdapat charge pump yang akan
membangkitkan +10 Volt dan -10 Volt dari sumber +5 Volt tunggal dalam IC DIP (Dual in-line
Package) 16 pin (8 pin x 2baris) ini terdapat 2 buah transmiter dan dua buah receiver. Jadi IC ini
berfungsi sebagai perantara karena maxim232 hanya menerima data dari mikrokontroler untuk
kemudian dikirim ke pc melalui DB9. Maxim232 mempunyai 16 kaki yang terdiri untuk
keperluan port serial, komunikasi mikrokontroler dengan maxim. Letak dari masing-masing port
diperlihatkan pada gambar di bawah ini
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin IC MAX232
Tabel 2.5 Fungsi IC MAX232
Pin
Type
Keterangan
1
-
Positive lead of C1 capacitor
V+
2
0
Positive charge pump output for storage capacitor only
C1-
3
-
Negative lead of C1 capacitor
C2+
4
-
Positive lead of C2 capacitor
C2-
5
-
Negative lead of C2 capacitor
V-
6
0
Negative charge pump output for storage capacitor only
T2OUT, T1OUT
7, 14
0
RS232 line data output (to remote RS232 system)
R2IN, R1IN
8, 13
1
RS232 line data input (from remote RS232 system)
R2OUT, R1OUT
9, 12
0
Logic data output (to UART)
T2IN, T1IN
10, 11
1
Logic data input (to UART)
GND
15
-
Ground
Vcc
16
-
Supply Voltage, Connect to external 5V power supply
Nama
No.
C1+
Universitas Sumatera Utara
2.9 Bahasa C
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada antara bahasa tingkat
rendah (bahasa yang berorientasi pada mesin) dan bahasa tingkat tinggi (bahasa yang
berorientasi pada manusia). Seperti yang diketahui, bahasa tingkat tinggi mempunyai
kompatibilitas antara platform. Karena itu, amat mudah untuk membuat program pada berbagai
mesin. Berbeda halnya dengan menggunakan bahasa mesin, sebab setiap perintahnya sangat
bergantung pada jenis mesin.
Kelebihan Bahasa C:
-
Bahasa C tersedia hampir di semua jenis computer.
-
Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis computer.
-
Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci. hanya terdapat 32 kata kunci.
-
Proses executable program bahasa C lebih cepat
-
C adalah bahasa yang terstruktur dan bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah
Kekurangan Bahasa C:
-
Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang-kadang membingungkan
pemakai.
-
Bagi pemula pada umumnya akan kesulitan menggunakan pointer.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pencemaran Lingkungan
Pencemaran lingkungan merupakan masalah yang sangat serius bagi seluruh penduduk di
dunia. Karena, banyak dampak yang akan diperoleh akibat tidak terpeliharanya lingkungan
hidup. Pencemaran lingkungan dapat menyebabkan penurunan kualitas udara, penyakit akibat
tercemarnya udara, perubahan iklim atau cuaca di lingkungan tertentu yang jika dibiarkan pada
akhirnya dapat berujung dengan kematian massal.Polusi atau pencemaran lingkungan sendiri
dapat diartikan masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat energi, dan atau komponen
lain ke dalam lingkungan, atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh
proses alam sehingga kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan
lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya.
(Undang-undang Pokok Pengelolaan Lingkungan Hidup No. 4 Tahun 1982).
Perubahan iklim merupakan salah satu dampak akibat adanya pencemaran lingkungan.
Pencemaran lingkungan merupakan salah satu masalah penting yang sedang dihadapi oleh
penduduk di dunia dan Indonesia saat ini, dimana permasalahan tersebut semakin meningkat
sejalan dengan peningkatan jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pertukaran penduduk
di kota-kota besar.Dampak negatif akibat menurunnya kualitas udara cukup berat terhadap
lingkungan terutama kesehatan manusia yaitu dengan menurunnya fungsi paru, peningkatan
penyakit pernapasan, dampak karsinogen dan beberapa penyakit lainnya. Selain itu pencemaran
udara dapat menimbulkan bau, kerusakan materi, gangguan penglihatan dan dapat menimbulkan
hujan asam yang merusak lingkungan.
Untuk mengantisipasi dan menanggulangi dampak pencemaran udara terhadap kesehatan
manusia maupun lingkungan perlu adanya upaya-upaya nyata dari semua pihak baik instansi
pemerintah, swasta, perguruan tinggi dan masyarakat luas sesuai dengan bidang tugas masingmasing. Upaya penanggulangan pencemaran udara pada dasarnya ditujukan untuk meningkatkan
mutu udara untuk kehidupan.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Sumber Daya Udara
Udara merupakan salah satu unsur alam yang pokok bagi makhluk hidup yang ada di
muka bumi terutama manusia. Tanpa udara yang bersih maka manusia akan terganggu terutama
kesehatannya yang pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Udara dikatakan normal dan
dapat mendukung kehidupan manusia apabila komposisinya seperti tersebut dalam table di
bawah ini. Sedangkan apabila terjadi penambahan gas-gas lain yang menimbulkan gangguan
serta perubahan komposisi tersebut, maka dikatakan udara sudah tercemar/terpolusi.Kualitas
udara ambien dari suatu daerah ditentukan oleh daya dukung alam daerah tersebut serta jumlah
sumber pencemaran atau beban pencemaran dari sumber yang ada di daerah tersebut. Zat-zat
yang dikeluarkan oleh sumber pencemar ke udara dan dapat mempengaruhi kualitas udara antara
lain gas Nitrogen Oksida (NOx), Sulfur Dioksida (SO2), debu serta kandungan Timah Hitam
(Pb) dalam debu.
Tabel 2.1 Komposisi Udara Bersih
Konsentrasi
Jenis gas
Formula
1.
Nitrogen
N2
78,08
780,800
2.
Oksigen
O2
20,95
209,500
3.
Argon
Ar
0,934
9,340
4.
Carbon
CO2
0,0314
314
Dioksida
(% volume)
Ppm
5.
Neon
Ne
0,00812
18
6.
Helium
He
0,000524
5
7.
Methana
CH4
0,0002
2
8.
Krypton
Kr
0,000114
1
Sumber : Environmental Chemistry, Air and Water Pollution
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Udara Bersih dan Udara Tercemar Menurut WHO
Parameter
Udara Bersih
Udara Tercemar
0,07 – 0,7
Bahan
Partikel
2.3
0,01 – 0,02 mg/m3
mg/m3
SO2
0,003 – 0,02 ppm
0,02 – 2 ppm
CO
< 1 ppm
NO2
0,003 – 0,02 ppm
0,02 – 0,1 ppm
CO2
310 – 330 ppm
350 – 0,1 ppm
Hidrokarbon
< 1 ppm
5
1
–200 ppm
– 20 ppm
Sensor Gas MQ-135
MQ-135 Air Quality Sensor adalah sensor yang memonitor kualitas udara untuk
mendeteksi gas amonia (NH3), natrium-(di)oksida (NOx), alkohol / ethanol (C2H5OH), benzena
(C6H6), karbondioksida (CO2), gas belerang / sulfur-hidroksida (H2S) dan asap / gas-gas lainnya
di udara. Sensor ini melaporkan hasil deteksi kualitas udara berupa perubahan nilai resistensi
analog di pin keluarannya. Pin keluaran ini bisa disambungkan dengan pin ADC (analog-todigital converter) di mikrokontroler / pin analog input Arduino dengan menambahkan satu buah
resistor saja (berfungsi sebagai pembagi tegangan / voltage divider).
Gambar 2.1 Sensor Gas MQ-135
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi Sensor MQ-135 :
1. Sumber catu daya menggunakan tegangan 5 Volt yang enggunakan ADC dengan
resolusi 10 bit.
2 Tersedia 1 jalur output kendali ON/OFF dan Pin Input/Output kompatibel dengan level
tegangan TTL dan CMOS.Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C.
3. Output Ganda sinyal (output analog, dan output tingkat TTL);
4. TTL output sinyal yang valid rendah; (output sinyal cahaya rendah, yang dapat diakses
mikrokontroler IO port)
5. Analog Output dengan meningkatnya konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi, semakin
tinggi tegangan;
6. Memiliki umur panjang dan stabilitas handal yang karakteristik pemulihan respon cepat.
2.3.2 Prinsip Kerja Sensor Gas MQ-135
Pada modul sensor gas MQ-135 terdapat 2 buah LED indikator yaitu LED indikator
merah dan LED indikator hijau. Pada saat power-up, LED merah akan berkedip sesuai dengan
modul . Jika input masukan maka LED indikator akan berkedip 1 kali. Jika input masukan
berubah maka LED indikator akan berkedip 2 kali. Jika input masukan berubah maka LED
indikator akan berkedip 3 kali dan demikian seterusnya sampai input masukan tetap maka LED
indikator akan berkedip 8 kali.Pada saat power-up, LED hijau akan berkedip dengan cepat
sampai kondisi pemanasan sensor dan hasil pembacaan sensor sudah stabil. Waktu yang
diperlukan untuk mencapai kondisi stabil berbeda-beda untuk tiap sensor yang digunakan
tergantung pada kecepatan respon sensor dan kondisi heater pada sensor. Jika kondisi stabil
sudah tercapai, maka LED hijau akan menyala tanpa berkedip. Pada kondisi operasi normal
(setelah kondisi power-up), LED merah akan menyala atau padam sesuai dengan hasil
pembacaan sensor dan mode operasi yang dipilih. Sedangkan selama hasil pembacaan sensor
stabil, LED hijau akan tetap menyala dan hanya berkedip pelan (tiap 1 detik) jika ada perubahan
konsentrasi gas.Modul sensor juga memiliki 1 pin output open collector yang status logikanya
akan berubah-ubah, sesuai dengan hasil pembacaan sensor gas dan batas atas serta batas bawah
yang telah ditentukan. Pin output ini dapat dihubungkan dengan aktuator (exhaust atau alarm)
sehingga modul ini dapat berfungsi sebagai pemonitor konsentrasi gas secara mandiri. Modul ini
akan membaca nilai konsentrasi gas secara otomatis, membandingkan dengan batas-batas nilai
yang telah diatur dan kemudian mengubah status logika pin output kendali ON/OFF sesuai
dengan mode operasi yang digunakan.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Mikrokontroler ATMega 16A
Mikrokontroler, sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau
pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah ada terlebih
dahulu muncul mikroprosesor. Mikrokontroler dapat dikatakan adalah sebuah IC yang dapat
diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus (Agus Bejo, 2007). Biasanya digunakan untuk
pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika. Mikrokontroler adalah suatu IC
dengan kepadatan yang sangat tinggi, dimana semua bagian yang diperlukan untuk suatu
kontroler sudah dikemas dalam satu keping, biasanya terdiri dari CPU, RAM, EEPROM, I/O,
TIMER, dan lain-lain.
Gambar 2.2 Mikrokontroler ATMega 16A
Salah satu mikrokontroler yang saat ini banyak digunakan adalah mikrokontroler AVR. AVR
adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instruction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur
Harvard, yang dibuat Atmel pada tahun1996. AVR yang mempunyai kepanjangan Advanced
Versatile RISC atau Alf and Vegard‟s Processor yang berasal dari nama dua mahasiswa
Norwegian Institute of Technology (NTH), yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan.
Mikrokontroler AVR memiliki fitur yang lengkap (ADC Internal, EEPROM Internal,
2
Timer/Counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, Komunikasi Serial, Komparator, I C, dan
lain-lain), sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat
menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti robot, otomasi industri,
peralatan telekomunikasi, dan berbagai keperluan lain. Secara umum mikrokontroler AVR dapat
dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega, dan Attiny. Seperti
mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit
fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan
dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1 Arsitektur ATMEGA16A
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program
dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data
dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent). Secara garis besar mikrokontroler ATMega16
terdiri dari :
1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz.
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte
3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
4. CPU yang terdiri dari 32 buah register
5. User interupsi internal dan eksternal
6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial
7. Fitur Peripheral
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega 16A
Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40-pin dapat dilihat pada
Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masingmasing Port A, Port B, Port C, dan Port D.
2.4.3 Sistem Clock AVR ATMega16A
Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12
siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai
ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistemmikrokontroler kita
memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari clock eksternal maupun clock internal.
2.4.4 Konfigurasi PIN ATmega16A
Gambar 2.3 Pin-pin Pada ATMega 16A
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATMega 16A sebagai
berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.
2. GND merupakan pin Ground
3. Port A (PA0 – PA7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin masukan ADC
4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
5. Port C (PC0 – PC7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu
merupakan pin khusus.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC
10. REF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.5
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal
cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat
elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi LCD yang
dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai
penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :
1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris
9.
2.
Mempunyai 192 karakter tersimpan
3.
Terdapat karakter generator terprogram
4.
Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit
5.
Dilengkapi dengan back light.
6.
Tersedia VR untuk mengatur kontras.
7.
Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.
8.
Catu daya +5 Volt DC.
Kompatibel dengan DT-51 dan DT-AVR Low Cost Series serta sistem
mikrokontroler/mikroprosesor lain.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
Tabel 2.3 Deskripsi Pin Pada LCD
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD Registers
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground
2.5.1 Cara kerja LCD (Liquid Crystal Display)
Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana
terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat
memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode
ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu.
Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit
(pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya).
Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya
merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu
diset ke “0”. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna),
DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau
Universitas Sumatera Utara
8-bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD,
menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.
2.6 Mode Transmisi Port Serial
Ada 2 macam cara komunikasi data serial yaitu Sinkron dan Asinkron. Pada komunikasi
data serial sinkron, clock dikirimkan bersama sama dengan data serial, tetapi clock tersebut
dibangkitkan sendiri-sendiri baik pada sisi pengirim maupun penerima. Sedangkan pada
komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data dikirimkan dengan kecepatan
tertentu yang sama baik pada pengirim/penerima.
2.6.1 Konfigurasi Port Serial
Konektor DB-9 pada bagian belakang komputer adalah port serial RS232 yang biasa dinamai
dengan COM1 dan COM2.
Gambar 2.5 Port Serial
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4
Konfigurasi Port Serial
Directio
Pin
Nama Sinyal
1
DCD
n
Keterangan
Data Carrier Detect/Receive Line Signal
In
Detect
2
RxD
In
Receive Data
3
TxD
Out
Transmit Data
4
DTR
Out
Data Terminal Ready
5
GND
-
Ground
6
DSR
In
Data Set Ready
7
RTS
Out
Request to Send
8
CTS
In
Clear to Send
9
RI
In
Ring Indicator
2.8 IC MAX232
Pada saat ini banyak komponen yang dapat digunakan untuk pendukung proses
komunikasi tersebut, salah satu contohnya adalah maxim232. Maxim232 berfungsi sebagai
perantara antara mikrokontroler dengan port serial, karena mikrokontroler tidak dapat mengirim
data begitu saja maka diperlukan maxim232. di dalam IC terdapat charge pump yang akan
membangkitkan +10 Volt dan -10 Volt dari sumber +5 Volt tunggal dalam IC DIP (Dual in-line
Package) 16 pin (8 pin x 2baris) ini terdapat 2 buah transmiter dan dua buah receiver. Jadi IC ini
berfungsi sebagai perantara karena maxim232 hanya menerima data dari mikrokontroler untuk
kemudian dikirim ke pc melalui DB9. Maxim232 mempunyai 16 kaki yang terdiri untuk
keperluan port serial, komunikasi mikrokontroler dengan maxim. Letak dari masing-masing port
diperlihatkan pada gambar di bawah ini
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin IC MAX232
Tabel 2.5 Fungsi IC MAX232
Pin
Type
Keterangan
1
-
Positive lead of C1 capacitor
V+
2
0
Positive charge pump output for storage capacitor only
C1-
3
-
Negative lead of C1 capacitor
C2+
4
-
Positive lead of C2 capacitor
C2-
5
-
Negative lead of C2 capacitor
V-
6
0
Negative charge pump output for storage capacitor only
T2OUT, T1OUT
7, 14
0
RS232 line data output (to remote RS232 system)
R2IN, R1IN
8, 13
1
RS232 line data input (from remote RS232 system)
R2OUT, R1OUT
9, 12
0
Logic data output (to UART)
T2IN, T1IN
10, 11
1
Logic data input (to UART)
GND
15
-
Ground
Vcc
16
-
Supply Voltage, Connect to external 5V power supply
Nama
No.
C1+
Universitas Sumatera Utara
2.9 Bahasa C
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada antara bahasa tingkat
rendah (bahasa yang berorientasi pada mesin) dan bahasa tingkat tinggi (bahasa yang
berorientasi pada manusia). Seperti yang diketahui, bahasa tingkat tinggi mempunyai
kompatibilitas antara platform. Karena itu, amat mudah untuk membuat program pada berbagai
mesin. Berbeda halnya dengan menggunakan bahasa mesin, sebab setiap perintahnya sangat
bergantung pada jenis mesin.
Kelebihan Bahasa C:
-
Bahasa C tersedia hampir di semua jenis computer.
-
Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis computer.
-
Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci. hanya terdapat 32 kata kunci.
-
Proses executable program bahasa C lebih cepat
-
C adalah bahasa yang terstruktur dan bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah
Kekurangan Bahasa C:
-
Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang-kadang membingungkan
pemakai.
-
Bagi pemula pada umumnya akan kesulitan menggunakan pointer.
Universitas Sumatera Utara