BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Liquefied Petroleum Gas (LPG) 2.1.1. Definisi Umum LPG - Rancangan Sistem Pengontrolan dan Pengamanan Kebocoran LPG Berbasis Mikrokontroler ATMega32 dengan Menggunakan Media Informasi SMS
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1.
Liquefied Petroleum Gas (LPG)
2.1.1. Definisi Umum LPG
LPG adalah gas hidrokarbon yang dicairkan dengan tekanan untuk memudahkan
penyimpanan, pengangkutan, dan penanganannya yang pada dasarnya terdiri atas
propana (C3H8), butana (C4H10), atau campuran keduanya. LPG biasanya
digunakan sebagai pengganti freon, aerosol, bahan pendingin (refrigerant/cooling
agent), kosmetika, dan bahan bakar. (Bony M. Farid, 2007)
Liquefied Petroleum Gas (LPG) atau gas petroleum cair merupakan gas
hasil produksi dari kilang minyak dan kilang gas sebagai hasil penyulingan
minyak mentah, berbentuk gas. Berwujud gas dalam keadaan normal, tapi dapat
dikompresi menjadi cairan dengan menambah tekanan atau menurunkan suhu.
Inilah yang kita kenal dengan bahan bakar gas cair. Komponen utamanya seperti
disebutkan diatas adalah gas propana dan butana kurang lebih 99% dan selebihnya
adalah zat pembau. LPG lebih berat dari udara. Perbandingan komposisi, (C3H8) :
(C4H10) = 30:70. Dibandingkan dengan bahan bakar lain, penggunaan LPG lebih
menguntungkan, berikut keuntungan dari penggunaan LPG:
a.
Bersih, hasil pembakaran LPG bersih dengan emisi yang rendah.
b.
Stabil, pembakaran LPG menghasilkan nilai kalori yang tinggi dan stabil.
c.
Fleksibel, LPG dapat didistribusikan ke daerah manapun menggunakan skid
tank ataupun tongkang, hingga ke daerah yang jauh dari supply point.
d.
Cocok untuk produk yang sensitif dalam hal bau, hasil pembakaran LPG
tidak meninggalkan bau, sehingga cocok untuk digunakan sebagai bahan
bakar ataupun bahan baku untuk industri yang produknya sensitif terhadap
bau.
e.
Ramah lingkungan, karena hasil pembakaran LPG yang bersih, penggunaan
LPG akan ikut menunjang tuntutan dunia akan penggunaan bahan bakar yang
ramah lingkungan.
5
f.
Cost reduction, penggunaan LPG yang hemat serta rendahnya biaya
maintenance peralatan dapat mengurangi biaya yang harus dikeluarkan untuk
bahan bakar dan maintenance peralatan.
Selain digunakan sebagai bahan bakar, Zendy K. Widarto (2007)
menjelaskan gas LPG digunakan pula sebagai bahan penekan. Digunakan untuk
hasil produksi yang berjenis spray, seperti deodorant, minyak wangi spray, cat
piloks, kosmetik dan sejenisnya. Jenis ELPIJI yang ada dipasaran adalah :
a.
LPG Mix, merupakan campuran antara propana (C3H8) dan butana (C4H10)
dengan komposisi antara 20-30% dan 70-80% volume dan ditambahkan oleh
odor atau pembau EthylMercaptane, umumnya digunakan sebagai bahan
bakar untuk rumah tangga.
b.
LPG Propana, merupakan LPG yang mengandung propana 95% volume
masing-masing dan ditambahkan dengan odor atau
pembau Ethyl
Mercaptane, umumnya digunakan untuk industri.
c.
LPG Butana, merupakan LPG yang mengandung butana 97,5% volume dan
ditambahkan dengan odor atau pembau Ethyl Mercaptane, umumnya
digunakan untuk industri.
2.1.2. Karakteristik LPG
Menurut Bony M. Farid (2007) karakteristik LPG secara umum diuraikan sebagai
berikut:
a.
Massa jenis gas LPG lebih besar dari udara sehingga cenderung bergerak ke
bawah.
b.
Butana mempunyai berat jenis dua kali berat jenis udara.
c.
Propana mempunyai berat jenis satu setengah kali berat udara.
d.
Tidak mempunyai sifat pelumasan terhadap metal.
e.
Merupakan solvent yang baik terhadap karet, sehingga perlu diperhatikan
terhadap kemasan atau tabung yang dipakai.
f.
Tidak berwarna baik berupa cairan maupun dalam bentuk gas.
g.
Tidak berbau, sehingga untuk kesalamatan, LPG komersial perlu ditambah
zat odor, yaitu Ethyl Mercaptane yang berbau menyengat seperti petai.
5
6
h.
Tidak mengandung racun.
i.
Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan
membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar.
j.
Bila menguap di udara bebas akan menbentuk lapisan karena kondensasi
sehingga adanya aliran gas.
k.
Setiap kilogram LPG cair dapat berubah menjadi kurang lebih 500 liter gas
LPG.
l.
Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu dan abu
(sisa pembakaran).
2.2.
DT-Sense LPG Sensor MQ-6
DT-Sense LPG Sensor MQ-6 merupakan modul sensor yang cukup mudah
penggunaannya. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi kadar gas LPG, isobutana, propana dan LNG dalam udara dan cocok digunakan untuk aplikasi
pendeteksian serta penanggulangan kebocoran gas pada lingkungan rumah tangga
maupun industri dengan jangkauan pendeteksianya mulai dari 10 sampai 10.000
ppm (part per million).
Sensor ini memiliki sensitivitas yang tinggi dan waktu respon yang cepat.
Output sensor berupa resistansi analog. Rangkaian driver pun sangat sederhana,
yang dibutuhkan hanya suplai daya 5V untuk heater coil, dan menghubungkan
output ke ADC. Material sensor gas MQ-6 adalah yaitu tin dioxide (SnO2). MQ-6
memiliki 6 pin, 4 pin yang digunakan untuk mengambil sinyal, dan 2 pin
digunakan untuk memberikan pemanasan material sensor. Pada tabel 2.1
dijelaskan komponen sensor gas MQ-6 dan pada gambar 2.1 diperlihatkan
struktur dan bentuk dari sensor MQ-6.
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 2.1 Komponen Sensor Gas MQ-6
Parts
Materials
Gas Sensing Layer
SnO2
Electrode
Au
Electrode line
Pt
Heater coil
Ni-cralloy
Tubular ceramic
Al2O3
Anti-Explosion Network
Stainless steel gauze
(sus316 100-mesh)
6
7
7
8
9
Clamp ring
Resin base
Tube pin
Copper plating Ni
Bakelite
Copper plating Ni
(a)
(b)
Gambar 2.1. (a) Struktur sensor gas MQ-6, (b) Bentuk sensor MQ-6
2.2.1. Konfigurasi Sensor MQ-6
Sensor gas LPG ini merupakan salah satu komponen penting dalam pembuatan
alat ini. Sensor ini digunakan sebagai pendeteksi kadar gas LPG di udara. Dalam
skripsi ini sensor gas yang digunakan adalah DT-Sense LPG Sensor. Tata letak
dari komponen pada modul sensor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Modul sensor gas MQ-6
Adapun spesifikasi Sensor MQ-6 adalah sebagai berikut:
a.
Tegangan kerja 5 VDC.
b.
Deteksi gas LPG, iso-butana, propana dan LNG.
c.
Range deteksi 200 - 10000 ppm.
d.
Interface:
7
8
UART TTL: 38400 bps, 8-bit data, 1-bit stop, no parity, no flow control.
I2C dapat di-cascade hingga 8 buah modul dalam satu jalur komunikasi.
e.
Menggunakan ADC 10-bit untuk konversi data analog dari sensor.
f.
Memiliki output berupa data digital dengan nilai 0 - 1023 (hasil konversi
ADC).
g.
Terdapat 1 buah variable resistor untuk pengaturan nilai threshold secara
manual.
h.
Disediakan beberapa jumper untuk konfigurasi pull-up I2C, resistor beban,
serta variable resistor threshold.
i.
Memiliki fitur kendali on/off dengan 2 mode kerja pilihan yaitu hysteresis dan
window.
j.
Pin I/O yang kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
k.
Memiliki 2 buah LED sebagai indikator.
l.
Dilengkapi dengan rangkaian EMI filter untuk mengurangi gangguan
elektromagnetik.
2.2.2. LED Indikator
Pada modul gas sensor terdapat 2 buah LED indikator yaitu LED indikator merah
dan LED indikator hijau. 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. (Hanwei, 2012)
8
9
2.3.
Mikrokontroler
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. Bila dibandingkan dengan
mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan,
diantaranya:
1.
Tersedianya I/O
I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia sementara pada mikroprosesor
dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut.
2.
Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak
harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan
IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas, ditambah
harganya yang relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika
dengan
yang
kemudian beralih ke mikrokontroler. Namun demikian, meskipun terdapat
berbagai kelemahan, mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam
mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai
pengendali suatu sistem.
Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk
mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut ‘pengendali
elektronik
yang
sebelumnya
banyak
kecil’ dimana sebuah sistem
memerlukan
komponen-komponen
pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya
terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan menggunakan
mikrokontroler ini maka :
a.
Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b.
Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar
dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c.
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri, namun demikian tidak
sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS
yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar
menambah jumlah saluran input dan output (I/O). Dengan
9
kata lain,
10
mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena
mikrokontroler sudah mengandung beberapa bagian yang langsung bisa
dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital
ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya
menggunakan Minimum System yang tidak rumit.
2.3.1. Mikrokontroler ATMega32
Dalam pembuatan alat ini digunakan mikrokontroler sebagai pengontrol dan
penanaman
programnya.
Mikrokontroler
ATMega32
adalah
sebuah
IC
mikrokontroler yang diproduksi oleh Atmel. Mikrokontroler ini memiliki clock
dan kerjanya tinggi sehingga mampu bekerja dengan baik dan cepat, sangat
memadai untuk berinteraksi dengan LCD, menunjang penggunaan bahasa
pemrograman tingkat tinggi (contohnya bahasa C), buffer untuk komunikasi data,
dan stack. Mikrokontroler Atmega32 berfungsi sebagai pusat pengolahan data dan
pengendali bagi perangkat lain seperti relay, solenoid, modul GSM, LCD, dll.
Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya
mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai
tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam
suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor)
standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda
dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki
arsitektur CISC (seperti komputer). Dapat dilihat bahwa ATMega32 memiliki
spesifikasi bagian sebagai berikut:
a.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
b.
ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
c.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
d.
CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e.
Watchdog Timer dengan osilator internal.
f.
SRAM sebesar 1024 byte.
g.
Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
10
11
h.
Unit interupsi internal dan eksternal.
i.
Port antarmuka SPI.
j.
EEPROM sebesar 1024 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k.
Antarmuka komparator analog.
l.
Port USART untuk komunikasi serial.
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya
yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan
fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa
dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk
Atmel, yaitu ATMega32. Selain mudah didapatkan dan lebih murah, ATMega32
juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny,
AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang
tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Memiliki
teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega32 lebih
cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap
tersebut menjadikan ATMega32 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun
blok diagramnya teradapat pada Gambar 2.3. (Handinata, 2013)
Gambar 2.3. Blok Diagram ATMega32
11
12
2.3.2. Konfigurasi PIN ATMega32
Mikrokontroler ATMega32 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32
pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output
sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masingmasingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian
osilator, supplai tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih
jelasnya, konfigurasi pin ATMega32 dapat dilihat pada gambar 2.4.
(b)
(b)
Gambar 2.4. (a) Konfigurasi Pin ATMega32, (b) Bentuk ATMega32
(ATMEL, 2009)
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari ATMega32:
a.
VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya.
b.
GND merupakan pin ground.
c.
Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
d.
Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer atau Counter, Komparator Analog, dan SPI.
e.
Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator.
f.
Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Komparator Analog, Interupsi eksternal dan komunikasi serial USART.
g.
RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.
h.
XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator
menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz).
12
13
i.
AVCC adalah pin suplai tegangan untuk Port A dan A/D Converter. Perlu
eksternal terhubung ke VCC, bahkan jika ADC tidak digunakan. Jika ADC
digunakan, maka harus dihubungkan ke VCC melalui low-pass filter.
j.
AREF adalah pin referensi analog untuk A/D Converter. (Atmel, 2009)
2.3.3. Port-Port ATMega32 dan Fungsinya
2.3.3.1. Port A
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port A (DDRA) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port A digunakan.
Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port A yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A
juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
2.3.3.2. Port B
Merupak 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port B (DDRB) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port B digunakan.
Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port B yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk
fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.2 berikut.
Tabel 2.2 Fungsi pin-pin port B
Port Pin
Fungsi
PB0
T0 = timer/counter 0 external counter input
PB1
T1 = timer/counter 0 external counter input
PB2
AIN0 = analog comparator positive input
PB3
AIN1 = analog comparator negative input
PB4
SS= SPI slave select input
PB5
MOSI = SPI bus master output/slave input
PB6
MISO = SPI bus master input / slave input
PB7
SCK = SPI bus serial clock
Sumber: ATMEL, 2009
13
14
2.3.3.3. Port C
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port C (DDRC) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port C digunakan.
Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port C yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan
PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2,
seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.3 berikut.
Tabel 2.3 Fungsi pin-pin port C
Port Pin
Fungsi
PC0
TOSC2 (Timer Oscillator pin 2)
PC1
TOSC1 (Timer Oscillator pin 1)
PC2
TDI (JTAG Test Data In)
PC3
TDO (JTAG Test Data Out)
PC4
TMS (JTAG Test Mode Select)
PC5
TCK (JTAG Test Clock)
PC6
SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC7
SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
Sumber: ATMEL, 2009
2.3.3.4. Port D
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port D (DDRD) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port D digunakan.
Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port D yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga
memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.4
berikut.
Port Pin
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
Tabel 2.4 Fungsi pin-pin Port D
Fungsi
RDX (UART input line)
TDX (UART output line)
INT0 (external interupt 0 input)
INT1 (external interupt 1 input)
OC1B (Timer/Counter1 output compare B match output)
14
15
PD5
OC1A (Timer/Counter1 output compare A match output)
PD6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
Sumber: ATMEL, 2009
2.3.3.5. RESET
RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low
selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.
2.3.3.6. XTAL1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal
clock operating circuit.
2.3.3.7. XTAL2
XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.
2.3.3.8. AVcc
Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara
eksternal terhubung ke Vcc melalui low pass filter.
2.3.3.9. AREF
AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi
ADC, suatu level tegangan antara AGND dan AVcc harus diberikan ke kaki ini.
2.3.3.10. AGND
AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali
jika board memiliki analog ground yang terpisah.
2.4.
Modul GSM Wavecom Fastrack M1306b
Modul berasal dari singkatan Modulator Demodulator. Modulator merupakan
bagian yang mengubah sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa (carrier) dan
15
16
siap untuk dikirimkan, sedangkan demodulator adalah bagian yang memisahkan
sinyal informasi (yang berisi data atau pesan) dari sinyal pembawa yang diterima
sehingga informasi tersebut dapat diterima dengan baik. Modul GSM merupakan
penggabungan kedua-duanya, artinya modem adalah alat komunikasi dua arah.
Modul GSM sering juga disebut modem GSM. Berdasarkan pemasangan
pada perangkat komputer modem terdiri dari dua jenis, yaitu modem internal dan
modem eksternal. Modem internal dipasangkan pada bagian dalam CPU misalnya
pada slot PCI (pada motherboard tertentu sudah dilengkapi modem dari
pabriknya). Sedangkan Modem eksternal dipasang pada bagian luar CPU,
umumnya dipasangkan pada serial port atau USB pada CPU.
Modul GSM dirancang sebagai bagian dari penerimaan data dan menerima
data dari dan ke mikrokontroler. Modul GSM atau yang sering disebut Modem
GSM ini digunakan karena dapat diakses menggunakan komunikasi data serial
dengan baudrate yang dapat disesuaikan mulai dari 9600 sampai dengan 115200.
Selain itu, modem GSM ini menggunakan daya DC 12V dan tidak memerlukan
tombol ON untuk mengaktifkannya, sehingga sangat cocok digunakan pada
sistem yang berjalan terus menerus. Sebelum modem GSM ini dapat melakukan
interaksi dengan mikrokontroler untuk mengirim dan menerima data, maka dalam
program di mikrokontroler modem GSM harus diberikan perintah panggil atau
dengan kata lain inisialisasi modem.
Data yang dikirimkan atau yang diterima oleh modul GSM adalah berupa
AT Command karena modul GSM hanya mengerti dan menerjemahkan perintah
AT Command.
Modem ini adalah salah satu jenis modem yang dirancang untuk dapat
dihubungkan dengan perangkat luar dengan koneksi serial. Modem ini
menggunakan format pengiriman data serial biasa sehingga memudahkan saat
dihubungkan dengan mikrokontroler. Adapun spesifikasi modem Wavecom
Fastrak M1306b adalah sebagai berikut:
a.
Dual band GSM/GPRS 900/1800 MHz.
b.
GSM/GPRS (cl.10) data, SMS, voice, dan FAX.
c.
Open AT: menamakan program langsung pada modem.
d.
Keluaran daya maksimum: 2W untuk GSM 900 – 1W untuk GSM 1800.
16
17
e.
Masukan tegangan 5,5 V s/d 32 V.
f.
Antarmuka SIM Card 3V.
g.
Dimensi 73mm x 54,5mm x 25,5mm.
h.
Bobot 80 gram.
i.
Suhu operasi -25oC s/d 70oC.
Berikut beberapa keuntungan menggunakan Modem Wavecom Fastrack
M1306b (gambar 2.8) daripada Modem GSM atau HP:
a.
Wavecom jauh lebih stabil dibanding Modem GSM atau HP.
b.
Wavecom tidak gampang panas dibanding Modem GSM atau HP.
c.
Pengiriman SMS yang lebih cepat dibanding Modem GSM atau HP (1000 s/d
1200 SMS per jam).
d.
Support AT Command, bisa cek sisa pulsa, cek point, cek pemakaian terakhir.
e.
Tidak semua Modem GSM atau HP support AT Command.
f.
Tidak memakai baterai sehingga lebih praktis digunakan.
Modul GSM ini memiliki dua jenis keluaran yaitu ada tipe dengan jenis
keluaran dalam bentuk port serial dan ada juga berupa port USB, dan modem
GSM ini berkomunikasi kepada mikrokontroler melalui komunikasi serial RS232.
(Tambunan, E. 2014)
Gambar 2.5. Modul GSM Wavecom Fastrack M1306b
2.5.
MAX/HIN/RS232
Modul ini dapat difungsikan sebagai jalur komunikasi antara komputer atau
mikrokontroler berantarmuka UART RS232/TTL dengan modul atau jaringan
berantarmuka UART RS485 half-duplex. RS232-RS485 Converter merupakan
suatu pengubah level tegangan dua arah antara RS232/TTL dan RS485. Modul ini
17
18
dapat difungsikan sebagai jalur komunikasi antara komputer atau mikrokontroler
berantarmuka UART RS232 dengan modul atau jaringan berantarmuka UART
RS485. Menurut Handinata, O (2013) spesifikasi dari MAX/HIN/RS232 sebagai
berikut:
a.
Mengubah level tegangan RS232 atau TTL menjadi RS485 begitu juga
sebaliknya.
b.
Mengakomodasi baud rate 300 bps hingga 115200 bps.
c.
Dapat dikonfigurasi sebagai DCE (Data Communication Equipment) atau
DTE (Data Terminal Equipment).
d.
Arah data pada jalur RS485 dapat dikendalikan secara manual (sisi
RS232/TTL menggunakan 2 jalur data dan 1 jalur kontrol) ataupun otomatis
(sisi RS232/TTL hanya menggunakan 2 jalur data).
e.
Tersedia pengaturan bias+, terminator dan bias- untuk jalur RS485.
f.
Membutuhkan tegangan + 9VDC sebagai catu daya.
2.6.
Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid cristal display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang
berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Jenis
LCD yang dipakai pada alat ini adalah LCD M1632. LCD terdiri dari dua bagian,
yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam
bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16
huruf/angka. Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak
digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang umum, ada yang panjangnya
hingga 40 karakter (2x40 dan 4x40), dimana kita menggunakan DRAM untuk
mengatur tempat penyimpanan tersebut. (Gamayel.R, 2007).
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan
mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur
tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana,
sistem lain cukup mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang
ditampilkan. Berikut spesifikasi dari LCD M1632 menurut Andi, N. Paulus
(2004):
18
19
a.
Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
b.
ROM pembangkit karakter 192 jenis.
c.
RAM pembangkit karakter 8 jenis (diprogram pemakai).
d.
RAM data tampilan 80 x 8 bit (8 karakter).
e.
Duty ratio 1/16.
f.
RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit
mikroprosesor.
g.
Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display
clear), posisi kursor awal (crusor home), tampilan karakter kedip (display
character blink), penggeseran kursor (crusor shift) dan penggeseran tampilan
(display shift).
h.
Rangkaian pembangkit detak.
i.
Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
j.
Catu daya tunggal +5 volt.
2.7.
Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah
kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Terdapat sebuah
amatur besi yang akan tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati
kumparan. Armatur ini terpasang pada sebuah tuas berpegas. Ketika armatur
tertarik menuju ini, kontak jalur nersama akan berubah posisinya dari kontak jalur
bersama akan berubah posisinya dari kontak normal-tertutup (normally close) ke
kontak normal-terbuka (normally open).
Sebuah relay yang tipikal dari jenis ini dapat diaktifkan dalam waktu
sekitar 10 ms. Sebagian besar relay modern ditempatkan didalam sebuah kemasan
yang sepenuhnya tertutup rapat, seperti yang diperlihatkan gambar dibawah ini.
Kebanyakan diantaranya memiliki kontak-kontak jenis SPDT, namun terdapat
juga beberapa versi DDPT. Relay-relay yang berukuran lebih besar dapat
menyambungkan arus hingga 10 A pada tegangan 250 VAC. Tegangan
maksimum untuk pensaklaran DC selalu jauh lebih rendah, seringkali bahkan
hanya setengah, dari tegangan maksimum untuk AC. (Bishop, O. 2004)
19
20
2.8.
Perangkat Tanda Peringatan Suara (Buzzer)
Sebuah buzzer menghasilkan suara berfrekuensi rendah, yang cocok untuk
digunakan sebagai perangkat pemberi peringatan (alert). Sebuah sirine piezoelektric berukuran kecil menghasilkan satu nada yang berfrekuensi sangat tinggi.
Sirine yang diperlihatkan paa foto dibawah ini beroperasi dengan tegangan 3-16 V
dan hanya membutuhkan arus sebesar 5-7 mA.
Suara yang dihasilkannya besifat kontinu namun dapat dimodifikasi untuk
menghasilkan bunyi dengan periode-periode pendek (burst), agar lebih menarik
perhatian. Buzzer ini dapat digerakkan dengan sebuah rangkaian astabil yang
bekerja pada frekuensi 1 kHz.
Buzzer ini juga dapat digunakan sebagai pemberi tanda peringatan atau
sebagai alarm. Intensitas suara yang dihasilkannya berkisar antara 100 dB hingga
110 dB. Untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang maksimum, buzzer harus
dipasang secara kokoh didalam sebuah badan pembungkus atau pada sebuah
papan rangkaian. (Bishop, O. 2004)
2.9.
Solenoid Valve
Solenoid Valve adalah peralatan yang digunakan untuk mengkonversi sinyal
elektrik atau arus listrik menjadi gerak mekanik. Solenoid Valve dibuat dari
kumparan dan inti besi yang dapat digerakkan dan berfungsi sebagai actuator
untuk membuka tutup selang gas otomatis. Solenoid Valve adalah perangkat
elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanis linier yang
digunakan untuk memindahkan beban eksternal jarak yang ditentukan.
Prinsip kerja Solenoid Valve ketika aliran arus melalui kumparan
menciptakan medan magnet yang menghasilkan daya tarik antara pluger bergerak
dan berhenti tetap. Ketika arus listrik dialirkan pluger solenoid dan beban
eksternal yang mempercepat dan bergerak menuju solenoid itu berhenti sampai
terjadi suatu dampak. Pluger naik dalam inti dari perakitan koil. Penghapus daya
dari solenoid mengeliminasi aliran arus melalui kumparan. Pluger, dengan beban
eksternal, kembali ke posisi semula, dibantu gravitasi atau beban itu sendiri.
(Tambunan, E. 2014)
20
21
2.10.
AT-Command
AT-Command merupakan perintah standar yang dapat diterima oleh modem.
Perintah AT (Hayes AT-Command) digunakan untuk berkomunikasi dengan
terminal (modem) melalui gerbang serial pada komputer. AT-Command ini
dipakai untuk memerintahkan telepon selular mengirim dan menerima pesan
SMS. Selain itu, AT-Command juga dapat dipakai untuk mengetahui atau
membaca kondisi dari terminal seperti mengetahui kondisi sinyal, kondisi baterai,
nama operator, lokasi, menambah item pada daftar telepon, mengetahui model
telepon selular yang dipakaim nomor IMEI (Internasional Mobile Station
Equipment Identity) dan informasi-informasi lainnnya yang berhubungan dengan
telepon selular tersebut. Perintah-perintah AT-Command dikirimkan ke telepon
selular dalam bentuk string (teks). Komunikasi dataa antara telepon selular
dengan
peripheral
lain
seperti
mikrokontroler
dilakukan
secara
serial
menggunakan perintah-perintah AT melalui komunikasi serial RS-232. Tabel 2.5
berikut menerangkan beberapa jenis perintah AT-Command.
Perintah
AT+CPBF
AT+CPBR
AT+CPBW
AT+CMGF
AT+CMGF=0
AT+CMGF=1
AT+CMGS
AT+CMGR
AT+CMGR=1
AT+CMG
AT+CMGD
AT+CMNS
AT+COPS?
AT+CSCA
AT+CGMI
AT+CGMM
AT+CBC
Tabel 2.5. Jenis peintah AT-Command
Fungsi
Mencari nomor telepon yang tersimpan
Membaca buku telepon
Menulis nomor telepon di buku telepon
Menyeting mode sms teks atau PDU
Menyeting mode PDU
Menyeting mode SMS teks
Mengirim sebuah perintah SMS
Membaca sebuah pesan
Membaca sebuah pesan dialamat 1
Melihat semua daftar SMS yang ada
Menghapus sebuah SMS
Menyeting lokasi penyimpanan SMS
Mengetahui nama provider kartu GSM
Mengetahui alamat SMS Center
Mengetahui nama dan jenis ponsel
Mengetahui jenis ponsel
Mengetahui level baterai
Perintah AT-Command ini yang nantinya yang akan diterjemahkan oleh
modul GSM kemudian diteruskan ke mikrokontroler melalui RS-232 ataupun
diterjemahkkan oleh modul GSM sebagai perintah mengirim ke nomor telepon
tujuan tertentu. (Tambunan, E. 2014)
21
LANDASAN TEORI
2.1.
Liquefied Petroleum Gas (LPG)
2.1.1. Definisi Umum LPG
LPG adalah gas hidrokarbon yang dicairkan dengan tekanan untuk memudahkan
penyimpanan, pengangkutan, dan penanganannya yang pada dasarnya terdiri atas
propana (C3H8), butana (C4H10), atau campuran keduanya. LPG biasanya
digunakan sebagai pengganti freon, aerosol, bahan pendingin (refrigerant/cooling
agent), kosmetika, dan bahan bakar. (Bony M. Farid, 2007)
Liquefied Petroleum Gas (LPG) atau gas petroleum cair merupakan gas
hasil produksi dari kilang minyak dan kilang gas sebagai hasil penyulingan
minyak mentah, berbentuk gas. Berwujud gas dalam keadaan normal, tapi dapat
dikompresi menjadi cairan dengan menambah tekanan atau menurunkan suhu.
Inilah yang kita kenal dengan bahan bakar gas cair. Komponen utamanya seperti
disebutkan diatas adalah gas propana dan butana kurang lebih 99% dan selebihnya
adalah zat pembau. LPG lebih berat dari udara. Perbandingan komposisi, (C3H8) :
(C4H10) = 30:70. Dibandingkan dengan bahan bakar lain, penggunaan LPG lebih
menguntungkan, berikut keuntungan dari penggunaan LPG:
a.
Bersih, hasil pembakaran LPG bersih dengan emisi yang rendah.
b.
Stabil, pembakaran LPG menghasilkan nilai kalori yang tinggi dan stabil.
c.
Fleksibel, LPG dapat didistribusikan ke daerah manapun menggunakan skid
tank ataupun tongkang, hingga ke daerah yang jauh dari supply point.
d.
Cocok untuk produk yang sensitif dalam hal bau, hasil pembakaran LPG
tidak meninggalkan bau, sehingga cocok untuk digunakan sebagai bahan
bakar ataupun bahan baku untuk industri yang produknya sensitif terhadap
bau.
e.
Ramah lingkungan, karena hasil pembakaran LPG yang bersih, penggunaan
LPG akan ikut menunjang tuntutan dunia akan penggunaan bahan bakar yang
ramah lingkungan.
5
f.
Cost reduction, penggunaan LPG yang hemat serta rendahnya biaya
maintenance peralatan dapat mengurangi biaya yang harus dikeluarkan untuk
bahan bakar dan maintenance peralatan.
Selain digunakan sebagai bahan bakar, Zendy K. Widarto (2007)
menjelaskan gas LPG digunakan pula sebagai bahan penekan. Digunakan untuk
hasil produksi yang berjenis spray, seperti deodorant, minyak wangi spray, cat
piloks, kosmetik dan sejenisnya. Jenis ELPIJI yang ada dipasaran adalah :
a.
LPG Mix, merupakan campuran antara propana (C3H8) dan butana (C4H10)
dengan komposisi antara 20-30% dan 70-80% volume dan ditambahkan oleh
odor atau pembau EthylMercaptane, umumnya digunakan sebagai bahan
bakar untuk rumah tangga.
b.
LPG Propana, merupakan LPG yang mengandung propana 95% volume
masing-masing dan ditambahkan dengan odor atau
pembau Ethyl
Mercaptane, umumnya digunakan untuk industri.
c.
LPG Butana, merupakan LPG yang mengandung butana 97,5% volume dan
ditambahkan dengan odor atau pembau Ethyl Mercaptane, umumnya
digunakan untuk industri.
2.1.2. Karakteristik LPG
Menurut Bony M. Farid (2007) karakteristik LPG secara umum diuraikan sebagai
berikut:
a.
Massa jenis gas LPG lebih besar dari udara sehingga cenderung bergerak ke
bawah.
b.
Butana mempunyai berat jenis dua kali berat jenis udara.
c.
Propana mempunyai berat jenis satu setengah kali berat udara.
d.
Tidak mempunyai sifat pelumasan terhadap metal.
e.
Merupakan solvent yang baik terhadap karet, sehingga perlu diperhatikan
terhadap kemasan atau tabung yang dipakai.
f.
Tidak berwarna baik berupa cairan maupun dalam bentuk gas.
g.
Tidak berbau, sehingga untuk kesalamatan, LPG komersial perlu ditambah
zat odor, yaitu Ethyl Mercaptane yang berbau menyengat seperti petai.
5
6
h.
Tidak mengandung racun.
i.
Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan
membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar.
j.
Bila menguap di udara bebas akan menbentuk lapisan karena kondensasi
sehingga adanya aliran gas.
k.
Setiap kilogram LPG cair dapat berubah menjadi kurang lebih 500 liter gas
LPG.
l.
Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu dan abu
(sisa pembakaran).
2.2.
DT-Sense LPG Sensor MQ-6
DT-Sense LPG Sensor MQ-6 merupakan modul sensor yang cukup mudah
penggunaannya. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi kadar gas LPG, isobutana, propana dan LNG dalam udara dan cocok digunakan untuk aplikasi
pendeteksian serta penanggulangan kebocoran gas pada lingkungan rumah tangga
maupun industri dengan jangkauan pendeteksianya mulai dari 10 sampai 10.000
ppm (part per million).
Sensor ini memiliki sensitivitas yang tinggi dan waktu respon yang cepat.
Output sensor berupa resistansi analog. Rangkaian driver pun sangat sederhana,
yang dibutuhkan hanya suplai daya 5V untuk heater coil, dan menghubungkan
output ke ADC. Material sensor gas MQ-6 adalah yaitu tin dioxide (SnO2). MQ-6
memiliki 6 pin, 4 pin yang digunakan untuk mengambil sinyal, dan 2 pin
digunakan untuk memberikan pemanasan material sensor. Pada tabel 2.1
dijelaskan komponen sensor gas MQ-6 dan pada gambar 2.1 diperlihatkan
struktur dan bentuk dari sensor MQ-6.
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 2.1 Komponen Sensor Gas MQ-6
Parts
Materials
Gas Sensing Layer
SnO2
Electrode
Au
Electrode line
Pt
Heater coil
Ni-cralloy
Tubular ceramic
Al2O3
Anti-Explosion Network
Stainless steel gauze
(sus316 100-mesh)
6
7
7
8
9
Clamp ring
Resin base
Tube pin
Copper plating Ni
Bakelite
Copper plating Ni
(a)
(b)
Gambar 2.1. (a) Struktur sensor gas MQ-6, (b) Bentuk sensor MQ-6
2.2.1. Konfigurasi Sensor MQ-6
Sensor gas LPG ini merupakan salah satu komponen penting dalam pembuatan
alat ini. Sensor ini digunakan sebagai pendeteksi kadar gas LPG di udara. Dalam
skripsi ini sensor gas yang digunakan adalah DT-Sense LPG Sensor. Tata letak
dari komponen pada modul sensor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Modul sensor gas MQ-6
Adapun spesifikasi Sensor MQ-6 adalah sebagai berikut:
a.
Tegangan kerja 5 VDC.
b.
Deteksi gas LPG, iso-butana, propana dan LNG.
c.
Range deteksi 200 - 10000 ppm.
d.
Interface:
7
8
UART TTL: 38400 bps, 8-bit data, 1-bit stop, no parity, no flow control.
I2C dapat di-cascade hingga 8 buah modul dalam satu jalur komunikasi.
e.
Menggunakan ADC 10-bit untuk konversi data analog dari sensor.
f.
Memiliki output berupa data digital dengan nilai 0 - 1023 (hasil konversi
ADC).
g.
Terdapat 1 buah variable resistor untuk pengaturan nilai threshold secara
manual.
h.
Disediakan beberapa jumper untuk konfigurasi pull-up I2C, resistor beban,
serta variable resistor threshold.
i.
Memiliki fitur kendali on/off dengan 2 mode kerja pilihan yaitu hysteresis dan
window.
j.
Pin I/O yang kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
k.
Memiliki 2 buah LED sebagai indikator.
l.
Dilengkapi dengan rangkaian EMI filter untuk mengurangi gangguan
elektromagnetik.
2.2.2. LED Indikator
Pada modul gas sensor terdapat 2 buah LED indikator yaitu LED indikator merah
dan LED indikator hijau. 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. (Hanwei, 2012)
8
9
2.3.
Mikrokontroler
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. Bila dibandingkan dengan
mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan,
diantaranya:
1.
Tersedianya I/O
I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia sementara pada mikroprosesor
dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut.
2.
Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak
harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan
IC memori eksternal. Dengan kelebihan-kelebihan di atas, ditambah
harganya yang relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika
dengan
yang
kemudian beralih ke mikrokontroler. Namun demikian, meskipun terdapat
berbagai kelemahan, mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam
mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai
pengendali suatu sistem.
Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk
mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut ‘pengendali
elektronik
yang
sebelumnya
banyak
kecil’ dimana sebuah sistem
memerlukan
komponen-komponen
pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya
terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan menggunakan
mikrokontroler ini maka :
a.
Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b.
Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar
dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c.
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri, namun demikian tidak
sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS
yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar
menambah jumlah saluran input dan output (I/O). Dengan
9
kata lain,
10
mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena
mikrokontroler sudah mengandung beberapa bagian yang langsung bisa
dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital
ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya
menggunakan Minimum System yang tidak rumit.
2.3.1. Mikrokontroler ATMega32
Dalam pembuatan alat ini digunakan mikrokontroler sebagai pengontrol dan
penanaman
programnya.
Mikrokontroler
ATMega32
adalah
sebuah
IC
mikrokontroler yang diproduksi oleh Atmel. Mikrokontroler ini memiliki clock
dan kerjanya tinggi sehingga mampu bekerja dengan baik dan cepat, sangat
memadai untuk berinteraksi dengan LCD, menunjang penggunaan bahasa
pemrograman tingkat tinggi (contohnya bahasa C), buffer untuk komunikasi data,
dan stack. Mikrokontroler Atmega32 berfungsi sebagai pusat pengolahan data dan
pengendali bagi perangkat lain seperti relay, solenoid, modul GSM, LCD, dll.
Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya
mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai
tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam
suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor)
standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda
dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki
arsitektur CISC (seperti komputer). Dapat dilihat bahwa ATMega32 memiliki
spesifikasi bagian sebagai berikut:
a.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
b.
ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
c.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
d.
CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e.
Watchdog Timer dengan osilator internal.
f.
SRAM sebesar 1024 byte.
g.
Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
10
11
h.
Unit interupsi internal dan eksternal.
i.
Port antarmuka SPI.
j.
EEPROM sebesar 1024 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k.
Antarmuka komparator analog.
l.
Port USART untuk komunikasi serial.
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya
yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan
fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa
dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk
Atmel, yaitu ATMega32. Selain mudah didapatkan dan lebih murah, ATMega32
juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny,
AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang
tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Memiliki
teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega32 lebih
cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap
tersebut menjadikan ATMega32 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun
blok diagramnya teradapat pada Gambar 2.3. (Handinata, 2013)
Gambar 2.3. Blok Diagram ATMega32
11
12
2.3.2. Konfigurasi PIN ATMega32
Mikrokontroler ATMega32 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32
pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output
sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masingmasingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian
osilator, supplai tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih
jelasnya, konfigurasi pin ATMega32 dapat dilihat pada gambar 2.4.
(b)
(b)
Gambar 2.4. (a) Konfigurasi Pin ATMega32, (b) Bentuk ATMega32
(ATMEL, 2009)
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari ATMega32:
a.
VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya.
b.
GND merupakan pin ground.
c.
Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
d.
Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer atau Counter, Komparator Analog, dan SPI.
e.
Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator.
f.
Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Komparator Analog, Interupsi eksternal dan komunikasi serial USART.
g.
RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.
h.
XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator
menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz).
12
13
i.
AVCC adalah pin suplai tegangan untuk Port A dan A/D Converter. Perlu
eksternal terhubung ke VCC, bahkan jika ADC tidak digunakan. Jika ADC
digunakan, maka harus dihubungkan ke VCC melalui low-pass filter.
j.
AREF adalah pin referensi analog untuk A/D Converter. (Atmel, 2009)
2.3.3. Port-Port ATMega32 dan Fungsinya
2.3.3.1. Port A
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port A (DDRA) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port A digunakan.
Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port A yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A
juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.
2.3.3.2. Port B
Merupak 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port B (DDRB) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port B digunakan.
Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port B yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk
fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.2 berikut.
Tabel 2.2 Fungsi pin-pin port B
Port Pin
Fungsi
PB0
T0 = timer/counter 0 external counter input
PB1
T1 = timer/counter 0 external counter input
PB2
AIN0 = analog comparator positive input
PB3
AIN1 = analog comparator negative input
PB4
SS= SPI slave select input
PB5
MOSI = SPI bus master output/slave input
PB6
MISO = SPI bus master input / slave input
PB7
SCK = SPI bus serial clock
Sumber: ATMEL, 2009
13
14
2.3.3.3. Port C
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port C (DDRC) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port C digunakan.
Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port C yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan
PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2,
seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.3 berikut.
Tabel 2.3 Fungsi pin-pin port C
Port Pin
Fungsi
PC0
TOSC2 (Timer Oscillator pin 2)
PC1
TOSC1 (Timer Oscillator pin 1)
PC2
TDI (JTAG Test Data In)
PC3
TDO (JTAG Test Data Out)
PC4
TMS (JTAG Test Mode Select)
PC5
TCK (JTAG Test Clock)
PC6
SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC7
SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
Sumber: ATMEL, 2009
2.3.3.4. Port D
Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20
mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction
Register port D (DDRD) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port D digunakan.
Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin menggunakan pin-pin port D yang bersesuaian
sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga
memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel 2.4
berikut.
Port Pin
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
Tabel 2.4 Fungsi pin-pin Port D
Fungsi
RDX (UART input line)
TDX (UART output line)
INT0 (external interupt 0 input)
INT1 (external interupt 1 input)
OC1B (Timer/Counter1 output compare B match output)
14
15
PD5
OC1A (Timer/Counter1 output compare A match output)
PD6
ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
PD7
OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)
Sumber: ATMEL, 2009
2.3.3.5. RESET
RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low
selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.
2.3.3.6. XTAL1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal
clock operating circuit.
2.3.3.7. XTAL2
XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.
2.3.3.8. AVcc
Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara
eksternal terhubung ke Vcc melalui low pass filter.
2.3.3.9. AREF
AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi
ADC, suatu level tegangan antara AGND dan AVcc harus diberikan ke kaki ini.
2.3.3.10. AGND
AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali
jika board memiliki analog ground yang terpisah.
2.4.
Modul GSM Wavecom Fastrack M1306b
Modul berasal dari singkatan Modulator Demodulator. Modulator merupakan
bagian yang mengubah sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa (carrier) dan
15
16
siap untuk dikirimkan, sedangkan demodulator adalah bagian yang memisahkan
sinyal informasi (yang berisi data atau pesan) dari sinyal pembawa yang diterima
sehingga informasi tersebut dapat diterima dengan baik. Modul GSM merupakan
penggabungan kedua-duanya, artinya modem adalah alat komunikasi dua arah.
Modul GSM sering juga disebut modem GSM. Berdasarkan pemasangan
pada perangkat komputer modem terdiri dari dua jenis, yaitu modem internal dan
modem eksternal. Modem internal dipasangkan pada bagian dalam CPU misalnya
pada slot PCI (pada motherboard tertentu sudah dilengkapi modem dari
pabriknya). Sedangkan Modem eksternal dipasang pada bagian luar CPU,
umumnya dipasangkan pada serial port atau USB pada CPU.
Modul GSM dirancang sebagai bagian dari penerimaan data dan menerima
data dari dan ke mikrokontroler. Modul GSM atau yang sering disebut Modem
GSM ini digunakan karena dapat diakses menggunakan komunikasi data serial
dengan baudrate yang dapat disesuaikan mulai dari 9600 sampai dengan 115200.
Selain itu, modem GSM ini menggunakan daya DC 12V dan tidak memerlukan
tombol ON untuk mengaktifkannya, sehingga sangat cocok digunakan pada
sistem yang berjalan terus menerus. Sebelum modem GSM ini dapat melakukan
interaksi dengan mikrokontroler untuk mengirim dan menerima data, maka dalam
program di mikrokontroler modem GSM harus diberikan perintah panggil atau
dengan kata lain inisialisasi modem.
Data yang dikirimkan atau yang diterima oleh modul GSM adalah berupa
AT Command karena modul GSM hanya mengerti dan menerjemahkan perintah
AT Command.
Modem ini adalah salah satu jenis modem yang dirancang untuk dapat
dihubungkan dengan perangkat luar dengan koneksi serial. Modem ini
menggunakan format pengiriman data serial biasa sehingga memudahkan saat
dihubungkan dengan mikrokontroler. Adapun spesifikasi modem Wavecom
Fastrak M1306b adalah sebagai berikut:
a.
Dual band GSM/GPRS 900/1800 MHz.
b.
GSM/GPRS (cl.10) data, SMS, voice, dan FAX.
c.
Open AT: menamakan program langsung pada modem.
d.
Keluaran daya maksimum: 2W untuk GSM 900 – 1W untuk GSM 1800.
16
17
e.
Masukan tegangan 5,5 V s/d 32 V.
f.
Antarmuka SIM Card 3V.
g.
Dimensi 73mm x 54,5mm x 25,5mm.
h.
Bobot 80 gram.
i.
Suhu operasi -25oC s/d 70oC.
Berikut beberapa keuntungan menggunakan Modem Wavecom Fastrack
M1306b (gambar 2.8) daripada Modem GSM atau HP:
a.
Wavecom jauh lebih stabil dibanding Modem GSM atau HP.
b.
Wavecom tidak gampang panas dibanding Modem GSM atau HP.
c.
Pengiriman SMS yang lebih cepat dibanding Modem GSM atau HP (1000 s/d
1200 SMS per jam).
d.
Support AT Command, bisa cek sisa pulsa, cek point, cek pemakaian terakhir.
e.
Tidak semua Modem GSM atau HP support AT Command.
f.
Tidak memakai baterai sehingga lebih praktis digunakan.
Modul GSM ini memiliki dua jenis keluaran yaitu ada tipe dengan jenis
keluaran dalam bentuk port serial dan ada juga berupa port USB, dan modem
GSM ini berkomunikasi kepada mikrokontroler melalui komunikasi serial RS232.
(Tambunan, E. 2014)
Gambar 2.5. Modul GSM Wavecom Fastrack M1306b
2.5.
MAX/HIN/RS232
Modul ini dapat difungsikan sebagai jalur komunikasi antara komputer atau
mikrokontroler berantarmuka UART RS232/TTL dengan modul atau jaringan
berantarmuka UART RS485 half-duplex. RS232-RS485 Converter merupakan
suatu pengubah level tegangan dua arah antara RS232/TTL dan RS485. Modul ini
17
18
dapat difungsikan sebagai jalur komunikasi antara komputer atau mikrokontroler
berantarmuka UART RS232 dengan modul atau jaringan berantarmuka UART
RS485. Menurut Handinata, O (2013) spesifikasi dari MAX/HIN/RS232 sebagai
berikut:
a.
Mengubah level tegangan RS232 atau TTL menjadi RS485 begitu juga
sebaliknya.
b.
Mengakomodasi baud rate 300 bps hingga 115200 bps.
c.
Dapat dikonfigurasi sebagai DCE (Data Communication Equipment) atau
DTE (Data Terminal Equipment).
d.
Arah data pada jalur RS485 dapat dikendalikan secara manual (sisi
RS232/TTL menggunakan 2 jalur data dan 1 jalur kontrol) ataupun otomatis
(sisi RS232/TTL hanya menggunakan 2 jalur data).
e.
Tersedia pengaturan bias+, terminator dan bias- untuk jalur RS485.
f.
Membutuhkan tegangan + 9VDC sebagai catu daya.
2.6.
Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid cristal display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang
berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Jenis
LCD yang dipakai pada alat ini adalah LCD M1632. LCD terdiri dari dua bagian,
yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam
bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16
huruf/angka. Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak
digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang umum, ada yang panjangnya
hingga 40 karakter (2x40 dan 4x40), dimana kita menggunakan DRAM untuk
mengatur tempat penyimpanan tersebut. (Gamayel.R, 2007).
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan
mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur
tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana,
sistem lain cukup mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang
ditampilkan. Berikut spesifikasi dari LCD M1632 menurut Andi, N. Paulus
(2004):
18
19
a.
Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
b.
ROM pembangkit karakter 192 jenis.
c.
RAM pembangkit karakter 8 jenis (diprogram pemakai).
d.
RAM data tampilan 80 x 8 bit (8 karakter).
e.
Duty ratio 1/16.
f.
RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit
mikroprosesor.
g.
Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display
clear), posisi kursor awal (crusor home), tampilan karakter kedip (display
character blink), penggeseran kursor (crusor shift) dan penggeseran tampilan
(display shift).
h.
Rangkaian pembangkit detak.
i.
Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
j.
Catu daya tunggal +5 volt.
2.7.
Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah
kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Terdapat sebuah
amatur besi yang akan tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati
kumparan. Armatur ini terpasang pada sebuah tuas berpegas. Ketika armatur
tertarik menuju ini, kontak jalur nersama akan berubah posisinya dari kontak jalur
bersama akan berubah posisinya dari kontak normal-tertutup (normally close) ke
kontak normal-terbuka (normally open).
Sebuah relay yang tipikal dari jenis ini dapat diaktifkan dalam waktu
sekitar 10 ms. Sebagian besar relay modern ditempatkan didalam sebuah kemasan
yang sepenuhnya tertutup rapat, seperti yang diperlihatkan gambar dibawah ini.
Kebanyakan diantaranya memiliki kontak-kontak jenis SPDT, namun terdapat
juga beberapa versi DDPT. Relay-relay yang berukuran lebih besar dapat
menyambungkan arus hingga 10 A pada tegangan 250 VAC. Tegangan
maksimum untuk pensaklaran DC selalu jauh lebih rendah, seringkali bahkan
hanya setengah, dari tegangan maksimum untuk AC. (Bishop, O. 2004)
19
20
2.8.
Perangkat Tanda Peringatan Suara (Buzzer)
Sebuah buzzer menghasilkan suara berfrekuensi rendah, yang cocok untuk
digunakan sebagai perangkat pemberi peringatan (alert). Sebuah sirine piezoelektric berukuran kecil menghasilkan satu nada yang berfrekuensi sangat tinggi.
Sirine yang diperlihatkan paa foto dibawah ini beroperasi dengan tegangan 3-16 V
dan hanya membutuhkan arus sebesar 5-7 mA.
Suara yang dihasilkannya besifat kontinu namun dapat dimodifikasi untuk
menghasilkan bunyi dengan periode-periode pendek (burst), agar lebih menarik
perhatian. Buzzer ini dapat digerakkan dengan sebuah rangkaian astabil yang
bekerja pada frekuensi 1 kHz.
Buzzer ini juga dapat digunakan sebagai pemberi tanda peringatan atau
sebagai alarm. Intensitas suara yang dihasilkannya berkisar antara 100 dB hingga
110 dB. Untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang maksimum, buzzer harus
dipasang secara kokoh didalam sebuah badan pembungkus atau pada sebuah
papan rangkaian. (Bishop, O. 2004)
2.9.
Solenoid Valve
Solenoid Valve adalah peralatan yang digunakan untuk mengkonversi sinyal
elektrik atau arus listrik menjadi gerak mekanik. Solenoid Valve dibuat dari
kumparan dan inti besi yang dapat digerakkan dan berfungsi sebagai actuator
untuk membuka tutup selang gas otomatis. Solenoid Valve adalah perangkat
elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanis linier yang
digunakan untuk memindahkan beban eksternal jarak yang ditentukan.
Prinsip kerja Solenoid Valve ketika aliran arus melalui kumparan
menciptakan medan magnet yang menghasilkan daya tarik antara pluger bergerak
dan berhenti tetap. Ketika arus listrik dialirkan pluger solenoid dan beban
eksternal yang mempercepat dan bergerak menuju solenoid itu berhenti sampai
terjadi suatu dampak. Pluger naik dalam inti dari perakitan koil. Penghapus daya
dari solenoid mengeliminasi aliran arus melalui kumparan. Pluger, dengan beban
eksternal, kembali ke posisi semula, dibantu gravitasi atau beban itu sendiri.
(Tambunan, E. 2014)
20
21
2.10.
AT-Command
AT-Command merupakan perintah standar yang dapat diterima oleh modem.
Perintah AT (Hayes AT-Command) digunakan untuk berkomunikasi dengan
terminal (modem) melalui gerbang serial pada komputer. AT-Command ini
dipakai untuk memerintahkan telepon selular mengirim dan menerima pesan
SMS. Selain itu, AT-Command juga dapat dipakai untuk mengetahui atau
membaca kondisi dari terminal seperti mengetahui kondisi sinyal, kondisi baterai,
nama operator, lokasi, menambah item pada daftar telepon, mengetahui model
telepon selular yang dipakaim nomor IMEI (Internasional Mobile Station
Equipment Identity) dan informasi-informasi lainnnya yang berhubungan dengan
telepon selular tersebut. Perintah-perintah AT-Command dikirimkan ke telepon
selular dalam bentuk string (teks). Komunikasi dataa antara telepon selular
dengan
peripheral
lain
seperti
mikrokontroler
dilakukan
secara
serial
menggunakan perintah-perintah AT melalui komunikasi serial RS-232. Tabel 2.5
berikut menerangkan beberapa jenis perintah AT-Command.
Perintah
AT+CPBF
AT+CPBR
AT+CPBW
AT+CMGF
AT+CMGF=0
AT+CMGF=1
AT+CMGS
AT+CMGR
AT+CMGR=1
AT+CMG
AT+CMGD
AT+CMNS
AT+COPS?
AT+CSCA
AT+CGMI
AT+CGMM
AT+CBC
Tabel 2.5. Jenis peintah AT-Command
Fungsi
Mencari nomor telepon yang tersimpan
Membaca buku telepon
Menulis nomor telepon di buku telepon
Menyeting mode sms teks atau PDU
Menyeting mode PDU
Menyeting mode SMS teks
Mengirim sebuah perintah SMS
Membaca sebuah pesan
Membaca sebuah pesan dialamat 1
Melihat semua daftar SMS yang ada
Menghapus sebuah SMS
Menyeting lokasi penyimpanan SMS
Mengetahui nama provider kartu GSM
Mengetahui alamat SMS Center
Mengetahui nama dan jenis ponsel
Mengetahui jenis ponsel
Mengetahui level baterai
Perintah AT-Command ini yang nantinya yang akan diterjemahkan oleh
modul GSM kemudian diteruskan ke mikrokontroler melalui RS-232 ataupun
diterjemahkkan oleh modul GSM sebagai perintah mengirim ke nomor telepon
tujuan tertentu. (Tambunan, E. 2014)
21