Sistem Peringatan Dini Kandungan Gas Berbahaya Pada Lokasi Gunung Aktif

Sistem Peringatan Dini Kandungan Gas Berbahaya

Pada Lokasi Gunung Aktif

Bahruddin Adi Santiko¹, Eni Susilowati², Moch. Fadhli Hidayat³, Samuel BETA K.⁴

Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektronika Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275

E-mail : ¹ bahruddinadisantiko@gmail.com , ²enisusilowati0698@gmail.com, ³mochfadhlihidayat@gmail.com,³sambetak2@gmail.com

Intisari - Untuk mengetahui adanya kandungan gas berbahaya yang tidak diketahui pengunjung wisata sekitar gunung aktif seperti CO,CO2,dan Sulfur, maka diperlukan suatu alat yang dapat mendeteksi adanya gas berbahaya tersebut, dan mengukur akan kadar gas yang berbahaya hingga memberikan suatu informasi kepada para pengunjung akan adanya suatu gas berbahaya tersebut. Jumlah kadar gas berbahaya yang berada di sekitar gunung aktif dapat kita lihat menggunakan sebuah Android. Maka dalam proyek ini dibuatlah aplikasi ARM menggunakan masukan Sensor MQ-135, Sensor MQ-7, Sensor MQ-9, modul Blouetooth HC-05, serta luaran Speaker, Lampu Pilot, Dotmatrix, Relay, DFPlayer,  Amplifier PAM8403, aplikasi pendeteksi kadar gas berbahaya dengan tingkatan kondisi kawasan. Sensor MQ-135digunakan untuk mendeteksi adanya gas Sulfur, Sensor MQ7 digunakan untuk mendeteksi adanya gas CO, Sensor MQ-9 digunakan untuk mendeteksi adanya gas CO2, sedangkan Bluetooth utuk mengirimkan data hasil pengukurannya. Serta Speaker, Dotmatrix, dan Lampu Pilot digunakan utuk memberikan peringatan akan kondisi kawasan berdasarkan tingkat kadar gas berbahaya yang telah diperoleh. Relay untuk menggerakan kontak NO atau NC pada lampu pilot, DFPlayer digunakan untuk mentransmisikanfile audio dari SD Card ke mikrokontroller ARM. Kemudian Amplifier PAM8403 digunakan sebagai penguat suara pada speaker. Sedangkan ARM sebagai kontroler dan pemroses sinyal.

Kata Kunci : ARM, Sensor MQ-135, Sensor MQ-7, Sensor MQ-9, modul Blouetooth HC-05, serta luaran Speaker, Lampu Pilot, Dotmatrix, Relay, DFPlayer,  Amplifier PAM8403, Android.

Abstract - To find out the presence of harmful gas content that is not known to tourist visitors around active mountains such as CO, CO2, and Sulfur, we need a device that can detect the presence of these dangerous gases, and measure harmful gas levels to provide information to visitors there will be a dangerous gas. We can see the amount of harmful gas around the active mountain using an Android. So in this project ARM application is made using input MQ-135 Sensor, MQ-7 Sensor, MQ-9 Sensor, HC-05 Blouetooth module, and Speaker output, Pilot Light, Dotmatrix, Relay, DFPlayer, PAM8403 Amplifier, gas level detection application dangerous at the level of the region. The MQ-135 sensor is used to detect the presence of sulfur gas, the MQ7 sensor is used to detect the presence of CO gas, the MQ-9 sensor is used to detect the presence of CO2 gas, while Bluetooth is used to send the measurement data. As well as Speakers, Dotmatrix, and Pilot Lights are used to alert you to the condition of the area based on the level of harmful gas that has been obtained. Relay to move NO or NC contacts on a remote lamp, DFPlayer is used to transmit audio files from SD Card to the ARM microcontroller. Then the PAM8403 Amplifier is used as a sound amplifier on the speaker. While the ARM as a controller and signal processor.

Keywords: ARM, MQ-135 Sensor, MQ-7 Sensor, MQ-9 Sensor, HC-05 Blouetooth module, and Speaker output, Pilot Light, Dotmatrix, Relay, DFPlayer, PAM8403 Amplifier, Android.

I.                   PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Perkembangan teknologi yang begitu cepat, membuat begitu banyak alat-alat yang canggih yang dapat bermanfaat bagi khalayak umum. Salah satunya yaitu dengan dibutuhkannnya suatu sistem peringatan dini akan kandungan gas berbahaya pada lokasi gunung aktif. Yang merupakan suatu alat dan sistem yang dapat memberikan informasi dan peringatan dini akan adanya suatu gas yang berbahaya yang dapat di aplikasikan di suatu gunung aktif yang memilki berbagai gas yang berbahaya.

B.     TUJUAN

Adapun tujuan dari pembuatan alat ini adalah:

1.      Untuk memberikan suatu informasi kepada khalayak umum jika di lokasi tersebut terdapat gas yang berbahaya.

2.  Suatu langka awal akan adanya pencegahan suatu bahaya yang dapat membahayakan bagi khalayak umum yang berada di sekitar gas

C.    PERUMUSAN MASALAH

Adapun rumusan masalah pada alat ini adalah:

1.      Bagaimana cara memberikan informasi kepada khalayak umum jika terdapat gas berbahaya di sekitar lokasi pegunungan?

2.      Bagaimana cara untuk menghadapi berbagai gas berbahaya?

II.                TINJAUAN PUSTAKA

A.    Mikrokontroler ARM NUC 120

Mikrokontroler ARM NUC 120 merupakan modul pengembangan mikrokontroler yang berbasis CPU ARM Cortex-M0 dari Nuvoton. Modul ini dapat bekerja dengan kecepatan CPU sampai dengan 48 MHz. Modul ini juga telah dilengkapi dengan bootloader internal, sehingga tidak diperlukan lagi device program eksternal. Pemrograman melalui bootloader bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi USB.

Gambar 2.1 ARM NUC 120

Spesifikasi :

·  Berbasis mikrokontroler NUC120 (64 KB APROM, 8 KB SRAM, 4 KB Data Flash, CPU ARM Cortex-M0).

·  Terintegrasi dengan cystal eksternal 12 MHz.

·  Terintegrasi dengan osilator 32,768 KHz sebagai sumber clock RTC.

·  Memiliki 1x Port USB.

·  Memiliki 1 port RS-485.

·  Memiliki 3 kanal UART dengan level tegangan TTL 3,3VDC / 5VDC

·  Tersedia port USB yang berfungsi untuk antarmuka serial sekaligus menuliskan program mikrokontroler

·  Memiliki port Serial Wire Debug untuk proses debuging dan programming.

·  Memiliki 45 jalur GPIO.

·  Terintegrasi dengan sensor suhu internal.

·  Memiliki port input 8 kanal ADC 12-bit.

·  Bekerja pada level tengan 3,3VDC / 5VDC dengan arus maksimum 800mA.

·  Input catu daya untuk board : 6,5VDC - 12VDC / 3,3VDC - 5VDC.

B.     DFPlayer

DFPlayer merupakan modul audio sederhana yang berfungsi untuk mentransmisikanfile audio dari SD Card ke mikrokontroller ARM. Dfplayer ini juga bisa berdiri sendiri hanya dengan dipasang baterai , sepiker dan tombol. Modul ini juga bisa dikombinasikan dengan ARM atau mikrikontroller  lainnya dengan kemampuan Receiver (RX) / Transmitter (Tx).

Gambar 2.2 Bentuk fisik DFPlayer

Spesifikasi :

- Working Voltage: 3.2 - 5 V

- Output: DAC 24-bit

- SNR: 85dB

- Compatibility File Systems: FAT16 and FAT 32

- Storage Capacity Maximum: Micro SD 32 GB and NORFLASH 64 MB

- Mode Control: Control mode I / O, serial mode, button control mode AD

- type formats Audio: MP3, WAV, WMA

- Total Audio Files: 255 audio files (maximum)

- Equalizer: 6 levels

- Volume: 30 levels

C.    Bluetooth HC-05

Bluetooth HC-05 Adalah sebuah modul Bluetooth SPP (Serial Port Protocol) yang mudah digunakan untuk komunikasi serial wireless (nirkabel) yang mengkonversi port serial ke Bluetooth. HC-05 menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR (Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio berfrekuensi 2,4 GHz.

Gambar 2.3 Bluetooth HC-05

Spesifikasi :

a.       Hardware :

-  Sensitivitas -80dBm (Typical)

- Daya transmit RF sampai dengan +4dBm.

- Operasi daya rendah 1,8V – 3,6V I/O.

- Kontrol PIO.

- Antarmuka UART dengan baudrate yang dapat deprogram.

- Dengan antena terintegrasi.

b.       Software :

- Default baudrate 9600, Data bit : 8, Stop bit = 1, Parity : No Parity, Mendukung baudrate : 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400 dan 460800.

- Auto koneksi pada saat device dinyalakan (default).

- Auto reconnect pada menit ke 30 ketika hubungan putus karena range koneksi.

D.    Speaker

Speaker adalah mengubah gelombang listrik menjadi getaran suara. Proses pengubahan gelombang listrik / elektromagnet menjadi gelombang suara terjadi karena adanya aliran listrik arus AC audio dari penguat audio kedalam kumparan yang menghasilkan gaya magnet sehingga akan menggerakkan membran, Kuat lemahnya arus listrik yang diterima, akan mempengaruhi getaran pada membran, bergetarnya membran ini menghasilkan gelombang bunyi yang dapat kita dengar.

Gambar 2.4 Speaker

E.     Amplifier PAM8403

Amplifier PAM8403 adalah chip digital amplifier stereo (dua output suara Left dan Right) yang mempunyai ukuran sangat kecil, menghasilkan suara high-fidelity (HiFi) dengan output 3W+3W pada dua speaker alias stereo. Merupakan sebuah penguat kelas D. Juga dilengkapi dengan potensiometer untuk mengatur volumenya.

Gambar 2.5 Amplifier PAM8403

Spesifikasi:
Tegangan kerja: 2.5 – 5V DC / USB Power (Toleransi maksimal 6V)
Output : 3W x 2 channel/speaker

F.     Dot Matriks

Dot Matriks adalah modul display yang menggunakan kumpulan-kumpulan LED yang di rangkai menjadi kesauan dengan 8 baris dan 8 kolom. Modul ini dikontrol menggunakan IC max7219 sebagai komponen dricer utamanya. Cara pengoperasian modul ini yaitu dengan cara multiplexing atau multiplexed display. Tegangan operasi mornmal yaitu pada tegangan 5V, sehingga dapat langsung dihubungkan ke mikrokontroller tanpa perlu ada tambahan komponen. Tipe dari dot matriks ada 2 jenis yaitu common cathoda dan common anoda, ini sama halnya dengan 7 segment.

Gambar 2.6 Dot Matriks

G.    Lampu Pilot

Pilot Lamp / Lampu Indikator untuk penanda di Panel Listrik
Dengan tegangan kerja : 110V-220VAC (tersedia juga untuk tegangan 12-48VAC/DC)

Lampu Merah : digunakan untuk saat kondisi bahaya

Lampu jingga : digunakan untuk saat kondisi waspada

Lampu hijau : digunakan untuk saat kondisi aman

Gambar 2.7 Lampu Pilot

H.    Sensor mq 135

Sensor MQ-135 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-to-digital converter) di mikrokontroler / pin analog input Arduino dengan menambahkan satu buah resistor saja (berfungsi sebagai pembagi tegangan / voltage divider).

Gambar 2.8 Sensor MQ-135

Spesifikasi

·         Sumber catu daya menggunakan tegangan 5 Volt. 2.

·         Menggunakan ADC dengan resolusi 10 bit. 3.

·         Tersedia 1 jalur output kendali ON/OFF. 4.

·         Pin Input/Output kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS. 5.

·         Dilengkapi dengan antarmuka UART TTL dan I2C. 6.

·         Signal instruksi indikator output; 7.

·         Output Ganda sinyal (output analog, dan output tingkat TTL); 8.

·         TTL output sinyal yang valid rendah; (output sinyal cahaya rendah, yang dapat diakses mikrokontroler IO port) 9.

·         Analog Output dengan meningkatnya konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi, semakin tinggi tegangan; 10.

·         Memiliki umur panjang dan stabilitas handal; 11.

·         karakteristik pemulihan respon cepat.

I.       Sensor mq 7

Sensor mq 7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil. Fitur dari sensor gas MQ7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang. Sensor ini menggunakan catu daya heater : 5V AC/DC dan menggunakan catu daya rangkaian : 5VDC, jarak pengukuran : 20 - 2000ppm untuk ampu mengukur gas karbon monoksida.

Gambar 2.9 Sensor MQ-7

Spesifikasi

·         Tegangan kerja : 5 VDC.

·         Target gas : karbon monoksida (CO).

·         Range deteksi : 20 - 2000 ppm.

·         Antarmuka :

o    UART TTL : 38400 bps, 8-bit data, 1-bit stop, no parity, no flow control.

o    I2C : dapat di-cascade hingga 8 buah modul dalam satu jalur komunikasi.

·         Menggunakan ADC 10-bit untuk konversi data analog dari sensor.

·         Memiliki output berupa data digital dengan nilai 0 - 1023 (hasil konversi ADC).

·         Terdapat 1 buah variable resistor untuk pengaturan nilai threshold secara manual.

·         Disediakan beberapa jumper untuk konfigurasi pull-up I2C, resistor beban, serta variable resistor threshold.

·         Memiliki fitur kendali on/off dengan 2 mode kerja pilihan yaitu hysterisis dan window.

·         Pin I/O yang kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.

·         Memiliki 2 buah LED sebagai indikator.

·         Dilengkapi dengan rangkaian EMI filter untuk mengurangi gangguan elektromagnetik.

J.      Sensor mq 9

     Sensor gas MQ-9 adalah suatu sensor yang digunakan untuk mengukur kualitas udara atau polusi udara menggunakan rangkaian mikrokontroler. Sensor MQ-9 ini sangat sensitif terhadap gas-gas polutan dan gas buang kendaraan bermotor. Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-9 adalah gas seperti Karbon Monoksida CO, CH4, LPG dan gas-gas berbahaya lainnya.

Gambar 2.10 Sensor MQ-9

Spesifikasi

·      Sensitivitas tinggi dengan area deteksi luas

·      Long life

·      Detection gas : CO, CH4, LPG

·      Concentration : 10 - 10000 ppm 

·      Circuit Voltage (Vc) : 5V

·      Heating Voltage (Vh) High  : 5V

·      Heating Voltage (Vh) Low  : 1.4V

·      Heating Time Th (High) : 60s

·      Heating Time Th (Low) : 90s

·      Load Resistence (RL): Adjustable

·      Heater resistance (Rh) : 33 ohm

·      Heater Consumption : <340mW

·      Sensing resistance : 2K ohm - 20K ohm (pada 100ppm CO)

·      Slope : >=5

·      Preheat time : >48 jam

K.    Relay

Relay pada dasarnya adalah sakelar yang membuka dan menutupnya ( open dan closenya) dengan tenaga listrik melalui coil relay yang terdapat di dalamnya. Pada awalnya sebuah relay di anggap memiliki coil/lilitan tembaga/cooper yang melilit pada sebatang logam, pada saat coil di beri masukan arus/ tegangan listrik/elektrik maka coil akan membuat medan elektromagnetik yang mempengaruhi batang logam di dalam lingkarannya tersebut untuk menjadikannya sebuah magnet. 

Gambar 2.11 Relay  

L.     Android

Android adalah sistem operasi berbasis linux yang dirancang untuk perangkat bergerak layar sentuh seperti telepon pintar dan komputer tablet. App inventor merupakan aplikasi web yang memungkinkan pengguna untuk memprogram komputer untuk menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem operasi android

Gambar 2.12 Android  

III.             PERANCANGAN ALAT

A.    PERANGKATAN KERAS DAN RANGKAIAN ELEKTRONIK

Adapun perangkat keras yang digunakan pada pembuatan alat ini adalah:

1.      ARM NUC 120

2.      DFPlayer

3.      Bluetooth HC-05

4.      Speaker

5.      Amplifier PAM8403

6.      Dot Matriks

7.      Lampu Pilot

8.      Sensor mq 135

9.      Sensor mq 7

10.  Sensor mq 9

11.  Relay

12.  Android

B.     BLOK DIAGRAM DAN DIAGRAM ALIR

Blok Diagram

Gambar 3.1 Blok Diagram

Diagram Alir

Gambar 3.2 Diagram Alir

C.    GAMBAR RANGKAIAN DAN DIAGRAM PENGAWATAN

Gambar 3.3 Gambar Rangkaian

Gambar 3.4 Diagram Pengawatan Keseluruhan

Gambar 3.5 Diagram Pengawatan Dalam

Gambar 3.6 Diagram Pengawatan Luar

D.    CARA KERJA ALAT

Ketika terdapat gas beracun seperti CO, CO2, dan Sulfur di sekitar sensor, maka sensor akan mendeteksi bahwa terdapat gas beracun di kawasan gunung berapi. Kemudian speaker dan lampu akan nyala serta dot matriks akan menampilkan teks sesuai dengan  kepekatan gas dan hasil pengukuran akan ditampilkan di aplikasi android.

IV.             HASIL DAN PENGUJIAN ALAT

Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui apakah modul lampu lalu lintas ini dapat bekerja atau  tidak. Pada perancangan alat “Sistem Peringatan Dini Kandungan Gas Berbahaya  Pada Lokasi Gunung Aktif“

1.    Mengupload program ke alat yang dibuat, apakah sudah sesuai dengan yang diinginkan atau belum.

2.    Menguji alat sesuai cara kerja

V.                KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan, pengambilan data, dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada proyek ini, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:

1.      Alat ini berfungsi sebagai pencegah terjadinya keracunan gas pada pengunjung di Kawasan gunung berapi.

2.      Sistem informasi ini sangat berguna untuk pengunjung maupun petugas dalam pemberitahuan dan antisipasi jika terdapat gas beracun.

REFFERENSI

[1] A. Kasim and N. Paramyta IS, “Penggilingan Ikan Mikrokontroler DT-ARM NUC 120.”

[2] A. S. Mannaf, F. A. Setyaningsih, and I. Ruslianto, “Purwarupa Sistem Deteksi dan Pengurangan Kadar CO,CO2 dan NO2 Berbasis Mikrokontroler,” vol. 04, no. 3, pp. 2–9, 2016.

[3] I. U. V Simanjuntak and A. Suhendar, “Rancang Bangun Running Text P10 16x32 Berbasis Arduino Uno Dengan Komunikasi Sms ( SHORT MESSAGE SERVICE ),” vol. IV, no. 2, pp. 116–124, 2018.

[4] H. Y. Fauziah, A. I. Sukowati, and I. Purwanto, “Rancang Bangun Sistem Absensi Mahasiswa Sekolah Tinggi Teknik Cendekia ( STTC ) Berbasis Radio Frequency Identification ( RFID ),” no. November, pp. 1–2, 2017.

[5] H. A. Ya’kut, A. Y. P.W, and H. A. D, “Rancang Bangun Sistem Pengukur Gas Karbon Monoksida (CO) Menggunakan Sensor MQ-7 Berbasis Mikrokontroler Atmega 16A,” pp. 1–5.

[6] D. Akhwandi and A. Yudhana, “Sistem Penyegaran Ruangan dari Asap Rokok dan Gas LPG Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535,” vol. 3, no. 1, pp. 27–35, 2017.

LAMPIRAN

1. PPT, klik disini

2. Jurnal, klik disini

3. Program Pdf, klik disini

4. Program, klik disini

5. Pengawatan Keseluruhan, klik disini

6. Pengawatan Dalam, klik disini

7. Pengawatan Luar, klik disini

8. Diagram Alir, klik disini

9. Diagram Blok, klik disini

10. Diagram Rangkaian, klik disini
11. Aplikasi Android, klik disini
12. Library program, klik disini

BIODATA

Nama penulis Bahruddin Adi Santiko. Penulis dilahirkan di kabupaten Blora tanggal 28 April 1998. Penulis telah menempuh pendidikan formal di Tk Tunas Rimba 2 Cabak, SDN 2 Jiken, SMP N 1 Blora, dan SMA N 1 Blora. Tahun 2016 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2016 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.16.2.05. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email: bahruddinadisantiko@gmail.com

Nama penulis Eni Susilowati. Penulis dilahirkan di kabupaten Sragen tanggal 24 Juni 1998. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Sambirejo 2, SD N Sambirejo 03, SMP N 01 Plupuh, dan SMA N 01 Gemolong. Tahun 2016 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2016 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.16.2.06. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email: enisusilowati0698@gmail.com

Nama penulis Moch. Fadhli Hidayat. Penulis dilahirkan di Tasikmalaya tanggal 08 Desember 1996. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK N Manonjaya, SD N 01 Manonjaya, SMP N 01 Manonjaya, dan SMK N Manonjaya. Tahun 2015 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2016 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.16.2.16. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email: mochfadhlihidayat@gmail.com