LA PROJECT MODUL 4

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan
2. Tujuan
3. Alat dan Bahan
4. Dasar Teori
5. Percobaan
a. Prosedur
b. hardware
c. Rangkaian Simulasi & Prinsip Kerja
d. Flowchart
e. Video Demo
f. Download File

LAPORAN AKHIR DEMO PROJECT

Sistem Monitoring dan Deteksi Kebocoran LPG pada Dapur Hunian Sementara

1. Pendahuluan [Kembali]

`Gas LPG merupakan sumber energi utama bagi masyarakat Indonesia, khususnya untuk kebutuhan dapur rumah tangga, termasuk di hunian sementara. Penggunaan LPG sangat luas karena harganya yang terjangkau dan mudah didapat di berbagai tempat. Hunian sementara seperti rumah susun, shelter bencana, atau kampung padat biasanya memiliki dapur dengan ventilasi yang buruk dan jarak antar unit yang sangat dekat. Kondisi ini membuat penggunaan LPG di hunian sementara perlu diatur dengan standar keamanan yang lebih ketat dibandingkan rumah biasa.

Di hunian sementara, dapur umumnya berukuran sangat kecil dengan ventilasi yang buruk, sehingga risiko akumulasi gas LPG meningkat signifikan. Dapur hunian sementara biasanya berukuran kurang dari 10 m² dan banyak yang tidak memenuhi standar keamanan gas, seperti jarak antara kompor dan dinding yang kurang dari 30 cm. Pengguna juga sering tidak paham terhadap tanda-tanda kebocoran gas, misalnya bau menyengat dari selang yang rusak. Hal ini membuat kebocoran LPG lebih mudah terjadi tanpa segera diketahui.Kebocoran berukuran kecil dengan konsentrasi kurang dari 500 ppm sudah berbahaya tetapi tidak bisa dideteksi oleh manusia. Akibatnya, kebakaran atau ledakan sering terjadi tanpa ada peringatan sebelumnya.

Di balik kemudahannya, LPG menyimpan potensi bahaya yang sangat besar apabila terjadi kebocoran. LPG tersusun dari campuran propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀) yang bersifat mudah terbakar, dengan batas bawah ledakan (Lower Explosive Limit/LEL) sebesar 1,8% volume di udara. Data Badan Nasional Penanggulangan Bencana (BNPB) mencatat ratusan kasus kebakaran setiap tahunnya yang dipicu oleh kebocoran gas LPG, sebagian besar akibat kerusakan selang, regulator yang tidak terpasang dengan benar, atau tabung yang sudah melewati masa layak pakai. Kondisi ini menegaskan bahwa kebocoran LPG bukan sekadar ancaman hipotetis, melainkan risiko nyata yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Permasalahan ini menjadi jauh lebih kompleks ketika dihadapkan pada kondisi hunian sementara (huntara) pasca bencana. Indonesia, sebagai negara yang berada di kawasan Ring of Fire dan dikelilingi oleh ancaman bencana alam seperti gempa bumi, banjir, dan erupsi gunung berapi, setiap tahun menghasilkan ribuan pengungsi yang harus tinggal di hunian sementara dalam jangka waktu yang tidak menentu. Hunian sementara pada umumnya dibangun dari material ringan seperti kayu, triplek, atau terpal, dengan ukuran yang sangat terbatas dan sirkulasi udara yang buruk. Kondisi ini menciptakan lingkungan yang jauh lebih berisiko dibandingkan rumah permanen, karena gas LPG yang bocor akan lebih cepat terakumulasi di ruang tertutup dan mencapai konsentrasi berbahaya dalam waktu yang sangat singkat.

Di tengah tingginya risiko kebocoran gas di lingkungan huntara, sistem deteksi dan peringatan dini hampir tidak pernah tersedia. Penghuni selama ini hanya mengandalkan penciuman untuk mendeteksi kebocoran, padahal gas LPG yang telah diberi zat tambahan berbau (etil merkaptan) baru dapat tercium oleh manusia pada konsentrasi yang sudah cukup tinggi dan dalam kondisi konsentrasi yang sudah cukup tinggi dan tidak jarang penghuni tidak menyadari kebocoran hingga terjadi akumulasi yang berbahaya. Tidak adanya sistem deteksi otomatis menyebabkan respons evakuasi menjadi terlambat, dan dalam banyak kasus, percikan api sekecil apapun dari sakelar listrik atau korek api sudah cukup untuk memicu kebakaran atau ledakan yang mematikan.

Berdasarkan permasalahan tersebut, dirancang sebuah Prototype Sistem Monitoring dan Deteksi Kebocoran LPG pada Dapur Hunian Sementara. Sistem ini memanfaatkan mikrokontroler STM32 Blue Pill sebagai pusat kendali yang terintegrasi dengan beberapa sensor, yaitu sensor gas MQ-6 untuk mendeteksi adanya gas yang bocor ke udara, flame sensor untuk mendeteksi adanya aktivitas api, serta pressure sensor tipe XGZP647A untuk mendeteksi tekanan pada gas LPG. Data yang diperoleh dari sensor kemudian diolah oleh STM32 Blue Pill dan ditampilkan melalui layar OLED sebagai media informasi yang mudah dipahami oleh pengguna.

Selain memberikan informasi kondisi lingkungan secara real-time, sistem ini juga dilengkapi dengan beberapa perangkat keluaran sebagai indikator dan aktuator otomatis. LED merah, kuning, dan biru yang mana LED merah untuk peringatan ketika MQ-6 mendeteksi kebocoran gas, LED kuning untuk peringatan ketika flame sensor mendeteksi ada aktivitas api,LED biru untuk peringatan ketika Pressure Sensor mendeteksi adanya perubahan tekanan pada LPG, kemudian ada buzzer yang berfungsi sebagai alarm peringatan ketika kondisi LPG berada pada kategori yang tidak aman. Kemudian terdapat Exhaust Fan yang akan aktif secara otomatis ketika MQ-6 mendeteksi adanya kebocoran gas, dimana fan akan membuang gas yang menumpuk di dapur ke arah jendela.

Dibanding metode pemantauan lingkungan konvensional yang bergantung pada pengamatan manusia, sistem ini menawarkan kemampuan monitoring dengan akurasi lebih tinggi, keberlanjutan, dan responsivitas terhadap perubahan kondisi lingkungan. Integrasi berbagai sensor memungkinkan sistem memberikan informasi komprehensif mengenai kenyamanan termal di dalam Huntara serta melakukan tindakan otomatis guna menciptakan lingkungan yang lebih nyaman bagi penghuninya.

Melalui pengembangan prototype ini, diharapkan masyarakat Huntara pasca bencana mendapatkan manfaat ganda berupa peningkatan kenyamanan lingkungan tempat tinggal serta edukasi mengenai pentingnya menjaga parameter lingkungan yang sehat, meliputi suhu, kelembapan, kualitas udara, dan pencahayaan. Sistem ini dapat berperan sebagai media pembelajaran sekaligus solusi teknologi sederhana yang mendukung peningkatan kualitas hidup masyarakat pada masa pemulihan pasca bencana.

2. Tujuan [Kembali]

A. Merancang prototype sistem monitoring dan deteksi kebocoran LPG

Mengembangkan prototype sistem yang terintegrasi dengan sensor MQ-6 (deteksi gas), flame sensor (deteksi api), dan pressure sensor XGZP647A (deteksi tekanan LPG) menggunakan mikrokontroler STM32 Blue Pill.

B. Memberikan Informasi dan Peringatan Secara Cepat dan Mudah Dipahami

Menyediakan tampilan informasi kondisi lingkungan melalui layar OLED serta indikator visual dan audio berupa LED dan buzzer untuk memberikan peringatan dini ketika adanya kebocoran gas batas kenyamanan yang telah ditentukan.

C. Mengoptimalkan Pemanfaatan Teknologi Sensor dalam Sistem Monitoring Lingkungan

Mengevaluasi dan mengintegrasikan kinerja sensor MQ-6, flame sensor, dan XGZP647A dalam satu sistem yang terpadu untuk menghasilkan pemantauan kebocoran gas LPG, aktivitas api, dan perubahan tekanan LPG yang akurat, responsif, dan mudah diterapkan sebagai solusi teknologi sederhana di lingkungan Huntara.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

3.1. Alat

3.1.1 Multimeter

Gambar 1. Digital Multimeter

Multimeter adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk mengukur berbagai parameter listrik seperti tegangan (volt), arus (ampere), dan resistansi (ohm). Multimeter dapat berbentuk digital maupun analog. Berikut merupakan fungsi dari multimeter:

a. Mengukur Tegangan (Voltage): Multimeter dapat mengukur tegangan listrik dalam rangkaian, baik tegangan searah (DC) maupun tegangan bolak-balik (AC). Rentang pengukuran tegangan biasanya berkisar dari milivolt (mV) hingga ratusan volt (V).

b. Mengukur Arus (Current): Multimeter dapat mengukur aliran arus listrik dalam rangkaian. Multimeter digital dapat mengukur arus DC dan AC dengan rentang dari mikroampere (µA) hingga ampere (A). Untuk mengukur arus, multimeter harus disambungkan secara seri dengan rangkaian.

c. Mengukur Resistansi (Resistance): Multimeter dapat mengukur hambatan dalam komponen atau rangkaian. Satuan resistansi adalah ohm (Ω), dengan rentang pengukuran dari ohm hingga megaohm (MΩ).

d. Pengukuran Tambahan: Beberapa multimeter dilengkapi dengan fitur tambahan seperti pengukuran kapasitansi (farad), frekuensi (hertz), suhu (derajat Celsius atau Fahrenheit), serta tes dioda dan kontinuitas.

Multimeter terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu analog dan digital. Multimeter analog menggunakan jarum yang bergerak pada skala untuk menunjukkan nilai pengukuran. Kelebihannya termasuk kemampuan menunjukkan perubahan cepat dalam sinyal dan tidak memerlukan baterai untuk mengukur tegangan dan arus. Namun, multimeter analog cenderung kurang akurat dan lebih sulit dibaca dibandingkan dengan multimeter digital.

Sebaliknya, multimeter digital menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk angka pada layar LCD, menawarkan kemudahan baca dan akurasi yang lebih tinggi. Multimeter digital sering dilengkapi dengan fitur tambahan seperti pengukuran kapasitansi, frekuensi, dan suhu. Meskipun biasanya lebih mahal dan membutuhkan baterai untuk semua jenis pengukuran, multimeter digital menyediakan keunggulan dalam kemudahan penggunaan dan keakuratan. Fitur auto-ranging pada multimeter digital juga menambah kepraktisan, dengan secara otomatis memilih rentang pengukuran yang sesuai, sehingga mengurangi risiko kesalahan pengukuran dan kerusakan alat. Berikut ini merupakan cara menggunakan multimeter:

a. Pilih Mode Pengukuran:

Langkah pertama dalam menggunakan multimeter adalah menentukan jenis pengukuran yang ingin dilakukan. Setel sakelar pada multimeter ke mode pengukuran yang diinginkan, apakah itu tegangan (volt), arus (ampere), atau resistansi (ohm). Pemilihan mode yang tepat sangat penting untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan mencegah kerusakan pada multimeter.

b. Hubungkan Probes:

Setelah mode pengukuran dipilih, langkah berikutnya adalah menghubungkan probe. Sambungkan probe merah ke terminal positif pada multimeter dan probe hitam ke terminal negatif. Kemudian, tempatkan ujung probe pada titik-titik yang akan diukur dalam rangkaian. Pastikan sambungan dilakukan dengan benar untuk menghindari kesalahan pengukuran dan untuk melindungi pengguna dari potensi bahaya listrik.

c. Baca Nilai:

Setelah probes terhubung dengan benar, hasil pengukuran akan ditampilkan pada multimeter. Pada multimeter digital (DMM), nilai pengukuran akan muncul dalam bentuk angka pada layar LCD, yang memberikan pembacaan yang jelas dan akurat. Pada multimeter analog, hasil pengukuran akan ditunjukkan oleh jarum yang bergerak pada skala. Penting untuk membaca nilai dengan cermat dan memastikan jarum atau angka berada dalam rentang yang benar sesuai dengan pengaturan mode pengukuran yang telah dipilih.

3.1.2 Solder

Gambar 2. Solder

Solder adalah alat yang digunakan untuk menggabungkan komponen elektronik atau logam dengan cara memanaskan dan melelehkan bahan solder sehingga dapat mengikat komponen yang akan disambung. Solder terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu besi solder, timah solder, dan flux. Besi solder, atau soldering iron, adalah alat yang dipanaskan listrik untuk melelehkan timah solder. Ujung besi solder, yang disebut mata solder, terbuat dari logam tahan panas dan dirancang untuk mentransfer panas secara efisien ke titik penyolderan.

Timah solder adalah paduan logam yang digunakan sebagai bahan pengikat dalam penyolderan. Timah solder tradisional terdiri dari campuran timah dan timbal, namun dengan meningkatnya kesadaran akan isu kesehatan dan lingkungan, kini banyak digunakan timah solder bebas timbal yang lebih aman. Timah solder biasanya memiliki inti yang berisi flux, yaitu zat kimia yang membantu menghilangkan oksida dari permukaan logam yang akan disolder, sehingga meningkatkan ikatan logam yang kuat dan tahan lama.

Proses penyolderan dimulai dengan memanaskan besi solder hingga mencapai suhu yang cukup untuk melelehkan timah solder. Setelah besi solder panas, ujung mata solder ditempatkan pada titik sambungan, lalu timah solder diaplikasikan ke titik tersebut hingga meleleh dan mengalir mengikat komponen yang disambung. Penting untuk memastikan bahwa kedua permukaan yang disambung cukup panas untuk memastikan sambungan yang kuat dan mencegah sambungan yang dingin (cold joint), yang dapat menyebabkan kegagalan sambungan listrik.

3.1.3 Adaptor

Gambar 3. Baterai

Adaptor adalah perangkat elektronik yang berfungsi mengubah tegangan listrik AC (arus bolak-balik) dari sumber listrik utama menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah. Adaptor ini terdiri dari komponen internal seperti transformator untuk menurunkan tegangan, penyearah untuk mengubah AC menjadi DC, dan kapasitor serta regulator untuk menghaluskan dan menstabilkan tegangan keluaran. Saat adaptor dicolokkan ke stop kontak dan dihubungkan ke perangkat, ia menyediakan daya listrik yang sesuai untuk mengoperasikan atau mengisi ulang perangkat tersebut. Adaptor umumnya digunakan untuk berbagai perangkat elektronik yang membutuhkan daya rendah hingga menengah. Meskipun fungsi utamanya sama, adaptor dapat memiliki berbagai ukuran dan bentuk konektor keluaran yang berbeda, disesuaikan dengan kebutuhan perangkat yang akan dihubungkan. Adaptor ini krusial dalam menyediakan daya yang aman dan stabil, melindungi perangkat elektronik dari kerusakan akibat tegangan yang tidak sesuai.

Spesifikasi :

Input : AC100-240V 50/60Hz

Output : DC 9V 2A

3.1.4 PCB (Printed Circuit Board)

Gambar 4. PCB

PCB (Printed Circuit Board) adalah papan sirkuit yang digunakan untuk menghubungkan dan mendukung komponen elektronik secara permanen dalam suatu rangkaian. Berbeda dengan breadboard, PCB dibuat dengan jalur konduktor dari tembaga yang tercetak di atas substrat isolator, biasanya berbahan fiberglass atau resin, sehingga memungkinkan hubungan listrik yang lebih stabil dan presisi. PCB umumnya dibuat menggunakan desain khusus yang disesuaikan dengan fungsi rangkaian, dan dapat memiliki satu lapisan (single layer), dua lapisan (double layer), atau bahkan beberapa lapisan (multilayer) untuk rangkaian yang kompleks. Komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, IC, dan konektor dipasang pada papan ini dan disolder untuk menciptakan hubungan listrik yang kuat dan tahan lama. PCB banyak digunakan dalam perangkat elektronik komersial maupun proyek DIY tingkat lanjut karena memberikan keandalan, ketahanan, serta kemampuan untuk diproduksi massal.

3.1.5 Breadboard

Gambar 4. Breadboard

Breadboard adalah perangkat yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara dan prototipe tanpa perlu menyolder komponen. Alat ini terdiri dari papan dengan lubang-lubang kecil yang terhubung secara elektrik, memungkinkan pengguna untuk memasukkan dan menghubungkan komponen seperti resistor, kapasitor, transistor, dan IC dengan mudah. Breadboard memiliki dua bagian utama: bagian tengah yang digunakan untuk menempatkan komponen, dan bagian samping yang biasanya digunakan untuk distribusi daya. Alat ini sangat berguna dalam tahap pengembangan dan pengujian karena memungkinkan modifikasi dan perbaikan rangkaian dengan cepat dan efisien. Breadboard hadir dalam berbagai ukuran, memungkinkan fleksibilitas dalam pembuatan prototipe untuk berbagai proyek elektronik.

3.1.6 Kabel Jumper

Gambar 5. Kabel Jumper

Kabel jumper adalah kabel kecil yang digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen elektronik pada sebuah papan sirkuit atau breadboard. Kabel ini memiliki konektor di kedua ujungnya, yang dapat berupa male (jantan) atau female (betina). Kabel jumper sangat penting dalam perancangan dan pengujian sirkuit elektronik karena memudahkan pembuatan koneksi sementara tanpa perlu menyolder komponen. Jenis-jenis kabel jumper meliputi:

a. Kabel Jumper Male-to-Male (M-M): Kabel ini memiliki konektor male di kedua ujungnya. Digunakan untuk menghubungkan dua titik pada breadboard atau menghubungkan titik pada breadboard dengan pin header pada mikrokontroler atau modul.

b. Kabel Jumper Male-to-Female (M-F): Kabel ini memiliki konektor male di satu ujung dan konektor female di ujung lainnya. Biasanya digunakan untuk menghubungkan pin header pada mikrokontroler atau modul dengan perangkat yang memiliki konektor male.

c. Kabel Jumper Female-to-Female (F-F): Kabel ini memiliki konektor female di kedua ujungnya. Umumnya digunakan untuk menghubungkan dua perangkat yang memiliki konektor male, seperti menghubungkan modul sensor dengan mikrokontroler.

3.2 Komponen

3.2.1 Mikrokontroler

Gambar 6. STM32

Keluarga mikrokontroler STM32F103xx kategori performance line berkepadatan menengah mencakup inti Arm® Cortex®-M3 32-bit RISC berkinerja tinggi yang beroperasi pada frekuensi 72 MHz, memori tertanam berkecepatan tinggi (Flash memory hingga 128 KB dan SRAM hingga 20 KB), serta berbagai macam peripheral I/O dan antarmuka yang terhubung ke dua bus APB. Semua perangkat dalam keluarga ini menyediakan dua konverter analog-ke-digital (ADC) 12-bit, tiga timer umum 16-bit ditambah satu timer PWM, serta antarmuka komunikasi standar dan lanjutan: hingga dua I2C dan SPI, tiga USART, USB, serta CAN.

Perangkat ini bekerja dengan sumber daya 2,0 hingga 3,6 V. Tersedia dalam rentang suhu –40 hingga +85 °C dan juga rentang suhu diperluas dari –40 hingga +105 °C. Sejumlah besar mode penghemat daya tersedia untuk membantu merancang aplikasi hemat energi.

Keluarga STM32F103xx dalam kategori performance line dengan kepadatan menengah tersedia dalam enam jenis kemasan berbeda: mulai dari 36 pin hingga 100 pin. Bergantung pada perangkat yang dipilih, fitur peripheral yang disertakan akan berbeda-beda. Deskripsi di atas memberikan gambaran menyeluruh mengenai rangkaian peripheral yang tersedia dalam keluarga mikrokontroler ini.

Fitur-fitur tersebut menjadikan keluarga mikrokontroler STM32F103xx cocok digunakan untuk berbagai aplikasi seperti penggerak motor (motor drives), kontrol aplikasi, peralatan medis dan portabel, peripheral PC dan game, platform GPS, aplikasi industri, PLC (Programmable Logic Controller), inverter, printer, scanner, sistem alarm, video interkom, serta HVAC (pemanas, ventilasi, dan pendingin).

spesifikasi :

3.2.2 MQ-6 Gas Sensor

Sensor MQ-6

MQ-6 adalah sensor gas semikonduktor yang dirancang khusus untuk mendeteksi gas LPG (Liquefied Petroleum Gas), Iso-Butane, Propane, dan gas combustible lainnya dengan sensitivitas sangat tinggi. Sensor ini merupakan bagian dari seri MQ gas sensor yang diproduksi oleh Hangzhou Winsen Electronics Technology Co., Ltd., sebuah perusahaan teknologi sensor terkemuka di Hangzhou, China. MQ-6 masuk dalam kategori sensor Metal Oxide Semiconductor (MOS) atau semikonduktor oksida logam, yang bekerja berdasarkan prinsip perubahan konduktivitas listrik material semikonduktor ketika berkontak dengan gas target. Material sensing utama yang digunakan adalah titanium dioxide (TiO₂) atau zinc oxide (ZnO), yang memiliki sifat konduktivitas berubah secara signifikan ketika terpapar gas LPG dalam konsentrasi tertentu.

Sensor MQ-6 memiliki berbagai keunggulan yang membuatnya sangat cocok untuk sistem deteksi kebocoran LPG pada dapur hunian sementara. Keunggulan utama meliputi sensitivitas sangat tinggi terhadap LPG dengan faktor 0.95, response time cepat kurang dari 10 detik untuk deteksi dini, jarak deteksi terjauh 30 cm yang cukup untuk ruang dapur, dan low false alarm karena sensitivitas rendah terhadap alkohol dan asap rokok. Drive circuit yang sangat sederhana hanya memerlukan supply 5V, load resistance 20KΩ, dan ADC mikrokontroler membuat implementasi menjadi mudah dan murah. Harga sensor yang sangat terjangkau sekitar Rp 25.000 membuat sistem deteksi dapat diakses oleh masyarakat hunian sementara dengan keterbatasan ekonomi. Sensor juga kompatibel dengan berbagai mikrokontroler dan memiliki durabilitas tinggi dengan steel mesh stainless steel 304 sebagai pelindung dari debu dan kontaminan fisik.

Spesifikasi MQ-6 Sensor:

Jenis gas yang dideteksi: LPG, Iso-Butana, Propana
Rentang pengukuran: 200 - 10.000 ppm
Voltage supply (Vc & Vh): 5V ± 0,1V AC/DC
Resistansi load (RL): 20 KΩ
Resistansi heater (Rh): 33Ω ± 5%
Resistansi sensing (Rs) pada 1000 ppm: 10 - 60 KΩ
Suhu operasi: -10°C hingga 50°C
Kelembapan relatif: < 95% RH
Konsentrasi oksigen minimum: > 2%
Waktu respons (T90): < 10 detik
Waktu recover: < 30 detik
Waktu preheat: > 24 jam (wajib sebelum penggunaan pertama)
Suhu sensing: 300 - 400°C
Resolusi: ~100 ppm

Daya: < 750 mW

3.2.3 Flame Sensor

Flame Sensor

Flame sensor merupakan sensor yang dirancang khusus untuk mendeteksi adanya api atau sumber cahaya inframerah dari kebakaran dengan sensitivitas tinggi. Sensor ini menggunakan teknologi photodiode inframerah yang memiliki sensitivitas terhadap panjang gelombang cahaya api antara 760 nm hingga 1100 nm, yang merupakan spektrum cahaya inframerah yang dipancarkan oleh api. Flame sensor sangat cocok untuk sistem deteksi kebocoran LPG pada dapur hunian sementara karena dapat mendeteksi api yang timbul akibat kebocoran gas sebelum kebakaran meluas, sehingga memberikan peringatan dini untuk evakuasi dan tindakan pencegahan lebih lanjut.

Cara kerja flame sensor didasarkan pada prinsip deteksi cahaya inframerah yang dipancarkan oleh api. Ketika api terbentuk, api akan memancarkan cahaya dalam spektrum inframerah dengan panjang gelombang 760-1100 nm. Photodiode inframerah di dalam sensor akan mendeteksi cahaya inframerah ini dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang kemudian diolah oleh circuit Comparator untuk menghasilkan output digital. Jika sensor mendeteksi adanya cahaya inframerah dari api, output akan berubah dari LOW (0V) menjadi HIGH (5V), yang kemudian dapat dibaca oleh mikrokontroler untuk mengaktifkan alarm dan tindakan otomatis seperti exhaust fan untuk membuang gas menumpuk.

Jenis sensor: Phototransistor inframerah YG1006
Spektrum deteksi: 760 nm hingga 1100 nm (cahaya inframerah dari api)
Voltage operasi: 3,3V hingga 5V DC
Current operasi: 15 mA
Chip Comparator: LM393
Output: Digital (D0) dan Analog (A0)
Sudut deteksi: 0° hingga 60 derajat
Jarak deteksi: Api kecil: hingga 100 cm (80 cm), Api besar: hingga 750 cm (7,5 m)
Response time: < 100 mikrosecond (deteksi sangat cepat)
Sensitivitas: Dapat diatur dengan potentiometer
Temperature operasi: -25°C hingga 85°C
Temperature penyimpanan: -30°C hingga 100°C
Photosensitivity: Tinggi terhadap spektrum api
Accuracy:Dapat diatur dengan potentiometer

3.2.4 Pressure Sensor ( XGZP647A )

Sensor tekanan XGZP6847A merupakan sensor tekanan piezoresistive silikon yang dirancang untuk mengukur tekanan gas dan udara dengan akurasi tinggi dan stabilitas jangka panjang. Sensor ini menggunakan teknologi Silicon Piezoresistive Pressure Sensor dengan chip ASIC (Application Specific Integrated Circuit) yang terintegrasi dalam kemasan DIP6 untuk menghasilkan sinyal analog yang sudah dikalibrasi dan kompensasi suhu. Sensor tekanan XGZP6847A sangat cocok untuk sistem deteksi kebocoran LPG pada dapur hunian sementara karena dapat mendeteksi perubahan tekanan pada tabung LPG yang mengindikasikan kebocoran gas, sehingga memberikan peringatan dini sebelum terjadi akumulasi gas berbahaya di lingkungan dapur. XGZP647A adalah variasi dari seri sensor tekanan yang lebih umum XGZP6847A. Saya akan membuat paragraf berdasarkan spesifikasi seri XGZP6847A yang merupakan sensor tekanan yang paling umum digunakan.

Cara kerja sensor XGZP6847A didasarkan pada prinsip piezoresistive silicon di mana tekanan yang diberikan pada sensor akan menyebabkan deformasi pada elemen piezoresistive di dalam chip silikon, yang kemudian mengubah resistansi listrik secara proporsional dengan tekanan. Perubahan resistansi ini kemudian diolah oleh ASIC onboard yang terintegrasi dalam sensor untuk menghasilkan sinyal analog yang sudah dikalibrasi, kompensasi suhu, dan nonlinier digital. Sinyal output sensor adalah tegangan analog ratiometric yang berubah dari 0,5V pada tekanan minimum hingga 4,5V pada tekanan maksimum ketika supply 5V, sehingga dapat langsung dibaca oleh mikrokontroler tanpa perlu kalibrasi tambahan.spesifikasi

Spesifikasi Pressure Sensor XGZP647A

Power Supply: 5V (standar), optional 3,3V atau 3V
Voltage maksimal: 6,5V (overload voltage dapat burning ASIC)
Excitation current maksimal: 3 mA
Output Signal: 0,5 - 4,5V (untuk power 5V)
Output lainnya: 0,2 - 2,7V (untuk power 3,3V) atau customized
Output type: Analog ratiometric (proporsional terhadap supply voltage)
Akurasi (≥20 kPa): ±1,0% Span (standar) atau ±0,5% Span (akurasi tinggi)
Stabilitas Jangka Panjang (1 tahun): ±0,5% Span
Repeatability: Tinggi (stabil jangka panjang)
Linearitas: Tinggi (kalibrasi penuh)
Sensibilitas: Tinggi (sensitivitas piezoresistive silikon)

3.2.5 LED

LED Red

LED Blue

LED yellow

LED, singkatan dari Light Emitting Diode, adalah perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika arus listrik mengalir melaluinya. Prinsip kerja LED didasarkan pada elektroluminesensi, yaitu fenomena di mana material tertentu memancarkan cahaya saat dikenai arus listrik. LED terbuat dari bahan semikonduktor seperti gallium arsenide atau gallium phosphide, yang dikombinasikan dengan elemen lain untuk menghasilkan berbagai warna cahaya.

3.2.6 LCD 12C 16X2

LCD I2C 16X2

LCD 12C 16x2, yang lebih tepat disebut LCD 16x2 I2C, adalah modul tampilan kristal cair yang populer digunakan dalam proyek elektronik dan mikrokontroler. Modul ini memiliki ukuran tampilan 16 karakter per baris dengan 2 baris, sehingga total dapat menampilkan 32 karakter ASCII. LCD ini dilengkapi dengan konverter I2C yang memungkinkan koneksi hanya menggunakan 2 kabel data, yaitu SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock), menggantikan kebutuhan 6-8 kabel paralel seperti pada LCD 16x2 konvensional.Keunggulan utama LCD 16x2 I2C adalah rangkaian yang lebih sederhana dan penghematan pin mikrokontroler. Pada Arduino Uno, kabel SDA terhubung ke pin A4 dan SCL ke pin A5, sehingga hanya memerlukan 2 pin saja dibandingkan 6-8 pin pada mode paralel. Address I2C yang umum digunakan adalah 0x27 atau 0x3F, dan modul ini biasanya memiliki backlight LED yang dapat menyala dengan memberikan +5V pada LED+ dan GND pada LED-.

Spesifikasi:

Jenis Display: LCD 16×2 (16 kolom × 2 baris karakter)
Total Karakter: 32 karakter (2 baris × 16 karakter per baris)
Ukuran Karakter: 5 × 8 pixel per karakter
Karakter Tersimpan: 192 karakter
Display Controller: HD44780 (standar industri LCD)
Dapat Dialamati: Mode 4-bit atau 8-bit

3.2.8 Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Dengan mengatur besarnya hambatan, resistor dapat digunakan untuk mengontrol tegangan dan arus sesuai kebutuhan rangkaian. Resistor umumnya tersedia dalam berbagai nilai hambatan yang dinyatakan dalam satuan ohm (Ω), dan nilainya dapat dibaca melalui kode warna pada tubuh resistor atau melalui label pada resistor SMD. Bentuk fisik resistor bervariasi tergantung jenisnya, seperti resistor karbon, film logam, dan resistor variabel. Selain itu, resistor juga memiliki spesifikasi daya yang dinyatakan dalam watt (W), yang menunjukkan kemampuannya dalam menahan panas akibat aliran arus listrik. Ukuran fisik resistor biasanya kecil sehingga mudah dipasang pada berbagai jenis papan rangkaian, baik untuk proyek elektronika sederhana maupun perangkat elektronik kompleks.

Spesifikasi :

Resistance (ohms) : 10K, 500K

Power (Watts) : 0.25W, 1/4W

Tolerance : -+ 5%

Packaging : Bulk

Composition : Carbon Film

Temperature Coefficient : 350 ppm/C

Lead free status : Lead free

RoHS status : RoHS Compliant

4. Dasar Teori [Kembali]

A. PWM (Pulse Width Modulation)

PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle adalah perbandingan antara waktu ON (lebar pulsa High) dengan perioda. Duty Cycle biasanya dinyatakan dalam bentuk persen (%).

• Duty Cycle = tON / ttotal

• tON = Waktu ON atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (high atau 1)

• tOFF = Waktu OFF atau Waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah (low atau 0)

• ttotal = Waktu satu siklus atau penjumlahan antara tON dengan tOFF atau disebut juga dengan “periode satu gelombang”

Pada board Arduino Uno, pin yang bisa dimanfaatkan untuk PWM adalah pin yang diberi tanda tilde (~), yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, dan pin 11. Pin-pin tersebut merupakan pin yang bisa difungsikan untuk input analog atau output analog. Oleh sebab itu, jika akan menggunakan PWM pada pin ini, bisa dilakukan dengan perintah analogWrite();. PWM pada arduino bekerja pada frekuensi 500Hz, artinya 500 siklus/ketukan dalam satu detik. Untuk setiap siklus, kita bisa memberi nilai dari 0 hingga 255. Ketika kita memberikan angka 0, berarti pada pin tersebut tidak akan pernah bernilai 5 volt (pin selalu bernilai 0 volt). Sedangkan jika kita memberikan nilai 255, maka sepanjang siklus akan bernilai 5 volt (tidak pernah 0 volt). Jika kita memberikan nilai 127 (kita anggap setengah dari 0 hingga 255, atau 50% dari 255), maka setengah siklus akan bernilai 5 volt, dan setengah siklus lagi akan bernilai 0 volt. Sedangkan jika jika memberikan 25% dari 255 (1/4 x 255 atau 64), maka 1/4 siklus akan bernilai 5 volt, dan 3/4 sisanya akan bernilai 0 volt, dan ini akan terjadi 500 kali dalam 1 detik.

B. ADC (Analog to Digital Converter)

ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu kecepatan sampling dan resolusi.

Kecepatan sampling menyatakan seberapa sering perangkat mampu mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital dalam selang waktu yang tertentu. Biasa dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sementara Resolusi menyatakan tingkat ketelitian yang dimilliki. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10 bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Dan pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt. Pada Arduino, menggunakan pin analog input yang diawali dengan kode A (A0- A5 pada Arduino Uno). Fungsi untuk mengambil data sinyal input analog menggunakan analogRead(pin);.

C. Komunikasi

a. Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART)

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal. Cara Kerja Komunikasi UART: Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

Cara Kerja Komunikasi UART adalah Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

b. Serial Peripheral Interface (SPI)

Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi serial synchrounous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh ATmega 328. Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI, MISO, dan SCK. Melalui komunikasi ini data dapat saling dikirimkan baik antara mikrokontroler maupun antara mikrokontroler dengan peripheral lain di luar mikrokontroler.

MOSI: Master Output Slave Input artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MOSI sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MOSI sebagai input.
MISO: Master Input Slave Output artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MISO sebagai input tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MISO sebagai output.
SCLK: Clock jika dikonfigurasi sebagai master maka pin CLK berlaku sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin CLK berlaku sebagai input.
SS/CS: Slave Select / Chip Select adalah jalur master memilih slave mana yang akan dikirimkan data.

Cara Kerja Komunikasi SPI: Sinyal clock dialirkan dari master ke slave yang berfungsi untuk sinkronisasi. Master dapat memilih slave mana yang akan dikirimkan data melalui slave select, kemudian data dikirimkan dari master ke slave melalui MOSI. Jika master butuh respon data maka slave akan mentransfer data ke master melalui MISO.

c. Inter Integrated Circuit (I2C)

Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya.

Cara Kerja Komunikasi I2C: Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari kondisi start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1, Data Frame 2, dan kondisi Stop. Kondisi start dimana saat pada SDA beralih dari logika high ke low sebelum SCL. Kondisi stop dimana saat pada SDA beralih dari logika low ke high sebelum SCL. R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke slave atau meminta data dari slave. (logika 0= mengirim data ke slave, logika 1 = meminta data dari slave). ACK/NACK bit berfungsi sebagai pemberi kabar jika data frame ataupun address frame telah diterima receiver.

5. Percobaan [Kembali]

a. Prosedur [Kembali]

1. Persiapkan Alat dan Bahan

STM32 Blue Pill (1 buah)
Sensor Gas MQ-6 (1 buah)
Flame Sensor (1 buah)
Pressure Sensor XGZP647A (1 buah)
LCD 12C 16x2 (1 buah)
Relay Module 1 Channel (1 buah)
Exhaust Fan DC (1 buah)
Buzzer (1 buah)
LED Merah (1 buah)
LED Kuning (1 buah)
LED Biru (1 buah)
Resistor 220 Ω (secukupnya)
Resistor 10k Ω (secukupnya)
Transistor NPN (1 buah)
Breadboard atau PCB Board (1 buah)
Kabel Jumper (secukupnya)
Kabel USB untuk STM32 (1 buah)
Software Arduino IDE versi terbaru

2. Rangkai Komponen

Sensor MQ-6

Hubungkan pin VCC MQ-6 ke pin 5V STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin GND MQ-6 ke GND STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin DATA MQ-6 ke pin A0 STM32 Blue Pill.

Sensor Flame

Hubungkan pin VCC Flame ke pin 5V STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin GND Flame ke GND STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin AO Flame ke pin A1 STM32 Blue Pill.

Sensor Pressure Sensor XGZP647A

Hubungkan pin VCC Pressure Sensor XGZP647A ke pin 5V STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin GND Pressure Sensor XGZP647A ke GND STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin AO Pressure Sensor XGZP647A ke pin A2 STM32 Blue Pill.

LCD I2C 16x2 Display

Hubungkan pin VCC LCD ke pin 5V STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin GND LCD ke GND STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin SDA LCD ke pin B7 STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin SCL LCD ke pin B6 STM32 Blue Pill.

LED Indikator

Hubungkan pin B1 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Merah dan hubungkan ke Ground.
Hubungkan pin B0 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Kuning dan hubungkan ke Ground.
Hubungkan pin B2 STM32 Blue Pill ke resistor 220 Ω kemudian ke LED Biru dan hubungkan ke Ground.

Buzzer

Hubungkan pin positif buzzer ke pin B11 STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin negatif buzzer ke Ground.

Exhaust Fan

Hubungkan pin positif Exhaust Fan ke pin B9 STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin negatif Exhaust Fan ke Ground.

Relay dan Exhaust Fan

Hubungkan pin IN relay ke pin A7 STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin VCC relay ke 5V STM32 Blue Pill.
Hubungkan pin GND relay ke Ground.
Hubungkan exhaust fan pada terminal NO (Normally Open) dan COM relay sesuai rangkaian daya yang digunakan.

3. Masukkan Program ke STM32 Blue Pill

Buka aplikasi STM32CubeIDE.
Buat file program baru.
Masukkan IOC sesuai dengan rangkaian yang sudah di buat di Proteus
Masukkan program yang sudah dibuat kemudian debug
Kemudian atur untuk hasil file menjadi file.hex
Masukkan hasil file.hex di aplikasi STM32CubeIDE tadi ke STM bluepill pada rangkaian di Proteus
Masukkan library yang diperlukan seperti MQ-6 Gas, Flame Sensor, , dan Pressure Sensor XGZP647A.
Copy dan paste program yang telah dibuat untuk sistem kenyamanan termal.
Pastikan pemilihan board STM32 Blue Pill dan port komunikasi sudah sesuai.

4. Upload Program ke STM32 Blue Pill

Sambungkan STM32 Blue Pill ke komputer menggunakan kabel USB.
Klik tombol Verify untuk memastikan tidak terdapat kesalahan program.
Klik tombol Upload untuk mengunggah program ke mikrokontroler.
Tunggu hingga proses upload selesai dan muncul notifikasi Done Uploading.

5. Uji Coba Rangkaian

Setelah program berhasil diunggah, nyalakan seluruh rangkaian.
Amati apakah ada gas yang bocor atau tidak yang ditampilkan oleh sensor MQ-6 Gas pada LCD I2C.
Amati apakah ada aktivitas api yang berbsamaan dengan gas bocor yang dibaca oleh Flame Sensor.
Amati perubahan tekanan yang terdeteksi oleh Pressure Sensor XGZP647A.
Pastikan LED merah, buzzer, Exhaust Fan menyala saat kondisi adanya kebocoran gas yang terjadi.
Pastikan LED kuning dan buzzer menyala saat kondisi adanya aktivitas api bersamaan dengan kebocoran gas.
Pastikan LED biru dan buzzer aktif saat kondisi ketika adanya perubahan tekanan pada gas LPG yang berlebihan.
Lakukan pengujian pada berbagai kondisi untuk memastikan seluruh sensor dan aktuator bekerja sesuai dengan program yang telah dirancang.

6. Analisis Hasil Pengujian

Bandingkan hasil pembacaan sensor dengan kondisi lingkungan sebenarnya.
Evaluasi respon LED, buzzer, LCD I2C, dan exhaust fan terhadap aktivitas tidak normal dari LPG.
Analisis tingkat keberhasilan sistem dalam memberikan informasi dan meningkatkan kenyamanan termal pada lingkungan Huntara pasca bencana.

b. Hardware [Kembali]

c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Simulasi Proteus Rangkaian

Prinsip Kerja :

Rangkaian ini bekerja sebagai sistem pemantauan dan peringatan dini untuk mendeteksi kondisi berbahaya di dapur hunian sementara, khususnya kebocoran LPG, kemungkinan munculnya api, dan perubahan tekanan gas. Semua data dari sensor dibaca oleh mikrokontroler STM32, lalu diolah untuk menentukan apakah kondisi masih aman atau sudah masuk kategori bahaya. Jika terdeteksi kondisi abnormal, sistem akan menyalakan indikator LED, buzzer, dan exhaust fan sebagai bentuk respons otomatis.

Sensor MQ-6 berfungsi untuk mendeteksi adanya gas LPG di udara. Ketika konsentrasi gas meningkat akibat kebocoran, nilai keluaran sensor berubah dan dikirim ke pin input mikrokontroler. STM32 kemudian membandingkan nilai tersebut dengan batas aman yang sudah ditentukan. Jika melewati ambang batas, sistem menganggap terjadi kebocoran gas dan memberikan peringatan melalui LED merah, buzzer, serta mengaktifkan exhaust fan untuk membuang gas agar tidak menumpuk di ruangan.

Sensor flame sensor digunakan untuk mendeteksi keberadaan api. Sensor ini membaca radiasi inframerah dari nyala api di area kompor atau lingkungan sekitar. Jika ada api, sinyal dari sensor akan diterima mikrokontroler dan diproses sebagai kondisi bahaya. Pada saat itu, LED kuning akan menyala sebagai indikator, dan buzzer dapat aktif sebagai alarm tambahan. Fungsi ini penting karena kebocoran LPG di dapur huntara sangat berisiko berubah menjadi kebakaran dalam waktu singkat.

Sensor pressure sensor pada rangkaian ini berfungsi untuk memantau perubahan tekanan gas. Sensor tekanan digunakan untuk membantu mendeteksi kondisi tabung atau aliran LPG yang tidak normal, misalnya tekanan yang turun secara tiba-tiba karena kebocoran. Ketika sensor mendeteksi perubahan tekanan yang melewati batas normal, mikrokontroler akan menganggap ada anomali pada sistem gas dan menyalakan LED biru sebagai tanda peringatan. Dengan begitu, sistem tidak hanya mendeteksi gas yang bocor di udara, tetapi juga memantau kondisi sumber gasnya.

Mikrokontroler STM32 menjadi pusat kendali dari seluruh sistem. Semua sensor dihubungkan ke mikrokontroler untuk dibaca secara terus-menerus. Setelah data diterima, STM32 melakukan proses keputusan berdasarkan logika program, misalnya jika MQ-6 mendeteksi gas maka exhaust fan aktif, jika flame sensor mendeteksi api maka buzzer dan LED peringatan menyala, dan jika pressure sensor menunjukkan tekanan tidak normal maka sistem memberi notifikasi tambahan. Jadi, STM32 bertugas sebagai pengolah data sekaligus pengendali keluaran.

Layar LCD pada rangkaian berfungsi sebagai media informasi agar pengguna dapat melihat status sistem secara langsung. LCD menampilkan kondisi seperti “aman”, “gas terdeteksi”, “api terdeteksi”, atau “tekanan tidak normal”. Dengan adanya tampilan ini, penghuni huntara tidak hanya bergantung pada suara buzzer, tetapi juga bisa membaca kondisi sistem secara visual. Ini sangat sesuai dengan tujuan monitoring pada judul penelitian, karena sistem bukan hanya mendeteksi bahaya, tetapi juga menampilkan informasi kondisi lingkungan secara real-time.

Bagian output pada rangkaian terdiri dari LED merah, kuning, dan biru, buzzer, serta exhaust fan. LED merah menunjukkan kebocoran LPG dari MQ-6, LED kuning menunjukkan adanya api dari flame sensor, dan LED biru menunjukkan anomali tekanan dari pressure sensor. Buzzer berfungsi sebagai alarm suara agar penghuni segera sadar terhadap kondisi bahaya, sedangkan exhaust fan membantu mengurangi akumulasi gas di dalam ruangan. Kombinasi output ini membuat sistem bekerja tidak hanya sebagai alat deteksi, tetapi juga sebagai alat pencegahan risiko kebakaran.

Cari Blog Ini

DEANA FARDENI

LA PROJECT MODUL 4

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Modul 2 Transistor

Modul 3 OP AMP