Pendeteksi Posisi Api dan Pemadam Api

Pendeteksi Posisi Api dan Pemadam Api

Budi Suprianto¹ ; Yusuf Dwi Saputra^{2 ;} Samuel Beta³

e-mail : budisuprianto13@yahoo.co.id¹; yusufdwisaputra66@gmail.com²; sambetak2@gmail.com³.

Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, Website : www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Abstrak –   Alat pendeteksi posisi api dan pemadam api secara otomatis ini dirancang agar dapat mengetahui ada tidaknya titik api didalam suatu ruangan dan alat ini secara akan mendeteksi adanya titik api dan kemudian memadamkannya. Untuk dapat mengetahui keberadaan titik api digunakan fototransistor sebagai sensor untuk mendeteksi api. fototransistor akan mendeteksi api dan menghasilkan tegangan kemudian akan diolah oleh mikrokontoler sehingga menghasilkan data ADC. Mikrokontroler yang digunakan adalah ARM NUC120. Mikrokontroler ini berfungsi untuk mengolah sinyal yang dikirimkan oleh sensor kemudian memberikan perintah untuk mendeteksi api, menghidupkan LED, menggerakkan servo dan memadakan api dengan menggunakan kipas DC. LED berfungsi sebagai indikator bahwa api telah terdeteksi. Servo akan menggerakkan kipas sesuai dengan dimana titik api itu berada.

Kata kunci : Fototransistor, Kipas DC, Api

Abstract – Fire detection devices and fire extinguishers position automatically is designed in order to determine whether there is a point in an indoor fire and this tool will detect fires and then put it out. To be able to know where the hotspots are used phototransistor as a sensor to detect a fire. phototransistor detects a fire and the voltage will then be processed by mikrokontoler resulting ADC data. The microcontroller used is ARM NUC120. This microcontroller serves to process signals transmitted by the sensor and then give the command to detect the fire, turn on the LED, moving the servo and suffice the fire by using a DC fan. LED serves as an indicator that the fire has been detected. Servo will move the fan in accordance with where the fires were.

Keywords:, Phototransistor, DC fan, fire

.

A.       Latar Belakang

Musibah kebakaran yang sering terjadi telah menimbulkan banyak korban jiwa dan kerugian harta benda. Terdapat resiko yang harus ditanggung oleh tim pemadam kebakaran pada saat memadamkan api didalam suatu ruangan seperti tertimpa benda yang jatuh dari atap bangunan atau kebakaran yang semakin membesar. Untuk membatu tim pemadam kebakaran dan mengurangi resiko terjadinya kecelakaan dalam memadamkan api, maka diperlukan sebuah robot.

Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program yang telah didefinisikan terlebih dulu (kecerdasan buatan). Robot biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan kotor.

Dalam perkembangannya robot telah dikembangkan untuk dapat membantu manusia dalam malakukan pekerjaan yang rumit, berbahaya dan memerlukan ketepatan. Pekerjaan tersebut misalnya memadamkan api di bangunan yang strukturnya tidak stabil sehingga sewaktu-waktu dapat runtuh, dengan menggunakan robot pekerjaan tersebut dapat dilakukan tanpa mengancam nyawa petugas pemadam kebakaran dan meminimalisir terjadinya kecelakaan dalam proses pemadaman api.

B.        Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, penulis menemukan beberapa permasalahan yang ada, yaitu:

1.      Bagaimana merancang dan membuat suatu sistem  pendeteksi posisi titik api agar titik api dapat terdeteksi oleh sensor?

2.      Bagaimana mengetahui jarak maksimal fototansistor mendeteksi titik?

C.       Tujuan

Tujuan pembuatan alat ini antara lain :

1.      Membuat alat pendeteksi posisi api dan pemadam api dengan menggunakan  kipas DC, servo dan LED sebagai outputnya dan merancang sensor yang dapat mendeteksi titik api .

2.      Mengetahui kerja alat pendeteksi posisi api dan pemadam api

D.       Batasan Masalah

Dalam pembuatan alat ini penulis akan membuat batasan permasalahan agar tidak menyimpang dari spesifikasi dan kemampuan alat yang akan buat. Pembatasan masalah tersebut adalah :

1.      sensor fototransistor dapat mendeteksi api kurang lebih 60 cm.

2.      Dapat terpengarh oleh sinar matahari.

E.        Dasar Teori

1.    ARM NUC120

        ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32-­bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine. ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikronkontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0.  ARM NUC 120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.

Gambar 1. ARM NUC120

Spesifikasi :

1)     NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4 Kbyte Data Flash.

2)      Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming) melalui bootloader software pada LDROM.

3)      Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging serta programming.

4)      Dapat diprogram langsung melalui jalur USB.

5)      Mendukung Peripheral DMA mode.

6)      Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit.

7)      Memiliki 4 buah timer 32 bit.

8)      Memiliki fungsi Watchdog dan RTC.

9)      Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.

10)  Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I²C.

11)  Memiliki 1 channel I²C.

12)  Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485.

13)  Terdapat sensor suhu built-in dengan range -40 - 125°C  dengan resolusi 1°C. Sensor ini memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.

14)  Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.

15)  Terdapat 22 MHz internal osilator.

16)  Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.

17)  Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan Low Power Mode.

18)  Tersedia rangkaian reset manual.

19)  Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.

20)  Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA

21)  Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari jalur USB

2.      Fototransistor

Fototransistor adalah suatu jenis transistor NPN yang kaki terminal basisnya diganti dengan sebuah lapisan transparan untuk menerima cahaya dari transmitter. Jadi kaki terminal basis tidak menerima arus melainkan menerima cahaya yang dibiaskan padanya.

Gambar 2. Gambar phototransistor

Photo transistor memiliki sifat yang sama dengan transistor bipolar NPN yaitu dapat digunakan dalam dua konfigurasi common-emiter dan common collector.

Apabila dibandingkan dengan photo diode, photo transistor lebih sensitif, memiliki noise yang lebih sedikit, dan memiliki gain yang lebih besar. Tetapi memilki frekuensi respon yang lebih lambat dan lebih mudah panas.

Photo transistor dapat digunakan dalam dua pilihan mode yaitu:

a)      Mode aktif / linier : dalam mode aktif, keluaran dari photo transistor sesuai dengan intensitas cahaya yang dibiaskan kepadanya.

b)      Mode switch : dalam mode switch, photo transistor akan saturasi pada saat menerima sinar infrared dan cut off pada saat tidak menerima sinar infrared.

3.      Motor Kipas DC

Dalam kipas angin terdapat suatu motor listrik. Motor listrik tersebut mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Dalam motor listrik terdapat suatu kumparan besi pada bagian yang bergerak beserta sepasang pipih yang berbentuk magnet U pada bagian yang diam (permanen). Ketika listrik mengalir pada lilitan kawat dalam kumparaan besi, hal ini membuat kumparan besi menjadi sebuah magnet. Karena sifat magnet yang saling tolak-menolak pada kedua kutubnya maka gaya tolak-menolak magnet antara kumparan besi dan sepasang magnet tersebut membuat gaya berputar secara periodik pada kumparan besi tersebut. Oleh karena itu baling-baling kipas angin dikaitkan ke poros kumparan tersebut. Penambahan tegangan listrik pada kumparan besi dan menjadi gaya kemagnetan ditujukan untuk memperbesar hembusan angin pada kipas angin. Kipas DC ini memakai tegangan sebesar 12 volt. Ukuran dari kipasa DC ini bermacam-macam dari yang berukuran 5 cm sampai 12 cm 

Gambar 3. Motor Kipas

4.      Motor Servo

Motor servo adalah motor DC yang dilengkapi dengan sistem kontrol. Sistem kontrol ini akan memberikan umpan balik posisi perputaran motor dari 0 sampai 180 derajat. Disamping itu motor ini juga memiliki torsi relatif cukup kuat. Gambar 2.7 menunjukkan penampang dan pengkabelan dari motor servo. Sistem pengkabelan motor servo terdiri atas 3 bagian, yaitu Vcc, Gnd, dan Kontrol (PWM= Pulse Width Modulation). Pemberian PWM pada motor servo akan membuat servo bergerak pada posisi tertentu dan kemudian berhenti (kontrol posisi)

Gambar 4. Motor servo dan konfigurasi pin

           

Prinsip utama dari pengendalian motor servo adalah pemberian nilai PWM pada kontrolnya. Frekuensi PWM yang digunakan pada pengontrol motor servo selalu 50 Hz sehingga pulsa dihasilkan setiap 20 ms. Lebar pulsa akan menentukan posisi servo yang dikehendaki. Pemberian lebar pulsa 1,5 ms akan membuat motor servo berputar ke posisi netral (90 derajat), lebar pulsa 1,75 ms akan membuat motor servo berputar mendekati posisi 180 derajat, dan dengan lebar pulsa 1,25 ms motor servo akan bergerak ke posisi 0 derajat. Gambar berikut memperlihatkan hubungan antara lebar pulsa PWM dengan arah putaran motor servo.

        Gambar 5. Hubungan Lebar Pulsa PWM dengan Arah Putaran Motor Servo

5.      LED

LED (light emitting diode) adalah  semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. LED adalah semikonduktor yang istimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau didop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa muatan electron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. ketika electron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah dan melepas energy dalam bentuk proton.

Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunya kutub positif dan negative(p-n) dan hanya akan menyala bila diberi arus maju. ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberika arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan cahaya.

Gambar 6. LED

Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt kearah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan rusak menyebabkan arus dapat mengalir kea rah sebaliknya. karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik diode yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah diode untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju.

F.     Metode Penelitian

    1.      Persiapan

          Melakukan penelitian dan studi kasus mengenai masalah terkait.

    2.      Perencanaan Konseptual

         Merancang konsep yang akan dikembangkan dan mulai menyusun diagram blok dari gambaran 

         cara kerja alat yang akan dibuat.

    3.      Perancangan Sistem

        Metode ini terdiri dari perancangan hardware dan software. Perancangan hardware dimulai dari 

        menentukan komponen yang diperlukan melalui hitungan, kemudian pembuatan skematik

        rangkaian melalui software proteus. Perancangan software dilakukan dengan merancang flow

        cart,  serta algoritma program.

     4.      Pembuatan Alat

Dimulai dengan pembuatan mekanik, layout sampe pemasangan komponen, pemasangan servo, kipas DC dan pemrograman mikrokontroller.

5.      Pengujian Alat

Memastikan bahwa alat bekerja dengan respon sesuai yang diinginkan, dan untuk mengetahui apakah masih ada kesalahan yang perlu diperbaiki dalam sistem.

6.      Analisa Hasil Pengujian

Hasil dari pengujian alat dianalisa dan dibandingkan dengan rencana dan tujuan awal penelitian. Apa bila terjadi error maka dicari penyebab serta menjari solusi yang paling efektif agar alat dapat bekerja dengan lebih baik lagi.

7.      Penyajian Alat

Penyajian alat pada para penguji dan pembuatan laporan hasilnya.

G.    Hasil Rancangan

1.      Gambar Rangkaian

2.      Gambar Perkawatan

2.1.Pengawatan Luar

2.2.    Pengawatan Dalam

  

     3.      Cara Kerja Alat Secara Keseluruhan

Cara kerja dari alat ini saat micro diberi catu daya maka secara otomatis alat akan aktif. Pada alat ini kita menggunakan 8 fototransistor sebagai masukan , saat fototransistor mendeteksi api maka servo akan menuju fototransistor yang mendeteksi api dan kipas berputar dan akan terus berputar selama 3 detik saat api mati. Setelah api mati kipas akan berhenti dan servo kembali ke sudut semula. proses itu berulang sampai ada api lagi yang terdeteksi.

      4.      Diagram Blok

      5.      Diagram Alir

      6.      Hasil Pengujian

Setelah dilakukan pengujian, alat pendeteksi posisi api dan pemadam api dapat bekerja dengan baik. Sensor fototransistor dapat membaca api dengan respon cepat. Kecepatan motor kipas juga mampu memadamkan api.

Gambar Box Proyek pendeteksi posisi api dan pemadam api

H.    Kesimpulan

Setelah dilakukan perancangan, pembuatan, pembuatan serta analisa dapat diambil kesimpulan bahwa alat ini sudah cukup baik. sensor dapat mendeteksi titik api di sudut yang berbeda dan dapat dipadamkan dengan cepat. belum mendeteksi api servo sempat getar-getar akibat ripple tegangan.

I.       Saran

Untuk pengembangan,  alat ini dapat ditambah kapasitor pada servo agar saat alat diberi sumber tegangan servo tidak getar-getar dan saat belum mendeteksi api  servo masih getar-getar akibat ripple tegangan/spelling.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/452/jbptunikompp-gdl-wahyudinim-22574-2-unikom_w-i.pdf

[2] http://www.kajianpustaka.com/2012/10/phototransistor.html

[3] https://www.academia.edu/8677994/PEMROGRAMAN_MIKROKON TROLER    

[4] http://baskarapunya.blogspot.co.id/2013/07/433

Nama penulis Budi Suprianto. Penulis dilahirkan di Purbalingga, tanggal 24 April 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 1 Bajong, SMP Negeri 2 Bukateja dan SMA Negeri 1 Bukateja, Purbalingga. Pada tahun 2014 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2014 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. 3.32.14.2.03. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: budisuprianto13@yahoo.co.id

Nama penulis: Yusuf Dwi Saputra . Penulis dilahirkan di Semarang tanggal 20 Desember 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal SDN 02 Pudak Payung Semarang, SMPN 26 Semarang, dan SMK Hidayah Banyumanik Semarang. Tahun 2014 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma. Kemudian 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. 3.32.14.2.21. Penulis memiliki hobi bermain voly. Penulis beralamat di Jl. Kepodang Timur 03 Pudak Payung Semarang. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi via email: yusufdwisaputra66@gmail.com

 LAPORAN : download disini

JURNAL     : download disini

PRESENTASI : download disini

PROGRAM    : download disini
PROGRAM.PDF : download disini

Nama pengajar Samuel BETA. Beliau mengajar di program studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Email : sambetak2@gmail.com