Review Jurnal Alat Pencegah Kebakaran Berbasis Mikrokontroler AT89551 Pada Box Panel Kontrol Listrik

Review Jurnal

ALAT PENCEGAH KEBAKARAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 PADA BOX PANEL KONTROL LISTRIK

Claudia Devi Safitri

Abstrak : Jurnal yang berjudul ‘Alat Pencegah Kebakaran Berbasis Mikrokontroler AT89S51 Pada Box Panel Kontrol Listrik’ ini berisi tentang bagaimana cara mengatasi kebakaran yang banyak disebabkan oleh listrik karena hubung singkat, kabel – kabel yang terbakar karena isolator kurang bagus dan mcb yang terbakar karena kelebihan beban yang terdapat pada box panel listrik dengan membuat alat menggunakan mikrokontroler AT89S51. Alat ini menggunakan sensor suhu, sensor cahaya dan ADC sebagai inputan system pengamannya. Dengan ada nya alat ini diharapkan dapat menghindari terjadinya kebakaran yang disebabkan oleh listrik pada box panel dan diharapkan tingkat kebakaran dapat dikurangi. 

1. Pendahuluan

Akan terjadi percikan api bahkan kebakaran jika box panel listrik yang memiliki peranan cukup penting dalam instalasi listrik tidak di jaga keamanannya. Sehingga diperlukan alat otomatis yang dapat bekerja secara otomatis jika mendeteksi kebakaran pada box panel kontrol listrik. Dalam pembuatan alat ini kita dapat belajar merancang plant system alat ini, lalu belajar bagaimana merancang bahasa program  nya serta belajar mengendalikan cara kerja dari alat yang menggunakan Mikrokontroler AT89S51 ini.

Alat yang akan dibuat pada penulisan ini bertujuan untuk membuat dan merealisasikan suatu sistem pencegah kebakaran berbasis mikrokontroler yang di letakan pada box panel kontrol listrik. Mikrokontroler pada alat ini berfungsi sebagai pengendali yang mengendalikan aktuator berupa sirine, kipas  dan  menghembuskan angin serta memutuskan jaringan listrik 3 fasa.

 Mikrokontroler AT89S51 sebagai pengendali system dan suhu yang dihasilkan dari  daerah box kontrol panel listrik pada batas setting tertentu menggunakan sensor LM35DZ sebagai masukan, kemudian dikonversi menjadi besaran analog dan diinisialisasi melalui ADC kemudian diproses, dan ditampilkan ke dalam tujuh segmen. Lalu untuk sensor cahaya sebagai detektor api diproses dalam mikrokontroler AT89S51 sebagai pengendali sistem.  

2. Landasan Teori

·         Mikrokontroler tipe AT89S51 merupakan mikrokontroler keluarga MCS-51 dengan konfigurasi yang sama persis dengan AT89C51 yang cukup terkenal, hanya saja AT89S51 mempunyai fitur ISP (In-System Programmable Flash Memory). Fitur ini memungkinkan mikrokontroler dapat diprogram langsung dalam suatu sistem elektronik tanpa melalui Programmer Board atau Downloader Board. Mikrokontroler dapat diprogram langsung melalui kabel ISP yang dihubungkan dengan paralel port pada suatu Personal Computer.

·         Pengubah Analog Ke Digital (ADC) 0808

ADC 0808 adalah komponen CMOS monolitik penerima data dengan sebuah pengubah analog ke digital 8 bit, pemilih data masukan 8 kanal dan cocok untuk logika pengendali mikroprocesor. ADC menggunakan teknik konversi analog dari pembanding ke keluaran 8 bit. Pemilih data 8 kanal dapat secara langsung mengakses 8 sinyal analog masukan. Pengantarmukaan yang mudah ke mikroposesor oleh penahan alamat masukan pemilih data yang dikodekan serta penahan keluaran TTL tiga keadaan.

Perancangan ADC 0808 telah dioptimalkan dengan menggabungkan kondisi paling diinginkan dari beberapa teknik ADC. Disamping kecepatan tinggi, ketergantungan suhu minimal, ketepatan dan kemampuan mengulang jangka panjang yang bagus, dan konsumsi daya kecil.  

·         Tujuh Segmen

Seven Segment adalah suatu segmen-segmen yang digunakan menampilkan angka. Seven segment ini tersusun atas 7 batang led yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a s/d g yang disebut dot matrix. Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Diode ( LED ). Seven Segment merupakan gabungan dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) yang dirangkaikan membentuk suatu tampilan angka.

·         Sensor Suhu LM 35

Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92.

·         LDR (Light Dependent Resistant)

Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap.

·         Penguat Non Inverting

Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasat sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) dapat dibangun menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik.

·         Relay Magnetik

Relay magnetik adalah sebuah sakelar  elektromagnetik yang dapat mengubah kontak-kontak sakelar sewaktu kumparan mendapatkan arus listrik. Relay yang merupakan aplikasi elektromagnetik ini tersusun atas sebuah kumparan kawat beserta sebuah inti besi lunak. Dua komponen utama relay ini dilengkapi dengan armatur (koil) dan kontak-kontak.

3. Perancangan Alat

3.1   Perancangan Perangkat Keras

Dalam diagram blok dari perancangan perangkat keras keseluruhan dari alat ini adalah sebagai berikut :

Gambar 1 Diagram blok perancangan perangkat keras

Alat ini memiliki prinsip kerja yang ketika  suhu panas terdeteksi oleh sensor suhu atau percikan api di deteksi oleh sensor cahaya maka secara otomatis actuator akan bergerak yang merupakan alarm ketika  tanda adanya bahaya, kipas untuk mencegah perluasan api dan  jaringan listrik tiga fase (R, S, T) akan terputus secara otomatis dan terdapat tombol manual pemutus jaringan listrik tiga fasa. Pengendalian seperti cara tersebut merupakan pengendalikan besarnya panas dan cahaya yang dihasilkan di daerah sekitar kontrol panel, dan untuk pengendalian aktuator berupa kipas, sirine, dan relai pemutus jaringan tiga fase dilakukan secara otomatis serta penggunaan pengendalian tombol manual untuk memutuskan jaringan listrik tiga fasa yang terdapat control panel.  

3.1.1 Sistem Minimum AT89S51

Berikut adalah gambar adari rancangan system minimum mikrokontroler  AT89S51 yang difungsikan untuk memproses data masukan, melakukan fungsi kendali on-off dan menghasilkan keluaran.

Gambar 2 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S51

3.1.2. Sensor Suhu dan Penguat Tak Membalik

Sebagai sensor suhu digunakan IC LM35DZ, yang telah dikalibrasi langsung dalam 0 C. Tegangan catunya dapat berada dalam rentang 4 volt hingga 30 volt. Sedangkan rentang pengukurannya adalah dari 0°C sampai 100oC. Sesuai datasheet tegangan keluarannya (VOUT) akan mengalami perubahan 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1oC atau memenuhi persamaan nya.

Gambar 3. Rangkaian penguat sensor suhu

3.1.3.   Rangkaian ADC

Rangkaian ADC yang digunakan menggunakan IC ADC 0808, dengan pin-pin data keluaran digital dihubugkan ke Port 1 mikrokontroler AT89S51 yang difungsikan sebagai input data. 

Gambar 4. Rangkaian ADC 0808

 3.1.4.  Unit tampilan

Untuk menampilkan besarnya suhu hasil pengendalian dan seting suhu digunakan 7 buah  tujuh segmen. Untuk mengendalikan tujuh segmen digunakan IC 74LS48 (BCD to 7-Segmen Decoder). Konfigurasi pin IC 74LS48 ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 5. Konfigurasi pin 74LS48

3.1.5. Rangkaian Sensor Cahaya

Rangkaian sensor cahaya yang digunakan pada pengendali pencegah kebakaran pada box kontrol panel ditunjukkan pada Gambar 6. Sebagai sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent Resistor) yang berfungsi untuk mendeteksi adanya cahaya yang berasal dari api. Sifat dari tahanan LDR ini adalah nilai tahanannya akan berubah apabila terkena sinar atau cahaya. Api pada saat menyala maka akan mengeluarkan cahaya. Cahaya inilah yang digunakan LDR untuk mendeteksi adanya api. Pada rangkaian tersebut terdapat penguatan dari transistor, karena tegangan output dari sensor kecil sehingga perlu dikuatkan agar mikrokontroler dapat membedakan logika 1 atau 0.

Gambar 6. Rangkaian Sensor cahaya

3.1.6. Rangkaian Relay 

Rangkaian dari minimum sistem adalah rangkaian yang dimodifikasi sedemikian rupa dengan menambah relay guna pengendalian panas dan asap dimana relay tersebut dapat dialiri catu daya sebesar 12 volt untuk realisasi dari pengendalian panas dan cahaya. dimana  relay tersebut dapat dialiri catu daya sebesar 12 volt untuk realisasi dari pengendalian panas dan cahaya.

Gambar 7. Driver Relay

Pada saat transistor mendapat bias maju, maka transistor akan ON dan relay juga akan ON sehingga aktuator akan bekerja. Pada saat transistor mendapat bias mundur maka transistor akan OFF sehingga relay akan mati dan  aktuator tidak akan bekerja, transistor ini berfungsi sebagai saklar.

3.1.7. Catu Daya DC

Catu daya yang digunakan adalah daya dc 5 volt, yaitu untuk semua blok rangkaian perangkat keras, untuk rangkaian sensor suhu digunakan catu daya dc 9 volt, dan untuk relay digunakan catu daya 12 volt. Untuk menghasilkan tegangan konstan 5 volt digunakan IC regulator 7805. Sedangkan untuk menghasilkan tegangan 9 volt digunakan IC 7809 dan untuk tegangan konstan 12 volt digunakan IC 7812.

Gambar 8. Rangkaian Power Supply

4.  Hasil Penelitian Dan Pembahasan

4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Catu Daya

Pengujian rangkaian catu daya dengan cara  mengukur Vout dari masing - masing IC regulator LM7812, dan LM7805 menggunakan multimeter digital. Pengujian rangkaian catu daya ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Pengujian rangkaian catu daya

4.2 Pengujian Sensor Suhu(LM35DZ)

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya perubahan kenaikkan suhu setiap 1 OC maka tegangan ouput pada sensor LM 35DZ akan naik 10mV.

Tabel 2. Pengujian sensor suhu (LM35DZ)

4.3   Pengujian Sensor Cahaya (LDR) 

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya perubahan tegangan ketika LDR terkena cahaya  api (tidak terhalang) dan ketika LDR tidak terkena cahaya (gelap gulita) (terhalang).ditunjukkan table dibawah ini :

Tabel 3. Pengujian Sensor Cahaya (LDR)

4.4    Pengujian Rangkaian ADC

Untuk mengamati hasil konversi ke nilai digital dari setiap tegangan analog pada masukan IN 0, maka hasil konversi ADC yang diterima oleh mikrokontroler digunakan untuk menyalakan 8 buah led indikator untuk setiap bit (dihubungkan ke port 0).

Tabel 4. Pengujian rangkaian ADC

4.5 Pembahasan

4.5.1 Pembahasan Pengujian Sensor Suhu(LM35DZ) 

Hubungan antara suhu pada termometer dengan tegangan keluaran sensor suhu hasil pengukuran adalah linier, dengan penyimpangan tegangan keluaran rata-rata sebesar 0,89 mV dari hasil perhitungan.

4.5.2 Pembahasan Pengujian Sensor Cahaya (LDR)

Sensor cahaya (LDR) merupakan fungsi resistor sebagai pembagi tegangan dimana tegangan keluaran VR1 nanti akan mempengaruhi kerja transistor. Pada saat LDR tidak mendeteksi api/cahaya maka nilai hambatan LDR = 198,6MΩ.

            Berdasarkan data yang di dapat diketahui adanya selisih antara perhitungan dan pengukuran, perbedaan ini disebabkan tegangan sumber yang pada perhitungan ditetapkan ± 5 volt namun pada kenyataannya tegangan sumber pada rangkaian adalah  ± 5,09 volt.

 4.5.3 Pembahasan Pengujian Rangkaian ADC

Hasil pengujian rangkaian ADC dapat dilihat pada tabel 4. Oleh karena masukan VREF(+) adalah 5 volt, maka nilai digital (biner) hasil konversi akan berubah satu bit setiap terjadi perubahan masukan analog IN 0 sebesar 5V/28 = 19,5 mV. Dalam penerapannya, masukan analog untuk ADC adalah berasal dari keluaran sensor suhu yang telah dikuatkan. Tegangan keluaran sensor suhu memenuhi persamaan (3.1), sehingga dengan mengatur penguatan operasional pada rangkaian sensor suhu sebesar 5 kali.

5.  Penutup

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan  yang dapat di ambil setelak dilakukannya perancangan, pengujian dan analisa pada alat ini, adalah:

1. Berdasarkan hasil pengujian rangkaian sensor cahaya(LDR), Tegangan VR1 saat LDR mendapat cahaya (nyala api pada lilin) nilai tegangan lebih besar  dibandingkan  tegangan VLDR dan nilai resistansi LDR 1,4 K Ω , saat LDR tidak mendapat cahaya (ruang gelap gulita) tegangan  VR1 lebih kecil dibandingkan dengan tegangan VLDR  dan nilai resistansi LDR 1986 KΩ .

 2. Pengujian rangkaian sensor suhu (LM35DZ) untuk kenaikkan suhu setiap C °1 maka akan menaikkan tegangan keluaran sensor suhu 10 mV, untuk penurunan suhu setiap C°1 maka akan menurunkan tegangan keluaran sensor suhu 10 mV.

3. Sistem AT89S51 berfungsi sebagai central processing unit yang mengolah sinyal analog dari LDR dan sensor suhu LM35DZ yang diolah lagi di ADC sebagai suatu nilai inputan untuk tampilan tujuh segmen dan pemicuan aktuator pada rangkaian solid state relay. 

5.2. Saran 

Untuk mendapatkan kinerja yang lebih baik pada alat ini, maka diperlukan beberapa alat dan komponen yang lebih baik dan canggih tentunya. Seperti alat pencegah kebakaran dengan menggunakan sensor yang lebih sensitif dan menggunakan pemadam kebakaran untuk memadamkan api nya. Selain itu, sensor lain seperti sensor LDR dapat diperbanyak untuk mendeteksi percikan api yang lebih sensitif. Serta mennggunakan sirine sebagai pengasil suara yang lebih besar dan keras.

DAFTAR PUSTAKA

Budiharto, Widodo. 2004. Interfacing Komputer dan Mikrokontroler. Jakarta : Elex Media Komputindo Gramedia.

Christanto, Danny; Pusporini, Kris. 2004. Panduan Praktikum Dasar Mikrokontroler Keluarga MCS-51 Menggunakan DT-51 Minimum System Ver 3.0 Dan DT-51  Trainer Board. Surabaya : Inovative Electronic.

 Christanto, Danny; Pusporini, Kris. 2004. Panduan Dasar Mikrokontroler Keluarga MCS-51. Surabaya : Innovative Electronic.

Ibrahim, KF.1991. Teknik Digital. Yogyakarta : Andi Yogyakarta Malvino, Albert Paul. 2003. Buku Satu Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta : Salemba Teknika.

Nalwan, Paulus Andi. 2003. Panduan Praktis Teknik Antar Muka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51. Jakarta : Elex Media Komputindo Gramedia.

Nalwan, Paulus Andi. 2004. Panduan Praktis Penggunaan dan Antarmuka Modul LCD M1632. Jakarta : Elex Media Komputindo Gramedia. Putra, Agfianto Eko. 2002. Belajar mikrokontroler AT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi). Yogyakarta : Gava Media. 

Setiawan, Sulhan. 2006. Mudah dan Menyenangkan Belajar Mikrokontroler. Yogyakarta : Andi Offset. Wasito, S. 2001. Vademikum Elektronika Edisi Kedua. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama.

Biografi Alfalah, Instrumentasi dan Kendali, pada tahun 2008. Thomas Sri Widodo, dosen Teknik Elektro UGM