Sensor Gas Alkohol TGS 2620

          Setelah membahas tentang sensor alkohol TGS 822, selanjutnya pada kesempatan kali ini kita lanjutkan dengan membahas sensor alkohol TGS 2620. Ok sobat langsung saja ikuti dengan seksama uraian berikut ini. Elemen sensor TGS 2620 terdiri atas semikonduktor oksida logam (MOS) yang dilapisi oleh substrat alumina dari chip sensor yang digabungkan dengan pemanas. Dalam mendeteksi suatu gas, konduktivitas sensor semakin naik sebanding terhadap konsentrasi gas di udara. Rangkaian listrik yang sederhana dapat mengubah perubahan konduktivitas menjadi sinyal keluaran yang dapat disamakan dengan konsentrasi gas. Mengacu terhadap chip sensor yang kecil, Sensor TGS 2620  hanya membutuhkan arus pemanas sebesar 42 mA dan disimpan dalam paket TO-5 standar. Selain itu sensor ini juga tahan lebih lama dari sensor gas sejenis dan harganya terjangkau dalam pasaran sensor gas di seluruh dunia.

          Seperti yang telah disebutkan diatas sensor TGS 2620 ini mempunyai elemen-elemen untuk mendeteksi gas, terdiri dari lapisan logam oksida semikonduktor berbentuk substrat alumunium dari sebuah chip sensing yang terintegrasi dengan pemanas. Dengan adanya gas yang terdeteksi, konduktivitas sensor akan naik tergantung pada konsentrasi gas di udara.  Sehingga dalam sensor ini akan mengeluarkan output berupa hambatan, untuk mendapatkan output sebuah tegangan analog maka kita membutuh rangkaian tambahan, sebagai berikut.

Gambar 1. Rangkaian dasar sensor TGS 2620

          Sensor ini dapat mrndeteksi beberapa gas, yaitu gas methane, CO, Iso-butan, hydrogen dan ethanol. Fitur dari sensor ini adalah konsumsi daya rendah (Low power consumtion), sensitivitas deteksi alkohol dan gas-gas lain tinggi (High sensitivity to alcohol and organic solvent vapors), usia pakai panjang (Long life), biaya perawatan rendah (low mantenance cost), dan.mudah dipasang dalam rangkain (Uses simple electrical circuit)..

A. Bentuk dan Dimensi Sensor TGS 2620

          Bentuk fisik dari sensor TGS 2620 ditunjukan seoerti pada gambar 2, sedangkan struktur dan dimesi dari sensor TGS 2620 ditunjukan seperti pada gambar 3 di bawah ini.

Gambar 2. bentuk fisik sensor TGS 2620 

Gambar 3. Struktur dan dimensi sensor TGS 2620

B. Karakteristik dan Spesifikasi Sensor TGS 2620

          Grafik karateristik sensitivitas dan grafik daya tahan sensor terhadap suhu ditunjukan seperti pada gambar-gambar berikut ini.

Gambar 4. Grafik karakteristik sensitivitas sensor TGS 2620

Gambar 5. Grafik dependensi humaditas/suhu

Keterangan : Rs = Sensor resistance in displayed gases at various concentrations

                    Ro = Sensor resistance in 300 ppm of ethanol.

Sedangkan spesifikasi teknik dari sensor TGS 2620 tersaji dalam tabel berikut ini.

Tabel 1. Soesifikasi tehnik sensor TGS 2620

C. Aplikasi Sensor TGS 2620

          Sensor TGS 2620 dapat diaplikasikan antara lain pada pendeteksi kadar alkohol, pendeteksi uap air larutan organik, dan pendeteksi larutan pada pabrik dan industri semikonduktor. Dalam hal ini sensor TGS 2620 digunakan untuk menangkap kandungan uap air etanol yang menguap dari cairan yang akan dideteksi. Semakin banyak kandungan uap air etanol yang terdeteksi maka tahanan sensor (RS) akan menjadi semakin kecil. Tahanan sensor (RS) yang semakin kecil mengakibatkan tegangan keluaran sensor menjadi semakin besar sehingga sensor menjadi panas. Sensor alkohol TGS 2620 membutuhkan dua masukan tegangan, yaitu: tegangan heater (VH) dan tegangan rangkaian (VC). Tegangan heater dipakai untuk menjaga heater dalam suhu tertentu agar didapat hasil yang optimal dalam melakukan deteksi. Tegangan rangkaian digunakan untuktegangan pengukuran (VRL) yang melewatitahanan beban (RL) yang terhubung seri dengan sensor. Rangkaian catu daya biasa dapat digunakan untuk VC dan VH untuk memenuhi kebutuhan rangkaian sensor. Nilai dari tahanan beban sebaiknya dipilih sehingga dihasilkan nilai ambang yang optimal dengan menjaga konsumsi daya (PS) dari semikonduktor di bawah batas 15 mW. Konsumsi daya (PS) akan bernilai maksimal bila nilai RS sama dengan RL pada kondisi pengukuran. Nilai dari pengosongan (PS) dapat dihitung dengan persamaan berikut : Ps = (Vc – VRL)² / Rs

Tahanan sensor (Rs) dihitung dengan nilai yang terukur dari VRL dengan menggunakan persamaan berikut : Rs = [ (Vc – VRL) / VRL ] x RL

          Mengacu pada rumus di atas, bila digunakan tahanan beban (RL) dengan nilai yang besar maka akan didapat nilai tegangan keluaran dasar (Vo) yang besar pula. Ini akan mengakibatkan pengukuran selanjutnya mempunyai nilai selisih yang kecil dengan tegangan keluaran dasar. Hal ini akan membuat nilai galat semakin besar. Dapat disimpulkan bahwa semakin kecil nilai RL maka semakin lebar jangkauan nilai VRL. Jadi, lebih baik digunakan nilai RL yang kecil agar jangkauan nilai VRL menjadi lebar sehingga nilai galat dapat diminimalkan.

1.  Sistem detektor

          Sistem deteksi kadar alkohol dapat dijelas seperti pada blok diagram berikut ini.

Gambar 6. Blok diagram sistem detektor alkohol

Penjelasan blok digaram tersebut diatas adalah sebagai berikut :

1) Mikrokontroler berfungsi sebagai pengolah data kadar alkohol yang dikehendaki di dalam larutan, dimana hasil pengolahan data tersebut akan menentukan dari dua aktuator mana yang akan dinyalakan oleh mikrokontroler.

2) Keypad 3x4 berfungsi sebagai alat input data setpoint yang dimasukan oleh user, data yang dimasukan adalah nilai kadar alkohol yang diinginkan. Kemudian datanya akan diproses mikrokontroler.

3) LCD berfungsi untuk menampilkan datayang telah dimasukkan dan data dari sensor TGS 2620. Tampilannya berupa nilai kadar alkohol dalam skala persen.

4) Sensor TGS 2620 berfungsi sebagai sensor pendeteksi kadar alkohol dalam larutan. Data dari sensor TGS 2620 akan dikirim ke ADC untuk diubah menjadi data digital.

5) ADC berfungsi untuk mengubah data analog dari sensor TGS 2620 menjadi data digital, kemudian data digital tersebut akan dikirim ke mikrokontroler untuk diproses.

6) Motor driver berfungsi untuk menggerakan akatuator 1 dan aktuator 2. Driver motor sendiri dikendalikan oleh mikrokontroler untuk memilih aktuator mana yang akan dijalankan.

7) Aktuator 1 terdiri dari sebuah tabung infus 200 ml yang dapat meneteskan larutan alkohol yang digerakan oleh sebuah motor DC. Aktuator 1 berfungsi untuk menambahkan kadar alkohol kedalam larutan.

8) Aktuator 2 adalah sebuah elemen pemanas listrik, berfungsi untuk mengurangi kadar alkohol dalam larutan uji dengan cara memanaskan larutan.

2.  Perangkat keras sistem detektor

a.      Mikrokontroller

          Pusat pemrosesan dan sekaligus sebagai pengendali, digunakan Mikrokontroler AT89S52. Penggunaan mikrokontroler ini dikarenakan pertimbangan jumlah port I/O yang dimiliki, harga yang relatif murah, mudah diperoleh serta penggunaanya yang telah banyak digunakan, sehingga pengembangan dan informasinya mudah didapat. Skematik Mikrokontroler AT89S52 dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 7. Skema sistem mikrokontroller

b.  Sensor TGS 2620

          Pada gambar di bawahini ditunjukkan skematik TGS 2620. Sensor ini berfungsi sebagai pendeteksi kadar alkohol dalam uap larutan, besarnya nilai kadar alkohol akan ditunjukkan oleh besarnya tegangan pada pin 2 yang terhubung ke ADC0804. Pin 1 dihubungkan ke ground untuk rangkaian pemanas. Pin 2 memiliki 2 fungsi, yaitu: (1) sebagai output data analog TGS 2620 yang akan dihubungkan ke pin nomor 26 ADC dan (2) sebagai ground rangkaian sirkuit. Pin 3 berfungsi sebagai sumber tegangan sirkuit (dihubungkan ke sumber tegangan 5V). Pin 4 berfungsi sebagai sumber tegangan pemanas, (dihubungkan ke 5V).

Gambar 8. Skema sensor TGS 2620 sebagai detektor alkohol

c.  Keypad 3 x 4

          Pada gambar dibawah ini diberikan hasil rancangan skematik keypad 3x4 yang tersambung langsung ke mikrokontroler. Keypad berfungsi sebagai masukan data berupa angka/nilai kadar alkohol yang diinginkan.

Gambar 9. Skema keypad 3x4 yang terkoneksi dengan mikrokontroller

d.  ADC 0804

          ADC 0804 adalah sebuah piranti yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital 8 bit. ADC ini menggunakan metode approksimasi berturut-turut untuk mengkonversikan masukan analog (0-5V) menjadi data digital 8 bit yang ekivalen. ADC 0804 mempunyai pembangkit clock internal dan memerlukan catu daya +5V dan mempunyai waktu konversi optimum sekitar 100 us.

         Konfigurasi pin ADC 0804 ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Pin 11 sampai 18 (keluaran digital) adalah keluaran tiga keadaan, yang dihubungkan langsung dengan bus data. Apabila CS (pin 1) atau RD (pin2) dalam keadaan high (“1”). Pin 11 sampai 18 akan mengambang (high impedanze) jika CS dan RD berlogika low. Sinyal mulai konversi pada WR (pin 3). Untuk memulai suatu konversi, CS harus rendah. Ketika WR rendah, konverter akan mengalami reset, dan ketika WR kembali kepada keadaan high, konversi segera dimulai.

Gambar 10. Skema ADC 0804

          ADC ini dapat dirangkai untuk menghasilkan konversi secara kontinu. Untuk itu, kita harus menghubungkan pin CS dan RD ke ground dan menyambungkan WR dengan INTR. Maka dengan ini keluaran digital yang kontinu akan muncul, karena sinyal INTR menggerakkan masukan WR. Pada akhir konversi INTR berubah menjadi low, sehingga keadaan ini akan mereset konverter dan mulai konversi. Dalam hal ini ADC 0804 digunakan pada mode free runing, artinya pembacaan konversi dilakukan secara terus menerus.

e.  Motor DC

          Motor DC berfungsi sebagai aktuator, ada dua motor DC yang digunakan. Motor DC 1 berperan sebagai aktuator 1, yaitu berfungsi sebagai penambah larutan alkohol kedalam larutan uji. Motor DC 2 berperan sebagai aktuator 2, yaitu berfungsi sebagai penggerak pemanas listrik untuk memanaskan larutan yang dimaksudkan untuk mengurangi kadar alkohol dalam larutan (lihat gambar di bawah ini).

Gambar 11. Skema motor DC sebagai aktuator penetes dan pemanas

f.  Modul LCD

          LCD terhubung ke mikrokontroler melalui port 0 untuk mengirimkan data sebanyak 8 bit. Untuk proses pemilihan register yang akan diakses, mode pembacaan maupun penulisan dan untuk mengaktifkan clock LCD maka ketiga proses tersebut dihubungkan ke port P2.7, P2.6 dan P2.5. Sedangkan untuk menyalakan backlight LCD maka pin 15 dan pin 16 pada LCD dihubungkan pada VCC dan GND. Gambar di bawah ini  merupakan skematik LCD yang digunakan.

Gambar 12. Skema LCD

3.      Perangkat lunak sistem detektor

          Perangkat lunak yang diprogramkan dalam sistem ini berfungsi mengendalikan keseluruhan sistem (pengaturan kadar alkohol), di mana semua program tersimpan pada mikrokontroler. Pemrograman Mikrokontroler digunakan bahasa assembly MCS-51. Pada gambar dibawah ini  disajikan diagram alir perangkat lunak pada sistem detektor.

Gambar 13. Diagram alir pemrograman sistem detektor

Penjelasan singkat diagram alir Gambar 8 diberikan berikut :

1)  Inisialisasi mikrokontroler

2) Input nilai kandungan alkohol yang diinginkan untuk larutan uji, nilai kandungan yang dimasukkan ditampilkan pada LCD.

3) Baca data dari sensor melalui ADC.

4) Bandingkan nilai data yang dimasukkan dengan nilai data yang terbaca dari sensor.

5) Bandingkan, apakah data input lebih besar atau kurang dari data sensor.

6) Aktuator 1 berfungsi untuk menaikkan kadar alkohol pada larutan.

7) Aktuator 2 berfungsi untuk mengurangi kadar alkohol pada larutan.

8) Jika data yang dimasukkan sudah sama dengan data yang terbaca oleh sensor, buzzer akan ON pertanda pengaturan nilai kadar alkohol dalam larutan sudah selesai dan sesuai dengan nilai yang diinginkan.

Gambar 14. Hasil rakitan detektor alkohol menggunakan sensor TGS 2620

Rangkaian Deteksi Kadar Alkohol Dengan Sensor TGS 822

          Perangkat detektor kadar alkohol pada minuman yang menggunakan sensor Figaro TGS 822 merupakan perangkat yang cocok dan sangat sensitif untuk mendeteksi alkohol dan juga berbagai gas yang mudah terbakar lainnya. Perangkat ini dilengkapi dengan IC 7805 dalam casing TO220 dengan unit power-plug 9 VDC, karena tidak akurat jika menggunakan unit power-plug 5 VDC, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini.

*)klik gambar untuk memperbesar dimensi skema rangkaian

Gambar 1. Skema rangkaian detektor kadar alkohol dengan sensor TGS 822

          Sensor Figaro TGS 822 yang digunakan dalam pernagkat ini hanya memerlukan sekitar 130 mA untuk pemanas. Sobat blogger dapat mengatur R1 untuk kecerahan LED1 yang digunakan, sedangkan R2 adalah resistor yang paling penting, karena akan menentukan sensitivitas perangkat secara keseluruhan. Perangkat ini menggunakan VU meter yang biasa digunakan pada beberapa aplikasi audio. Dengan mengatur R3 sekitar setengah skala VU meter akan didapatkan tegngan 2 Volt di R2 dan sobat blogger dapat menambahkan mikroprosesor dan  rangkaian lainnya yang dapat menghasilkan bunyi alarm saat tegangan R2 melebihi 2,5 Volt, atau sobat blogger juga dapat menghilangkan rangkaian alarm tersebut jika  tidak menginginkan bunyi alarm terdengar.

          Dalam perangkat ini mikroprosessor memerlukan 3,3 Volt, yang berasal dari + 5 VDC pada dua dioda D1 dan D2. Mikroprosessor ini tidak membutuhkan kapasitor decoupling. Masukan PTA0 dan PTA1 adalah input analog, yang akan diproses oleh konvereter analog ke digital yang ada di dalam internal mikroprosessor. Ketika tegangan pada PTA0 melebihi tegangan pada PTA, maka bunyi alarm terdengar bip - bip - bip ......dst. Kode untuk program mikroprosessor pada perangkat detektor ini ditulis sebagai berikut :

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// Module Name:  main.c

//

// Project Number / Name: 2210, Gas sensor

//

// Latest Change: June 2014

//

// Module Purpose:

// main file.

// Does all the work, this is the only user maintained file involved

//

// Dependancies

// See #includes list

//

// Change History:

//

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#pragma DATA_SEG DEFAULT

#include <hidef.h>

#include "derivative.h"

unsigned char ICSTRM_FLASH @0xFFAF;

Bool Alarm = FALSE;

Bool SpkrOn = FALSE;

Bool Period = FALSE;

int Counter, Vgas, Vref;

//************************************************************************************************

// Timer 8 bit MTIM Interrupt Handler

//************************************************************************************************

void interrupt 12 Timers_MtimHandler (void)  // called at 4 kHz rate

{

               PTAD_PTAD2 = TRUE;     // diagnose

               MTIMSC_TOF = 0;        // clr Timer Overflow Flag

               if (Alarm && Period)

                               SpkrOn = !SpkrOn;    // toggle speaker

               else

                               {

                 SpkrOn = FALSE;      // no current through speaker

                 Period = FALSE;   

                 }

               PTAD_PTAD3 = SpkrOn;   // signal to speaker output

               if (++Counter > 1000)  // make periods of 1/4 second

               {

               Counter = 0;

               Period = !Period;      // once per 1/4 second

               }

              

               PTAD_PTAD2 = FALSE;    // diagnose

}

//************************************************************************************************

// AdConvert10

// Performs 1 10-bit A/D conversion

//************************************************************************************************

int AdConvert10 (byte channel)

{

               int Temp;

               ADCCFG = 0x18;              // clk div 1, long sampletime, 10 bit, busclk

               ADCSC1 = (channel & 0x1F);  // no interrupts, this starts the conversion

               while (!ADCSC1_COCO);       // wait until conversion complete

               Temp =  (ADCRH << 8) + ADCRL;

               return Temp;                

}                               

//************************************************************************************************

// Initialize Timer MTIM  (fixed 4 kHz)

//************************************************************************************************

void Timers_InitMtim (void)

{

               // assume busclock of 8 MHz

               MTIMCLK = 0x05;   // BUSCLK div 32 = 250 kHz

               MTIMMOD = 61;     // divide by 62 for 4000 Hz

               MTIMSC_TSTP = 0;  // clear STOP state

               MTIMSC_TOIE = 1;  // enable interrupts

}

//************************************************************************************************

// MAIN Entry point

// Initializes various registers and peripherals

// Then goes into an infinite loop performing the A/D conversions and

// comparisons to determine the Alarm State.

//************************************************************************************************

void main (void)

{

  // set clock mode

  ICSTRM = ICSTRM_FLASH;

  ICSC1 = 0x06;   // internal reference

  ICSC2 = 0x00;   // Busclock = Osc div 2  (8 Mhz)

  SOPT1_COPE = 0; // Disable watchdog

               Timers_InitMtim ();  

               PTADD = 0x0C;   // bit 0 and 1 are analog inputs, 2 and 3 are outputs

               APCTL1 &= 0x03; // disables digital I/O on pins 7 and 8

               EnableInterrupts;

 

               for(;;) // Forever do

               {

                               Vref = Vref - (Vref >> 4) + AdConvert10(1); // Leaking Bucket integration 1/16                       

                               Vgas = Vgas - (Vgas >> 4) + AdConvert10(0);

                               Alarm = (Vgas > Vref);

               }     

}

Gambar 2. Perakitan komponen rangkaian pada PCB

Gambar 3. Memasukan PCB rangkaian pada kotak kemasan

Gambar 4. Perangkat detektor kadar alkohol yang siap pakai

Sensor Gas Alkohol TGS 822

          Alkohol banyak digunakan dalam industri minuman, yaitu minuman yang mengandung alkohol (etanol) yang dibuat secara fermentasi dari jenis bahan baku nabati yang mengandung karbohidrat, misalnya: biji-bijian, buah-buahan, nira dan sebagainya, atau yang dibuat dengan cara distilasi hasil fermentasi termasuk didalamnya adalah minuman keras klasifikasi A, B dan C. Menurut PERMENKES No.86/1977, minuman beralkohol dibedakan menjadi 3 (tiga) golongan:

1. Golongan A dengan kadar alkohol 1-5%, misalnya bir

2. Golongan B dengan kadar alkohol 5-20%, misalnya anggur

3. Golongan C dengan kadar alkohol 20-55%, misalnya wiski dan brendi.

          Kementrian kesehatan melakukan pengujian bagi minuman-minuman yang beredar di masyarakat guna layak dikonsumsi bagi konsumen. Minuman alkohol ini diuji kadar alkohol yang terkandung didalamnya di laboratorium dan dimasukkan kedalam kelas-kelas tertentu. Seiring banyaknya minuman beralkohol yang memiliki kadar alkohol yang amat tinggi (melebihi 55%) dan tidak memiliki izin beredar maka BPOM (Badan Pengawas Obat dan Makanan) melakukan operasi langsung ke lapangan. Dalam melakukan operasi minuman alkohol BPOM tidak bisa mengetahui langsung kadar alkohol yang terkandung dalamnya. Minuman tersebut diuji di Laboratorium kemudian baru bisa diketahui apakah minuman tersebut layak beredar atau tidak. Proses uji Laboratorium membutuhkan waktu yang cukup lama, sehingga bagi para pedagang tidak bisa langsung mengetahui apakah minuman yang dia jual layak beredar atau tidak.

          Dalam hal ini telah dirancang suatu alat yang efektif dan efisien dalam mengukur kadar alkohol pada minuman beralkohol. Proses perencanaan sistem ini dilakukan dengan cara merubah data analog dari sensor menjadi data digital kemudian mentransmisikan data tersebut ke mikrokontroler dan ditampilkan lewat LCD (Liquid Cristal Display). Jenis-jenis sensor yang sering digunakan untuk membuat alat ukur kadar alkohol tersebut antara lain adalah sensor TGS 822, Sensor TGS 2620, Sensor AF 63 dan Sensor MQ-3. Tetapi dalam kesmepatan kali ini penulis akan membahas terlebih dahulu tentang sensor TGS 822.

          Sensor gas alkohol TGS 822, merupakan sensor gas yang elemennya terbuat dari metal oxide semiconductor (SnO2) sehingga memiliki kemampuan deteksi yang sama dengan sensor alkohol TGS 2620, tetapi menurut salah satu produsen sensor ini memiliki jangkauan deteksi antara 10-1000 ppm untuk alkohol dan juga untuk aseton. Berikut ini ditunjukan karateristik sensitivitas dan kecepatan respon dari sensor gas TGS 822.

Gambar 1. Karakteristik sensitivitas sensor TGS 822

gambar 2. Kecepatan respon sensor TGS 822

sedangkan bentuk fisik dari sensor alkohol TGS 822 ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 3.Bentuk nyata sensor TGS 822

1. Diagram Blok Sistem Alat Ukur Kadar Alkohol 

          Untuk membuat alat ukur kadar alkohol pada suatu minuman yang menggunakan sensor TGS 822 diperlukan bebrapa komponen tambahan seperti non inverting amplifier, konverter analog to digital (ADC), mikrokontroller dan liquid cristal display (LCD) yang dirakit menjadi satu sistem. Diagram blok sistem secara keseluruhan ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.

SENSOR                NON                      ADC                  MIKRO                      LCD

   TGS       -----> INVERTING  ------> 0804  <-----> KONTROLER -------> LM1632

    822                 AMPLIFIER                                       AT89S51                

Gambar 4. Blok diagram sistem alat ukur

Penjelasan dari masing-masing blok adalah sebagai berikut :

a.      Sensor Gas Alkohol TGS 822 digunakan sebagai sensor pendeteksi kadar alkohol pada sistem alat ukur.

b.     Non Inverting Amplifier memperkuat sinyal keluaran dari sensor agar dapat diproses dengan mudah oleh rangkaian berikutnya.

c.      ADC (Analog To Digital Converter) 0804, digunakan untuk mengubah data analog dari sensor menjadi data digital.

d.      Mikrokontroler AT89S51, berfungsi sebagai pengontrol utama system.

e.   LCD (Liquid Crystal Display) LM1632, berfungsi sebagai media penampil data yang didikeluarkan dari mikrokontroler AT89S51.

2.  Rangkaian Sensor TGS 822

          Rangkaian sensor gas alkohol TGS 822 ditunjukan sepeti pada gambar di bawah ini.

Gambar 5. Rangkaian sensor TGS 822

         Prinsip kerja rangkaian sensor di atas akan dijelaskan sebagai berikut. Pada saat sensor diberi tegangan input (Vc) dan tegangan heater (VH) dan diletakkan pada udara bersih, maka resistansi sensor Rs akan turun secara cepat sehingga tegangan yang melintasi tahanan beban (RL) akan naik secara cepat pula kemudian turun sesuai dengan naiknya nilai Rs kembali sampai mencapai nilai yang stabil, kondisi ini disebut "Initial Action".

          Pada saat ada uap alkohol yang masuk ke dalam sensor, nilai resistansi sensor (Rs) akan turun sesuai dengan besarnya konsentrasi uap alkohol di udara pada saat itu. Kenaikan R, ini akan menyebabkan tegangan pada RL, atau VRL naik. Hal ini dapat dilihat pada persamaan berikut ini : 

Rs = [(Vc / VRL) - 1] x RL

dimana : Vc = Tegangan input sensor dalam Volt

VRL = Tegangan output sensor dalam Volt

 RS = Tahanan sensor dalam Ohm

 RL = Tahanan beban dalam Ohm

Sedangkan disipasi daya pada elektroda sensor (PS) dirumuskan sebagai berikut :

Ps = (Vc² x Rs) / (Rs + RL)²

3.  Rangkaian Non Inverting Amplifier

             Sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian sensor alkohol mempunyai nilai yang kecil sehingga perlu dikuatkan agar dapat diproses dengan mudah oleh rangkaian berikutnya. Agar dapat diproses oleh rangkaian digital, maka penguatan Non Inverting amplifier harus menghasilkan output tegangan antara 0 – 5 V . Rangkaian penguatan ini menggunakan IC LM741 yang diberikan tegangan pencatu sebesar +12V dan -12V pada kaki ke-7 dan kaki ke-4. Untuk mendapatkan penguatan 1,5 kali, dipasang resistor 10 kilo ohm pada kaki ke-3 inputan, resistor 20 kilo ohm dan 10 kilo ohm yang diseri pada kaki ke-2 dan kaki ke-6.

Gambar 6. Rangkaian non inverting amplifier

Tegangan keluaran dari Rangkaian Non Inverting diatas dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : 

Vo =  [ 1 – (Rf / Ri) ] x Ei

          Dalam perancangan sistem ini penguatan yang dibuat adalah 1,5 kali penguatan guna memperoleh ring data heksa ADC yang lebih lebar dari keluaran sensor, sehingga dalam perancangan Ri bernilai 20K, sedangkan Rf 10K jadi penguatan yang dihasilkan adalah 1,5 kali penguatan.

4.  Rangkaian Mikrokontroller AT89S51

            Mikrokontroler AT89S51 harus didukung oleh beberapa rangkaian lain agar dapat melakukan prosesnya, yaitu berupa rangkaian clock dan reset. Selain itu juga harus ditentukan dalam penggunaan port-portnya dan sinyal-sinyal yang digunakan mendukung proses yang dilakukan. Rangkaian mikrokontroler AT89S51 yang akan diantarmukakan dengan ADC 0804 dan modul LCD. Pada masing-masing blok memiliki rangkaian yang sama. Berikut adalah gambar rangkaian mikrokontroler adalah sebagai berikut.

Gambar 7. Rangkaian mikrokontroller AT89S51

Dalam sistem mikrokontroler ini direncanakan penggunaan port yang tersedia sebagai berikut :

1. Port 0.0 - 0.7 sebagai jalur untuk LCD.

2. Port 2.0 - 2.1 sebagai jalur data untuk pembaca dan menulis modul LCD.

3. Port 3.0 – 3.7 sebagai jalur untuk ADC.

a.  Rangkaian Pewaktu (Clock)

          Kecepatan proses yang dilakukan oleh mikrokontroller ditentukan oleh sumber clock yang mengendalikan mikrokontroller tersebut. Sistem yang akan dirancang ini menggunakan asilator internal yang sudah tersedia dalam chip mikrokontroller AT89S51. untuk menentukan frekuensi osilatornya cukup dengan cara menghubungkan kristal pada pin 19 (XTAL 1) dan pin 18 (XTAL 2) serta dua buah kapasitor ke ground. Besarnya kapasitansi, disesuaikan dengan spesifikasi pada lembar data AT89S51 yaitu 30pF. Kristal yang digunakan adalah 12 MHz. Gambar berikut ini menunjukan rangkain clock yang digunakan.

Gambar 8. Rangkaian pewaktu (clock)

b.  Rangkaian Reset

          Reset pada mikrokontroler merupakan masukkan aktif High ‘1’ Pulsa transisi dari rendah ‘0’ ke tinggi ‘1’ akan mereset mikrokontroler menuju alamat 0000H. Pin reset dihubungkan dengan rangkaian power on reset seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 9. Rangkaian power on reset

          Rangkaian reset bertujuan agar mikrokontroler dapat menjalankan proses dari awal. Rangkaian reset untuk mikrokontroler dirancang agar mempunyai kemampuan power on reset, yaitu reset yang terjadi pada saat sistem dinyalakan untuk pertama kalinya. Reset juga dapat dilakukan secara manual dengan menekan tombol reset yang berupa switch push button. Rangkaian Reset terbentuk oleh komponen R dan C. Nilai R yang dipakai adalah 10 kilo ohm dan C 47 μF. Sedangkan untuk mencari frekuensi dari reset tersebut menggunakan rumus sebagai berikut : fo = 1 / (1,1 R C). Sehingga dengan komponen resistor dengan nilai 10 kΩ serta kapasitor dengan nilai 47 uF akan dihasilkan frekuensi. fo = 1,93 Hz. Maka Periode Clock T = 1 / fo = 0,52 detik.

5.  Rangkaian Konverter Analog ke Digital

          Dalam pembuatan alat ini juga dibutuhkan pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital atau disebut juga Analog to Digital Converter (ADC), hal ini disebabkan karena sinyal-sinyal yang didapat dari sensor adalah berupa sinyal analog sedangkan rangkaian mikrokontroller menggunakan sistem digital sehingga membutuhkan masukan berupa sinyal digital. ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran sensor gas yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan adalah ADC 0804 pada mode kerja free running. Rangkaian free running ADC 0804 ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Gambar 10. Rangkaian ADC 0804

          Pada sistem yang dirancang menggunakan ADC 0804 Mode Free Running dimana ADC 0804 akan mengeluarkan data hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan (continue) setelah selesai mengkonversi tegangan analog ke digital. Pin INTR akan berlogika rendah setelah ADC selesai mengkonversi, logika ini dihubungkan kepada masukan WR untuk memerintahkan ADC memulai konversi kembali.

6.  Interface Mikrokontroller ke modul LCD

          LCD Display Module M1632 buatan Seiko Instrument Inc. adalah komponen display yang paling umum digunakan saat ini. LCD M1632 merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing-masing baris bias menampung 16 huruf/angka. Proses mengirim/mengambil data dari M1632 bisa dijabarkan sebagai berikut :

-    RS harus disiapkan dulu, untuk menentukan jenis data seperti yang telah dibicarakan diatas.

-  R/W di-nol-kan untuk menandakan akan diadakan pengiriman data ke M1632. Data yang akan dikirim disiapkan di DB0….DB7, sesaat kemudian sinyal E disatukan dan dinolkan kembali. Sinyal E merupakan sinyal sinkronisasi, saat E berubah dari 1 menjadi 0 data di DB0….DB7 diterima oleh M1632.

-   Untuk mengambil data dari M1632 sinyal R/W disatukan, menyusul sinyal E disatukan, pada E menjadi 1, M1632 akan meletakkan datanya di DB0….DB7, data ini harus diambil sebelum sinyal E dinolkan kembali.

          Untuk menghubungkan dengan mikrokontroller, pemakai LCD M1632 dilengkapi dengan 8 jalur data (DB0….DB7) yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun perintah pengatur kerjanya M1632. Selain itu dilengkapi pula dengan E, R/W dan R/S seperti layaknya komponen yang kompetibel dengan mikroprosesor.

          RS (Register Select) dipakai untuk membedakan jenis data yang dikirim M1632, kalau RS=0 data yang dikirim adalah perintah untuk mengatur kerja M1632, sebaliknya kalau RS=1 data yang akan dikirim adlah kode ASCII yang ditampilkan.

          M1632 mempunyai seperangkat perintah untuk mengatur tata kerjanya,perangkat perintah tersebut meliputi perintah untuk menghapus tampilan, meletakkan kembali kusor pada baris huruf pertama baris pertama, menghidupkan/mematikan tampilan dan lain sebagainya.

          Untuk tampilan dipergunakan LCD Dot Matrik 2 x 16 karakter. Sinyal-sinyal yang diperlukan oleh LCD adalah RS dan Enable, sinya l RS dan Enable dipergunakan sebagai input yang outputnya dipakai untuk mengaktifkan LCD. LCD akan aktif apabila mikrokontroller memberikan instruksi tulis pada LCD. Saat kondisi RS don’t care dan enable 0 maka LCD tetap pada kondisi semula, pengiriman data ke LCD dilakukan saat RS berlogika 0 dan enable berlogika 1. instruksi dikirim pada LCD bila keadaan RS berlogika 1 dan enable berlogika 1. Pin LCD ini untuk data terkoneksi pada port 0 mikrokontroller. Kemudian untuk RS dihubungkan pada Port 2.0, tulis/baca (Read/Write) diberi logika low karena disini LCD bersifat menulis data, dan yang terakhir Enable (E) dikendalikan dengan Port 2.1. Gambar rangkaian LCD ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 11. Rangkaian LCD LM1632

7.   Perangkat Lunak (Software)

          Perancangan perangkat lunak (Software) sangat diperlukan oleh programmer dalam mempermudah menentukan langkah-langkah atau alur dari program. Selain mempermudah langkah- langkah pemrograman, diagram alir juga difungsikan supaya program sesuai dan sinkron dengan perangkat keras (Hardware), sehingga sesuai dengan apa yang direncanakan.

Gambar 12. Alat ukur kadar alkohol minuman dengan sensor TGS 822