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