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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar