Perancangan Alat Pengukur Gas Karbon Monoksida Pada Kendaraan Bermotor Berbasis Mikrokontroller ATmega16 dan interface (BAB IV)

BAB IV

HASIL DAN UJI COBA

IV.1. Software

            Instalasi merupakan hal yang sangat penting karena merupakan proses penginputan data dari komputer ke dalam mikrokontroler. Sebelum melakukan instalasi, hubungkan terlebih dahulu antara komputer dengan downloader melalui kabel USB ke rangkaian mikrokontroler.

Dalam proses instalasi ini menggunakan aplikasi BascomAVR Untuk melakukan instalasi ini dapat dilakukan dengan beberapa langkah antara lain :

a.       Langkah pertama yang dilakukan adalah menjalankan software BascomAVR dengan mengklik icon      . Setelah program melakukan load maka akan terlihat bentuk tampilan seperti gambar IV.1. :

Gambar IV.1. Tampilan Software BASCOM AVR.

b.      Selanjutnya untuk memprogram Mikrokontroler ATmega16 yaitu dengan mengetikkan program sesuai dengan yang dibutuhkan pada alat. Seperti yang terlihat pada gambar VI.2 :  

Gambar IV.2. Tampilan Program

c.         Sebelum melanjutkan tahap instalasi mikrokontroler pada program yang telah selesai,  maka terlebih dahulu  program tersebut di-Save sebelum di-Compile. Untuk menyimpan Program dapat dilihat pada gambar IV.3 :

Gambar IV.3. Proses Penyimpanan File.

d.     
Untuk melanjutkan tahap instalasi mikrokontroler, program terlebih dahulu di-check dengan mengklik tombol “Compile” atau ikon IC , proses ini berfungsi untuk mensetting program kedalam Chip Mikrokontroler. Dapat dilihat apakah program yang dibuat memiliki kesalahan atau tidak, kalau berhasil maka akan tertulis “No errors”. Proses Compile dapat  dilihat pada gambar VI.4 :

 

Gambar VI.4. Proses Compile

Untuk mengisi program yang telah di compile dari PC/Laptop ke mikrokontroler maka diperlukan software Avr-dude. Avrdude adalah program untuk meng-upload/download kode hex ke dalam mikrokontroler ATmega16. Untuk mengisi filehex ke mikrokontroler dapat dilakukan dengan beberapa langkah antara lain :

1.    Langkah pertama yang harus dilakukan adalah buka program AVR-DUDE dengan mengklik icon           , Kemudian AVR-DUDE akan tampil seperti gambar IV.5.

Gambar IV.5 Tampilan Configuration AVR-Dude

2.     
Setelah itu klik pada “location of avrdude” kemudian cari dimana lokasi avrdude.exe, setelah itu klik avrdude.exe kemudian klik open. Kemudian klik juga pada “-C Location of alternate configuration file:” setelah itu cari dimana lokasi avrdude.conf kemudian klik open. Dan ubah nilai “–p Device:” menjadi m16, ini dikarenakan memakai Mikrokontroler ATmega16.

3.     
Tahap selanjutnya yaitu klik tab “Files” pada AVR-Dude, kemudian klik open pada “Flash” kemudian cari file .hex dari program yang telah di Compile sebelumnya, yaitu “Pengukur Gas CO.hex” setelah itu ubah nilai Format: menjadi Autodetect, seperti pada gambar IV.6. ini :

Gambar IV.6. Tampilan Download File Pada AVR-DUDE

4.      Selanjutnya tekan Execute untuk men-download program dari PC ke mikrokontroler, jika berhasil maka dapat dilihat pada gambar IV.7.

Gambar IV.7. Tampilan Selesai Men-download File Ke Mikrokontroler

IV.2. Software Interface

Software interface pada alat pengukur gas CO pada kendaraan berbasis mikrokontroler ATmega16 adalah program yang dijalankan untuk menerima data Gas CO ke komputer untuk tampilkan. Sebelum melakukan instalasi, hubungkan terlebih dahulu antara komputer dengan komunikasi usb to serial melalui kabel USB ke rangkaian mikrokontroler.

Berikut adalah hasil dari perancangan software interface, ditunjukan oleh gambar IV.8 :

Gambar IV.8. Software Interface

IV.3. Hardware

            Setelah semua rangkaian yang telah selesai dirancang pada alat pengukur gas karbon monoksida berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface, kemudian dilakukan penyatuan semua rangkaian yang telah selesai. Berikut adalah gambar hasil dari perancangan alat pengukur gas karbon monoksida pada kendaraan berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface, ditunjukan oleh gambar IV.9 :

Gambar IV.9. Keseluruhan dari Hardware

IV.4. Uji Coba Perangkat

            Pengujian perangkat dilakukan guna mendapatkan hasil yang maksimal pada alat pengukur gas karbon monoksida pada kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface ini. Ada beberapa pengujian yang akan dilakukan antara lain:

IV.4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATmega16

Untuk mengetahui apakah rangkaian mikrokontroler ATmega16 telah bekerja dengan baik, maka dilakukan pengujian. Pengujian bagian ini dilakukan dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroler ATmega16, Programnya adalah sebagai berikut:

$regfile = "m16def.dat"

$crystal = 11059200

$baud = 9600

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6 , Db7 = Portc.7 , E = Portc.1 , Rs = Portc.0

Config Lcdbus = 4

Config Lcd = 16 * 2

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc

Start Adc

Cursor Off

Cls

Do

Upperline

Lcd "  TEST HARDWARE "

Lowerline

Lcd Getadc(0)

waitms 500

Loop

            Program di atas bertujuan untuk menampilkan tulisan “TEST HARDWARE” di LCD 16x2 yang terhubung ke mikrokontroler melalui PORTC. Apabila LCD 16x2  menampilkan tulisan “TEST HARDWARE” dan nilai ADC seperti tulisan diatas, maka rangkaian minimum mikrokontroler ATmega16 telah bekerja dengan baik.

IV.4.2 Pengujian Downloader

Pengujian rangkaian downloader ini dapat dilakukan dengan memindahkan data program dari komputer ke mikrokontroler ATmega16. downloader terlebih dahulu disambungkan ke komputer, melalui port USB. Data program diketik pada software BascomAVR menggunakan bahasa Basic kemudian di-Compile dan di-download ke mikrokontroler. Jika proses men-download tidak terdapat error, maka downloader dan mikrokontroler yang digunakan dalam kondisi baik.

IV.5.    Pengujian Perangkat

Pada perancangan alat pengukur gas karbon monoksida pada kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface, terdapat dua mode penggunaan, yaitu modeLCD dan ModeUSB atau menggunakan software interface. Berikut adalah gambar pada saat perangkat dihidupkan, ditunjukan pada gambar IV.10 berikut :

Gambar IV.10. Perangkat Pada Awal Dijalankan

            Setelah perangkat dihidupkan, perangkat akan menampilkan pemilihan mode yang akan digunakan pengguna. Berikut adalah gambar dari proses pemilihan mode, ditunjukan pada gambar IV.11 berikut :

Gambar IV.11. Pemilihan Mode

IV.5.1. Pengujian Mode LCD

Pemilihan mode ini dilakukan dengan penekanan tombol “modeLCD” pada perangkat. Pada mode ini, pengguna dapat melihat data ADC dari sensor dan  data konsentrasi gas CO yang terukur dalam satuan ppm. Berikut adalah gambar pada saat modeLCD dijalankan, ditunjukan pada gambar IV.12 berikut :

Gambar IV.12. Mode LCD

Setelah itu usahakan putaran mesin pada kendaraan telah mencapai putaran menengah dan dalam kondisi stabil, dan jika data sensor gas CO yang diterima pada saat pengukuran terlihat stabil, maka dapat dilakukan penguncian nilai konsentrasi gas yang terdeteksi dan menampilkannya pada LCD dengan menekan tombol “Proses”. Berikut adalah gambar pada saat proses hasil pengukuran, ditunjukan pada gambar IV.13 berikut :

Gambar IV.13. Hasil Pengukuran ModeLCD

IV.5.2. Pengujian Mode Software Interface

Pemilihan mode ini dilakukan dengan penekanan tombol “modeUSB” pada perangkat. Sebelum melakukan pemilihan modeUSB, pengguna harus menghubungkan perangkat melalui port USB terlebih dahulu, kemudian  menjalankan software interface nya. Dapat dilihat pada gambar IV.14 berikut :

Gambar IV.14. Perangkat Terhubung Ke Komputer

Setelah terhubung, pengguna dapat melakukan koneksi ke perangkat dengan cara, menekan tombol “Baca Port”, kemudian pada “Combo box” pilih Port (COM) yang sedang terhubung ke perangkat dengan kabel usb to serial atau terlebih dahulu bisa melihat dari device manager, port (com) mana yang sedang terhubung. Lalu tekan tombol “Koneksikan” untuk melakukan koneksi perangkat dengan software interface,jika sudah terkoneksi maka akan ada tulisan “Status : Sedang Terkoneksi” pada status bar. seperti ditunjukan pada gambar IV.15 berikut :

                                                                                                        

Gambar IV.15. Melakukan Koneksi Ke Perangkat

Setelah perangkat telah terkoneksi pada software interface, pengguna dapat melihat langsung data gas CO yang dikirim oleh perangkat pada software interface Secara Real-Time atau selama perangkat masih hidup dan terkoneksi software interface. Disamping itu pengguna dapat melanjutkannya dengan  mengisi data nama pemilik kendaraan dan nomor plat kendaraan pada form yang tersedia di-software interface. Seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar IV.16. Tampilan Software Interface Pada Saat Menerima Data dan Mengisi Data Kendaraan

Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, pada saat pengujian usahakan putaran mesin kendaraan mencapai putaran menengah atau kisaran 3000-7000 rpm dan usahakan dalam kondisi stabil. Jika data sensor gas sudah terlihat stabil pada software interface, maka pengguna dapat melakukan penguncian nilai konsentrasi gas yang telah diukur dengan menekan tombol “Proses” pada software interface.

Software interface juga dapat menyimpan data pada saat pengukuran berlangsung dengan menekan tombol “Simpan Data Rekaman Sensor”  dan juga  dapat menyimpan data dari hasil pengukuran dengan menekan tombol “Simpan Hasil Pengukuran” dan tombol “Bersihkan” untuk membersihkan data yang ada pada listbox. Penyimpanan data logging ke dalam teks ditunjukan oleh gambar IV.17. berikut :

Gambar IV.17. Tampilan Hasil Penyimpanan Datalog

Untuk menghentikan program dapat dilakukan dengan melakukan disconnect pada perangkat, sehingga data akan terputus serta menekan tombol “reset” pada mikrokontroler. Untuk penggunaan program pada perangkat dapat dilakukan dengan menekan menu “reset” atau mengulang prosesnya dari awal. Untuk keluar dari program dapat dilakukan dengan menekan tombol “Keluar”.

IV.6.  Analisa Perangkat

IV.6.1. Hasil Pengujian Sensor Gas MQ-7

Untuk menentukan nilai konsentrasi gas Karbon Monoksida terlebih dahulu harus mengetahui nilai Rs, nilai Rs merupakan nilai konsentrasi gas untuk menentukan nilai satuan yang diukur, dalam hal ini nilai satuan gas dinyatakan sebagai ppm. Satuan ppm merupakan Part per Milion yang artinya partikel per sejuta. Berdasarkan datasheet sensor MQ-7, nilai Rs dapat ditentukan dengan rumus seperti berikut :

Rs = (Vc / VRL) - 1 x RL

Vc merupakan tegangan input yang dibutuhkan pada rangkaian, dalam hal ini Vc diberikan tegangan 5V. Pada sistem ini menggunakan nilai RL sebesar 10 KΩ. Dari persamaan di atas, semakin banyak gas maka resistansi semakin menurun dan nilai VRL semakin membesar. VRL merupakan nilai output sensor yang nilainya selalu berubah-ubah. Untuk mengetahui akurasi dari sensor gas perlu dilakukan kalibrasi sensor. Pengkalibrasian sensor dilakukan dengan mencatat nilai Rs pada setiap perubahan konsentrasi gas CO yang tertera di alat ukur Gas analyzer SY-GA 401. Gas analyzer SY-GA 401 merupakan alat standar penguji emisi gas buang. Alat ini mempunyai beberapa sensor yang integrasi diantaranya dapat menghitung kadar gas Karbon Monoksida, Oksigen, Karbon Dioksida dan Hidrokarbon.

Gambar IV.18 Pengujian menggunakan Gas analyzer SY-GA 401

 Perubahan nilai Rs terhadap konsentrasi gas CO dicatat dalam tabel dibawah ini :

Tabel IV.I. Perubahan Rs Terhadap Konsentrasi Gas CO

Rs (Kohm)	PPM (Pada Gas analyzer SY-GA 401
8	3020
10	2970
17	2700
169	200
222	20

Gambar IV.19 Grafik Perubahan Rs Terhadap Konsentrasi Gas Co

Rumus untuk mencari nilai ppm diperoleh dari persamaan polynomial dengan menggunakan analisis trendline menggunakan Microsoft excel yaitu :

y = 0.067x² - 29.31x + 3229.
R² = 0.999

Nilai ppm hasil pengujian sensor berdasarkan analisa tredline di tunjukan pada table berikut.

Tabel IV.2. Nilai Perbandingan PPM Dengan Alat Gas analyzer SY-GA 401 Berdasarkan Analisa Trendline

Rs(Kohm)	Ppm (pada Gas analyzer SY-GA 401)	Ppm pada alat (Hasil Perhitungan = 0.067(Rs) - 29.31(Rs) + 3229. )	% alat error
8	3020	2998.808	0.701 %
10	2970	2942.6	0.942 %
17	2700	2750.093	1.855 %
169	200	189.197	5.401 %
222	20	24.208	21.04 %
Jumlah persentase alat error			29.939 %

Rata-rata kesalahan pengukuran = 29.939 %  / 5 pengujian = 9.987 % . Dari hasil pengujian di atas, disimpulkan bahwa sensor gas MQ-7 berkerja kurang baik,  dengan jumlah selisih rata-rata kesalahan 9.987 % dari 5 pengujian. Ketidak akuratan dalam pengukuran ini disebabkan karena hal-hal sebagai berikut:

1.    Peletakan sensor yang kurang tepat

2.    Putaran mesin kendaraan yang tidak stabil atau tetap.

3.    Suhu dan angin gas buang kendaraan yang tinggi menyebabkan pembacaan sensor jadi tidak stabil.

4.    Sifat gas CO itu sendiri yang sangat mudah terkontaminansi oleh gas-gas lainnya, menyebabkan sulit untuk mendapatkan data yang akurat.

Adapun Standart dari pencemaran udara untuk gas karbon monoksida dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel IV.3 Standar Pencemaran Udara Untuk Gas Karbon Monoksida

Katagori	Kadar CO (dalam Ppm)
Baik	0-50 ppm
Sedang	51-100 ppm
Tidak Sehat	101-199 ppm
Sangat Tidak Sehat	200-299 ppm
Berbahaya	Ø 300 ppm

            Dan berdasarkan peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor lama menteri negara lingkungan hidup, dapat dilihat dari tabel berikut:

Tabel IV.4 Kendaraan Bermotor Katagori L

Katagori	Tahun Pembuatan	Parameter		Metode uji
		CO ( % )	HC ( ppm )
Sepeda Motor 2 Langkah	< 2010	4.5	12000	idle
Sepeda Motor 4 Langkah	< 2010	5.5	2400	idle
Sepeda Motor (2 langkah dan 4 langkah)	> 2010	4.5	2000	idle

Jadi dapat disimpulkan, jika hasil pengukuran kadar gas CO pada kendaraan bermotor tidak melebihi 4.5 % (4500 ppm), maka gas buang kendaraan tersebut masih tergolong standart.

IV.7.  Kelebihan dan Kekurangan

Pada perancangan alat pengukur gas karbon monoksida pada kedaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface masih jauh dari sempurna. Perakitan dan pembuatan perangkat ini memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, diantaranya:

a.        Kelebihan

Adapun beberapa kelebihan yang dimiliki alat pengukur gas karbon monoksida pada kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATmega 16 dan interface ini, antara lain :

1.      Perangkat dapat mendeteksi / mengukur konsentrasi gas CO dengan cepat.

2.      Perangkat dirancang seminimalis mungkin sehingga dapat digunakan dengan mudah.

3. Dapat berfungsi sebagai pengukur gas karbon monoksida pada ruangan.
4. Pada software interface, dapat menyimpan hasil pengukuran secara mudah sehingga dapat dijadikan data logging untuk kebutuhan yang lainnya.
5. Perangkat memiliki fitur berupa ModeLCD dan ModeUSB, sehingga dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan.
6. Sumber daya dapat menggunakan baterai, USB ataupun melalui power supply.

b.      Kekurangan

Adapun beberapa kekurangan yang dimiliki alat pengukur gas karbon monoksida (CO) pada kendaraan bermotor berbasis mikrokontroler ATmega16 dan interface ini, antara lain adalah :

1. Waktu untuk pemanasan sensor MQ-7 yang kurang mengakibatkan data gas yang kurang akurat.
2. Sifat gas CO itu sendiri sangat mudah terkontaminasi oleh gas-gas lainnya, Sehingga saat proses pengukuran sulit untuk mendapatkan data gas yang stabil.
3. Koneksi antara komputer dengan perangkat masih menggunakan perantara kabel.
4. Penyimpanan data logging harus dilakukan dengan penekanan tombol, tidak secara otomatis. 
5. Penggunaan baterai pada saat menggunakan ModeLCD tidak bertahan lama, karena membutuhkan daya yang cukup besar.
6. Sensor gas karbon monoksida MQ-7 kurang cocok pada penggunaan untuk industri, dikarenakan kurang akurat terhadap perhitungan konsentrasi gas.