Alat Pemantau Gas Karbon Monoksida (Co) Dan Nitrogen Dioksida (No2)

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. MACAM MACAM – MACAM MACAM GAS BERBA BERBAHAY HAYA A

Kendaraan bermotor merupakan salah satu sumber pencemaran udara yang   penting di daerah perkotaan. Kondisi emisi kendaraan bermotor sangat dipengaruhi oleh kandungan bahan bakar dan kondisi pembakaran dalam mesin. Pada pembakaran sempurna, emisi paling signifikan yang dihasilkan dari kendaraan bermotor berdasarkan massa adalah gas karbon dioksida (CO2) dan uap air, namun kondisi ini jarang terjadi. Hampir semua bahan bakar mengandung   polutan dengan kemungkinan pengecualian bahan bakar sel (hidrogen) dan hidrokarbon ringan seperti metana (CH4). Polutan yang dihasilkan kendaraan   bermotor yang menggunakan BBM antara lain Carbon Monoxida (CO), Hidro Karbon (HC), Sulfur Dioksida (SO 2), Nitrogen Dioksida (NO 2), dan partikulat. (www.udarakota.bappenas.go.id ) 1.

Nitr Nitrog ogen en diok dioksi sida da (NO (NO2)

  Nitrogen dioksida termasuk gas yang berbahaya bagi manusia. Gas NO 2 yang berada di udara jika berlebihan merupakan polusi udarayang beracun. Sumber pencemaran gas NO 2 terutama berasal dari pembakaran bahan bakar fosil (minyak atau batubara), pada mesin-mesin penggerak transportasi maupun

6

industry. Penelitian menunjukan bahwa NO 2 empat kali lebih beracun daripada  NO. (Sumber : http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF )  Nitrogen dioksida dalam kadar yang tinggi mempunyai cirri-ciri berwarna merah kecoklatan dan beracun. NO 2 bersifat racun terutama terhadap paru-paru. Keracunan gas NO 2 yag tinggi dapat menyebabkan gangguan pada system syaraf  yang mengakibatkan kejang-kejang dan apabila keracunan tersebut berlanjut akan menyebabkan

kelumpuhan

dan

gejala-gejala

pembengkakan

paru

(edma

  pulmonari). Percobaan dengan pemakaian NO2 dengan kadar 5 ppm selama 10 menit terhadap manusia mengakibatkan kesulitan dalam bernafas. (Sumber : http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF ) Udara yang telah tercemar oleh gas nitrogen dioksida tidak hanya   berbahaya bagi manusia dan hewan saja, tetapi juga berbahaya bagi kehidupan tanaman. Pengaruh gas NO 2 pada tanaman antara lain seperti timbulnya bintik bintik pada permukaan daun. Pada konsentrasi yang lebih tinggi gas tersebut dapat menyebabkan nekrosis atau kerusakan pada jaringan daun. Dalam keadaan yang seperti ini, daun tidak bisa berfungsi secara sempurna sebagai tempat terbentuknya karbohidrat melalui prosen fotosintesis, akibatnya tanaman tidak   bias bereproduksi seperti yang diharapkan. Konsentrasi gas NO 2 sebanyak 10 ppm sudah dapat menurunkan kemampuan fotosintesis daun sampai sekitar 60 %. (http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF )

7

Pencemaran udara oleh gan NO 2 juga dapat menyebabkan timbulnya

  Peroxy Acetil Nitrates (PAN). PAN ini menyebabkan iritasi pada mata yang menyebabkan mata menjadi terasa perih dan berair. Campuran PAN bersama kimia lainnya yang ada diudara dapat menyebabkan kabut foto kimia atau  photo

chemistry smog yang sangat mengganggu lingkungan. Kadar NO2 di udara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena   berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan manusia akan menambah kadar NO2 di udara seperti transportasi, generator pembangkit listrik, mesin  produksi pabrik dan lain sebagainya. Pencemaran gas NO 2 di udara terbesar berasal dari gas buang hajsil   pembakaran yang keluar dari generator pembangkit listrik stasioner atau mesinmesin yang menggunakan bahan bakar gas alami. Pembentukan NO2 merupakan reaksi antara nitrogen dan oksigen di udara sehingga membentuk NO, yang kemudian bereaksi lebih lanjut dengan lebih   banyak oksigen membentuk NO2. Keberadaan NO2 di udara dapat dipengaruhi oleh sinar matahari yang mengikuti daur reaksi fotolitik N O 2 sebagai berikut :  NO2 + sinar matahari O + O2

O3 (ozon)

O3 + NO

NO2 + O2

NO + O

8

2.

CARBON MONOKSIDA (CO)

Karbon monoksida (CO) merupakan gas yang tidak memiliki aroma yang khusus. Senyawa CO dapat bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk  karboksi hemoglobin (Hb-CO) yang tidak bisa mengangkut oksigen dalam sirkulasi darah. Celakanya kemampuan CO dalam mengikat Hb ternyata 210 kali lebih kuat di bandingkan oksigen, sehingga oksigen akan kalah bersaing. Seseorang yang teracuni gas CO akan mengalami gejala sakit kepala, gangguan mental (mental dullness), pusing, lemah, mual, muntah, kehilangan kontrol otot, diikuti dengan penurunan denyut nadi dan frekuensi pernapasan, pingsan, dan  bahkan meninggal. Kasus pingsan atau bahkan meninggal akan terjadi bila kadar  Hb-CO dalam darah mencapai 60 persen dari total Hb darah atau lebih. Penelitian menyebutkan, CO dengan konsentrasi 250 ppm dapat membuat orang pingsan. Bahkan pada konsentrasi 1.000 ppm, dapat menyebabkan kematian seketika. Adanya gas karbon monoksida adalah emisi gas buang yang timbul dari akibat pembakaran yang tidak sempurna dalam mesin. Selain gas karbon monoksida pembakaran tidak sempurna mengeluarkan gas karbon dioksida yang  juga berbahaya bagi lingkungan. Pembakaran tidak sempurna dalam mesin mobil terjadi karena kondisi mobil yang tidak terawat. Dalam kondisi kurang terawat, mesin masih bisa berfungsi, tetapi akan mengeluarkan gas beracun, selain itu mesin yang kurang terawat juga boros bahan bakar. Gas ini merupakan hasil   pembakaran tak sempurna dari gas alami dan material lain yang mengandung karbon seperti bensin, minyak tanah, pelumas, propana, batubara, dan kayu.

9

Jangan salah, pembakaran dari tungku arang di rumah-rumah juga menghasilkan gas CO. Namun, sumber yang paling umum berupa residu pembakaran mesin. Keberadaan gas ini akan sangat berbahaya jika terhirup oleh manusia karena gas itu akan menggantikan posisi oksigen yang berikatan dengan haemoglobin dalam darah. Gas CO akan mengalir ke dalam jantung, otak, serta organ vital lainnya yang seharusnya dialiri oksigen. Ikatan antara CO dan haemoglobin membentuk karboksihaemoglobin yang jauh lebih kuat 200 kali dibandingkan dengan ikatan antara oksigen dan haemoglobin. Akibatnya tentu sangat fatal. Pertama, oksigen akan kalah bersaing de-ngan CO saat berikatan dengan molekul haemoglobin. Ini berarti kadar oksigen dalam darah akan  berkurang. Padahal seperti diketahui, oksigen sangat diperlukan oleh sel-sel dan  jaringan tubuh untuk melakukan fungsi metabolismenya. Kedua, gas CO akan menghambat kompleks oksidasi sitokrom. Hal ini menyebabkan respirasi intraseluler menjadi kurang efektif. Terakhir, CO dapat  berikatan secara langsung dengan sel otot jantung dan tulang. Efek paling serius adalah terjadi keracunan secara langsung terhadap sel-sel tersebut, juga menyebabkan gangguan pada sistem saraf. a. Sifat gas CO

1) Zat tidak berwarna dan tidak berbau 2) Tidak mudah larut dalam air  3)

Di dalam udara apabila diberikan api akan terbakar dengan mengeluarkan asap biru dan menjadi CO2 (carbon dioksida)

10

b. Dampak keracunan CO

Keracunan gas CO dalam jumlah banyak akan membuat kita mengalami   berbagai hal mengerikan hanya dalam hitungan menit. Mulai dari hilang kesadaran hingga mati lemas. Selain merasakan sesak nafas, hal yang biasa dialami saat keracunan CO yakni sakit kepala, rasa lelah yang amat sangat,   pusing, serta mual-mual. Sakit dada mendadak juga dapat muncul pada orang yang menderita angina pectoris (nyeri dada). (Sumber : http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF ) Dampak keracunan CO ini dapat semakin memburuk. Penderita akan meng-alami muntah-muntah, kebingungan, kehilangan kesadaran, serta otot-otot menjadi lemah. Sebagai gambaran, gas CO pada kadar rendah yang setara dengan 20%

tingkat

saturasi

haemoglobin

dalam

darah,

pertama

kali

akan

memperlihatkan gejala sakit kepala, pusing, sakit perut, dan mual. Sedangkan tingkat saturasi haemoglobin sebanyak 20-40% akan menimbulkan gejala kebingungan dan kelemahan pada otot-otot tubuh. Pada tingkat saturasi haemoglobin yang mencapai 40-60% akibatnya bisa sangat fatal. Gejala yang timbul dari mulai hipotensi, koma, kejang-kejang sampai menimbulkan kematian! Tanda keracunan CO yang mudah terlihat adalah terjadi perubahan warna pada kulit. Kulit bisa terlihat kemerah-merah-an atau justru terlihat kebiruan (gejala sianosis) karena sel-selnya kekurangan oksigen. (Sumber : http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF )

11

Orang yang mengalami keracunan gas CO dapat mengalami kerusakan  permanen pada bagian tubuh yang memerlukan oksigen cukup banyak seperti otak  dan jantung. Termasuk, saluran reproduksi yang dapat menyebabkan kematian   janin atau menurunkan tingkat fertilitas. Dampak keracunan CO ini sangat   beragam pada tiap orang. Keracunan CO biasanya dapat muncul dengan sangat cepat tanpa diduga sebelumnya, terutama pada anak-anak, orang tua, orang yang menderita penyakit paru-paru dan jantung, atau perokok berat. Dapat juga, keracunan menimpa orang yang tengah berada di tempat ketinggian, saat kadar oksigen sangat tipis. Racun CO bisa berdampak paling   parah pada janin yang tengah dikandung. Janin dan bayi lebih rentan terkena keracunan gas CO karena afinitas CO pada haemoglobin janin lebih tinggi dibandingkan dengan afinitas pada haemoglobin orang dewasa. Terdapat sejumlah pekerjaan yang memiliki risiko tinggi mengalami keracunan gas CO. Selama ini kita mengenal bahwa orang-orang yang selalu   berhubungan dengan asap kenalpot kendaraan adalah yang paling berisiko. Sejumlah profesi di jalanan seperti polisi lalu lintas, tukang parkir, gelandangan, hingga sopir angkutan umum hampir dipastikan akan selalu menghirup kandungan CO setiap harinya. Namun, ternyata sejumlah profesi lain yang tak   berhubungan dengan jalanan juga ternyata memiliki risiko yang tak kalah tinggi. Seperti, para pekerja di ruang boiler, tempat pembuatan bir, bengkel, penyulingan minyak, pabrik pulp dan kertas, serta pabrik baja. Risiko yang tinggi juga dapat ditemui pada pekerja pelabuhan, pemadam kebakaran, serta operator mesin diesel.

12

Proses keracunan CO dapat melalui inhalasi secara langsung (CO berupa gas) serta kontak terhadap mata atau kulit (gas CO yang telah terlarut dalam cairan). Untuk mengetahui tingkat toksisitas gas CO terhadap tubuh, berbagai   penelitian toksikologi telah dilakukan sejak lama. Penelitian dilakukan pada hewan maupun manusia. c. Efek pada hewan

Seperti dijelaskan sebelumnya, gas CO di dalam darah akan berikatan dengan haemoglobin membentuk karboksihaemoglobin. Hal ini menyebabkan  jumlah kandungan oksigen yang seharusnya didistribusikan ke tiap jaringan tubuh menurun. Penelitian yang dilakukan   National Institute for Occupational Safety

and Health (NIOSH) tahun 1993 mengenai letal konsentasi (LC) 50 pada tikus adalah

1807

ppm

(part

per

million)

selama

empat

jam.

Kadar 

karboksihaemoglobin dalam tubuh sebanyak 5% dapat meningkatkan derajat myocardial ischemia yang berhubungan dengan acute myocardial infraction pada anjing. Pada kera rhesus dengan tingkat keracunan CO yang sangat parah, kematian akan muncul sebagai akibat dari rendahnya tekanan darah. Pada hewan  percobaan di laboratorium, keracunan CO terlihat dengan penurunan respon pada saraf motorik dan perubahan sel saraf tepi. CO diketahui dapat menembus   plasenta dan berdampak langsung pada janin hewan. Janin yang teracuni CO hingga 150 ppm memiliki berat janin yang lebih rendah dibandingkan dengan  janin normal. Selain itu, pertumbuhannya terganggu berdasarkan hasil pengujian geotaksis.

13

d. Efek pada manusia

Seperti pada hewan, CO dalam darah manusia juga akan membentuk  ikatan karboksihaemoglobin dan menurunkan kandungan oksigen dalam darah (hipoksia). Aktivitas respirasi dan sirkulasi yang tinggi di dalam darah dapat meningkatkan pembentukan karboksihaemoglobin. Kondisi tersebut dapat ditemui saat temperatur udara meningkat, seperti saat berada di tempat tinggi, saat berolahraga, dan saat terjangkit anemia. Kondisi lain

yang

dapat

meningkatkan

risiko

percepatan

pembentukan

karboksihaemoglobin adalah saat orang mengalami obesitas (kegemukan), hipertiroid, bronkhitis, asma, atau pecandu alkohol. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan Gosselin (1984) terhadap bebe-rapa sukarelawan, menunjukkan hasil yang cukup mencengangkan. Gas CO yang terhirup sebanyak 50 ppm selama 2 jam akan menghasilkan 27% karboksihaemoglobin.   Normalnya, kadar karboksihaemoglobin sebanyak 0,4- 0,7% akan terkandung dalam darah orang dewasa. Sedangkan dalam darah seorang perokok  akan terkandung karboksihaemoglobin sebanyak 4-20%. Hal ini menempatkan si   perokok ke dalam jajaran orang yang berisiko tinggi mengalami keracunan CO. Kemampuan beradaptasi terhadap paparan gas CO telah dilaporkan dalam   beberapa penelitian yang dilakukan The American Conference of Governmental 

 Industrial Hygienists (1986). Orang yang terpapar CO sebanyak 44 ppm dalam   periode waktu yang cukup lama tidak memperlihatkan efek yang cukup berarti.

14

Baru pada konsentrasi CO sebanyak 50 ppm mulai menimbulkan keluhan seperti sa-kit kepala, pusing, dan mual-mual. Menurut The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH),

batas

maksimum

kadar

karboksihaemoglobin

yang

masih

diperbolehkan (  Recommended Exposure Limit  /REL) berada pada kisaran 5% setelah terpapar CO dengan konsentrasi 35 ppm per 40 mg/m3 udara selama 8   jam. Sedangkan mengenai batasan resmi, The Occupational Safety and Health Administration (OSHA) menetapkan batas maksimum atau  Permissible Exposure

 Limit (PEL) gas CO adalah pada konsentrasi 50 ppm per 55 mg/m3 udara selama 8 jam. Batasan-batasan tersebut telah menjadi standar baku yang banyak  digunakan sebagai acuan untuk membentuk sistem manajemen kerja yang aman dan sehat. Keracunan gas CO sebenarnya dapat saja dihindari jika kita mengerti dan mematuhi rambu-rambu yang semestinya diperhatikan. Hal ini berlaku bagi semua orang yang memiliki risiko tinggi terpapar gas CO dalam jumlah banyak. Mulai dari pemilik kendaraan bermotor sampai pada pekerja yang hampir setiap harinya harus bergelut dengan CO. Jika itu dilakukan, niscaya peristiwa keracunaan CO dapat dikurangi bahkan dihindari. Nyawa pun tak perlu melayang hanya karena kelengahan kita sendiri.

15

B. TRANDUSER DAN SENSOR 

Tranduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari suatu bentuk  energy ke bentuk yang lain, yang merupakan elemen penting dalam suatu  pengendalian. Secara umum tranduser dibedakan atas dua prinsip kerja, pertama, tranduser input dapat dikatakan bahwa tranduser ini akan mengubah energi non listrik menjadi listrk. Sementara itu yang keduaadalah tranduser output, yang merupakan kebalikan dari tranduser input dimana dapat mengubah energi listrik  menjadi non listik. Tranduser banyak diterapkan pada sistem pengukuran dan pengendalian sebagai komponen sensor, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1 :

Besaran non listrik  (tekanan, cahaya, gas,dsb)

Rangkaian Tranduser 

Besaran analog elektris (Tegangan dan Arus)

Gambar 2.1 Blok Diagram Prinsip Kerja Tranduser 

Berdasarkan kepekaannya dikenal tranduser peka besaran mekanis, optitis, magnetis, kimiawi dan radiasi. Sedangkan berdasarkan aktivitasnya, dibagi lagi menjadi tranduser aktif dan tranduser pasif. Tranduser aktif adalah tranduser yang mampu bekerja tanpa tambahan tenaga dari luar, sedangkan tranduser pasif  adalahsebaliknya yaitu membutuhkan tenaga dari luar tranduser tersebut.

16

Sensor merupakan alat untuk mendeteksi atau mengukur suatu parameter  yang digunakan untuk mengubah variasi mekanos, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor berfungsi untuk menyediakan informasi umpan balik untuk mengendalikan program dengan cara mendeteksi keliaran. Sensor itu terdiri dari tranduser dengan atau tanpa penguat atau pengolah sinyal yag terbentuk dalam sat sistem pengindra. Dalam lingkungan system   pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata,   pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah ole kontroler sebagai otaknya. Sensor dibedakan menjadi dua, yaitu sensor pasif dan sensor aktif. Sensor    pasif adalah sensor yang dalam system kerjanya tidak dapat menghasilkan tegangan sendiri tetapi dapat menghasilkan perubahan nilai resistansi, kapasitansi, dan induktasi pada lingkungan sekelilingnya. Perubahan ini menyebabkan   perubahan tegangan atau arus yang dihasilkan tranduser. Perubahan inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang diukur. Sensor aktif adalah sensor yang dalam sistem kerjanya tidak memerlukan catu daya eksternal dalam penggunaannya dan bahkan dapat menghasilkan energy listri. Jenis sensor diantaranya adalah thermokople, Cell Photovoltaic, dan sebagainya. 1. Sensor Figaro TGS 2106

Figaro TGS 2106 merupakan sebuah sensor electrochemical yang mendeteksi gas NO 2. Sensor ini mempunyai nilai resistansi yang akan berubah

17

apabila terkena gas. (  Figaro Product Information / Datasheet, Figaro

 Engineering Inc. Japan) a. Cara kerja sensor TGS 2106

Pencium utama dari   gas detector (pendeteksi gas)

ini adalah

sebuah sensor gas TGS 2106 yang didalamnya terdapat kawat pemanas (heater ). Pada heater  terdapat elemen semikonduktor yang menyebabkan dua macam pengaruh. Pengaruh yang pertama akan menaikan aktivitas molekul dan yang kedua akan menimbulkan adanya konveksi aliran udara. Bila sensor TGS 2106 yang pada keadaan mula sudah didekati oleh molekul oksigen atmosfir, kemudian berhubungan dengan gas NO 2 maka molekul gas tersebut akan menempel pada permukaan semikonduktor dan menyebabkan terjadinya peralihan electron yang berlawanan arah dengan molekul oksigen. Gejala ini akan menghasilkan kerapatan electron pada lapisan ruang muatan semikonduktor dan mempertinggi konduktifitas sensor  sebanding dengan konsentrasi gas. Ukuran konduktifitas sensor adalah tahanan sensor Rs. Peristiwa ini dapat berlangsung reversible artinya bila   penempelan molekul gas berkurang maka konduktifitas juga akan menurun.jadi bila gas dinetralisasikan dan diganti dengan udara yang segar  maka tahanan sensor akan kembali ke arg semula. Perbedaan inilah yang dipakai pedoman “penciuman” bagi  Explosive Gas Detector . Perlu diingat

18

  bahwa prilaku sensor juga dapat dipengaruhi oleh temperature dan kelembaban lingkungan. ( Figaro Product Information / Datasheet, Figaro Engineering Inc. Japan) b. Struktur sensor

TGS sensor mempunyai dua bagian utama. Pertama adalah material sensor yaitu Tin Oxidae (SnO2) bahan ini dihubungkan dengan  pin nomor 1 dan 2. Kedua adalah pemanas yang dihubungkan dengan pin 3 dan 4. Disini pin 1 adalah output sensor yang dalam aplikasinya dihubungkan ke op-amp, sedangkan pin 2 dihubungkan ke Vc 6 volt. Kemudian pin 3 dihubungkan ke tegangan 6 volt juga untuk mengaktifkan

heater , sedangkan pin 4 dihubungkan ke  ground .

Dibawah ini adalah

gambar dari strukrur sensor TGS 2106 : c. Spesifikasi sensor

1) Selektifitas yang tinggi terhadap gas NO2 (Diesel). 2) Output  sensor berbanding terbalik terhadap konsentrasi gas NO 2 3) Tidak terpengaruh dengan berbagai gangguan gas lain. 4) Output  sensor berupa tegangan analog. 2. Sensor Figaro TGS 2442

Gas CO dikenal sebagai polutan udara yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Gas ini berbahaya karena tidak berwarna, tidak mempunyai rasa dan tidak berbau sehingga kehadirannya tidak dapat diketahui tanpa suatu alat deteksi, dan

dalam

konsentrasi

tertentu

dapat

menyebabkan

kematian.

19

Saat ini perangkat deteksi keberadaan gas CO telah tersedia di pasaran. Detektor  ini umumnya berfungsi sebagai alarm, bukan digunakan untuk mengetahui konsentrasi gas CO. Pada tugas akhir ini dibuat sistim deteksi gas CO yang mampu merespon keberadaan dan menyatakan besarnya konsentrasi gas CO. Sistim deteksi gas sekaligus berfungsi sebagai akuisisi data. Head sensor atau sensor kepala gas CO jenis TGS 2442 dan modul pengkondisi sinyal, COM 2442,  buatan Figaro Engineering Inc., dan kartu antar muka ACL 8112 PG digunakan untuk membangun perangkat keras yang dihubungkan dengan komputer. Sedangkan LabVIEWTM 7.1 digunakan untuk membuat program akuisisi data. Sistim sensor dihubungkan dengan ruang uji gas CO. Pengujian dilakukan dengan cara mengalirkan gas CO dengan konsentrasi yang berbeda-beda, dan sistim akan mendeteksi secara real time. Data hasil deteksi ditampilkan pada layar komputer  dan dapat disimpan. Hasil pengujian menunjukan bahwa sensor memiliki rise time rata-rata 1,5 menit, recovery time rata-rata 1,25 menit dan settling time rata-rata 3 menit. Sensor TGS 2442 memiliki sensitifitas yang meningkat secara linier dengan meningkatnya konsentrasi gas CO yang t erdeteksi.

C. PENGUAT OPRASIONAL (OP-AMP)

Penguat oprasional adalah rangkaian elektroik yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Pada mulanya Op-amp diguakan

20

untuk rangkaian perhitunan analog, rangkaian pengaturan dan instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untu melakukan operasi matamtika linier (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Op-amp IC adalah   solid state yang mampu mengindara dan memperkuat sinyal masukan baik AC maupun DC. Karakteristik  Op-amp yang terpenting adalah : 1. Impedansi masukan amat tinggi, sehingga arus masukan praktis dapat diabakan. 2. Penguatan loop terbuka amat tinggi. 3. Keluaran amat rendah, sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh  pembebanan. Gambar 2.2 merupakan gambar dari blok diagram Op-amp :

+V Masukan membalik  Penguat differensial impedansi masukan tinggi Masukan tak membalik 

Penguat tegangan tinggi

Penguat keluaran impedansi rendah

-V

Gambar 2.2 Blok Diagram Op-amp

Keluaran

21

Penguat oprasional biasa dikenal sebagai sebuah IC, dimana banyak  transistor digabungkan dalam satu Kristal semikonduktor. Dengan menggunakan teknologi IC banyak transistor dan komponen elektronik lain bias digabungkan menjadi satu komponen dengan berbagai sambungan dan sifat tertentu yang cukup canggih. Rangkaian Op-amp dalam IC modern merupakan pendekatan yang  baikuntuk sifat Op-amp ideal. Sifat dari Op-amp adalah Op-amp merupakan suatu penguatan differensial dengan penguatan yang tak terhingga. Suat penguat differensial adalah suatu   penguat yang mempunyai dua masuka dan satu keluaran yang tergantung dari  perbedaan potensial antara kedua masukannya dengan persamaan sebagai berikut : V output = ( Vinput1 – Vinput2 ) A Dimana A adalah factor penguatan, karena A dari op-amp tak terhingga, maka terdapat persamaan untuk op-amp sebagai berikut : V output = ( Vinput1 – Vinput2 ) 

Input 1

Input 2

Gambar 2.3 Simbol Op-Amp

22

Gambar 2.3 menjelaskan besar output menjadi positif tak berhingga ketika input 1 lebih kecil dari input 2 maka output mejadi negatif tak berhingga ketika input 1 lebih besar dari pada input 2. Bertarti ketika input 1 tinggi, output rendah, sebab itu disebut inverting input atau masukan membalik dan dalam rangkaian  biasanya ditandai dengan tanda “-“. Ketika input 2 tinggi , output tinggi, disebut non inverting input atau masukan membalik dan dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan “+”. Jelas bahwa tegangan keluaran dari setiap rangkaian terbatas, maka ketika keluaran dari op-amp harusnya pesitif tak beringa, keluaran sebenarnya memiliki nilai maksimal yang bias tercapai dalam rangkaian op-amp itu dan ketika keluarn dari op-amp seharusnya negatif tak berhingga, keluaran sebennarnya memiliki nilai paling rendah yang bias tercapai dalam rangkaian opamp itu. Dimana persamaannya dapat ditulis sebagai berikut : +

-

V output = ( Vin – Vin )  +

-

Berarti ketika input tak membalik (V in ) lebih besar input membalik (V in ) maka tegangan output sebesar V max dan ketika input tak membalik lebih kecil daripada input membalik maka tegangan output sebesar V min. output bias memiliki tegangan yang lain ketika tegangan pada kedua input Op-amp sama besar. Satu Op-amp memerlukan tegangan suplai supaya bias bekerja. Pada pemakaian   biasanya diperlukan suplai positif

+15 V dan suplai negatif –15 V, tetapi

kebanyakan suplai untuk kebanyakan Op-amp tidak harus sebesar itu. Besarnya tegangan suplai yang bias dipakai dalam suatu Op-amp dari buku data Op-amp.

23

Tegangan output maksimal sedikit dibawah suplai positif dan tegangan minimal pada keluaran Op-amp sedikit diatas suplai negatif. Sifat-sifat lain dari op-amp ideal adalah sebagai berikut: 1. Tidak ada arus masuk atau keluar dari masukannya, berarti resistivitas masukan R in= . 2. Resistivitas keluaran sebesar R out = . 3. Penguatan Op-amp tak berhingga. 4. Tegangan keluaran

hanya bergantung dari selisih tegangan pada

masukan dan tidak tergantung dari potensial bersama pada kedua masukannya. Tetapi pada prakteknya atau sesungguhnya sifat-sifat Op-amp tersebut sulit didapat karena adanya faktor yang merugikan sifat ideal Op-amp tersebut yang disebabkan oleh faktor mutu produksi atau sifat dari bahan yang dipakai. Sifat yang merugikan salah satunya adalah dari bidang yang terbatas karena adanya sifat kapasitif komponen IC dan bati tegangan yang terbatas. Rangkaian-rangkaian elektronik sering menggunakan Op-amp tersebut yang didasarkan karena kemudahannya dalam penggunaan dan gain yang tinggi terutama pada rangkaian-rangkaian filter. Disebut rangkaian analog karena rangkaian tersebut bekerja dengan masukan dan keluaran berupa tegangan atau arus bukan pulsa seperti pada rangkaian logika.

24

1. Penguat Non Inverting

Ambar penguat non inverting pada op-amp disimbolkan dengan tanda   positif (+) pada terminal masukannya. Penguat non inverting mempunyai arti   bahwa hasil kekuatan dari rangkaian selaras dengan sinyal masukan dalam rangkaian. Berikut ini gambar 2.3 rangkaian penguat non inverting. Rr

R1 +



Gambar 2.4. Rangkaian Penguat Non Inverting 

Berikut ini perhitungan bati tegangan dari penguat non inverting adalah : AV = 1 + RF / R  2. Penguat Inverting

Gambar penguat inverting pada op-amp disimbolkan dengan tanda negative (-) pada terminal masukannya.penguat inverting mempunyai arti bahwa hasil kekuatan dari rangkaian tidak selaras dengan sinyal masukan dan fasa keluarannya. Berikut ini adalah gambar 2.5 yang merupakan rangkaian penguat inverting :

R1

Rr

 +

Gambar 2.5. Rangkaian Penguat Inverting 

25

Berarti tegangan penguat inverting dapat dirumuskan sebagai berikut : AV = - Rf / R  Adanya suatu perbedaan dilihat dari rumus bati tegangan antara penguat non inverting dengan penguat inverting. Pada penguat non inverting bati tegangan lebih dari satu, hal ini berarti bahwa pada penguat non inverting tidak dapat digunakan untuk penguatan tegangan lebih kecil dari satu. Hal inilah yang menjadi kendala pada penguat non inverting dan karena itu penguat non inverting tidak begitu umum digunakan dari pada penguat inverting (Fredrick W. Hughes, 1998). Perancangan disini menggunkan op-amp seri LM 358 dalam membuat alat ini. Dasar pertimbangannya adalah harganya yang ekonomis dan mudah didapat di  pasaran, serta mempunyai dua rangkaian yang dapat berfungsi sebagai penguatan non inverting dan penguatan inverting, serta LM 358 juga efisien dalam  pemakaian dan bentuk sehingga dapat menghemat tempat. 3. Pengikut Tegangan (Voltage Followe)

Pengikut tegangan adalah suatu bentuk peningkatan dari penguat pengikut emitor yang digunakan untuk mencocokan sumber dengan impedansi tinggi ke  beban yang impedansinya rendah,halini disebut matching impedance. Penguat ini mempunyai impedansi masukan besar dan impedansi keluaran kecil. Selain itu   pengikut tegangan juga berfungsi untuk menghindari drop tegangan dari   pembebanan yang terlalu besar

( Ir. Sorjoto, BSc. Dan R. Soebagio Basoeki,

Teknik Elektronika Industri 2, 1980).

26

D. Mikrokontroler

Perkembangan teknologi telah maju dengan pesat dalam perkemabangan dunia elektronika, khususnya dunia mikroelektronika. Penemuan silicon menyebabkan bidang ini mampu memberikan sumbangan yang amat berharga   bagi perkembangan teknologi modern. Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan dan memasarkan produk mikroelektronika telah menjadi suatu teknologi standart bagi para desainer system elektronika masa kini. Dengan   perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor),   para desainer system elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock.

Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis

mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC ( Reduced Intruction Set Computing ), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Intruction set Computing ). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama (Lingga Wardhana, 2006).

27

Oleh Karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535,

buku

pembelajaran

mikrokontroler

dengan

pemahaman

 pemrograman menggunakan simulasi yang terdapat pada software AVR Studio 4 dan juga praktek langsung hardware. Selain itu karena mudah didapatkan dan murah, ATMega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap. 1. Arsitektur ATMega8535

Gambar 2.6 Blok Diagram Fungsional ATMega8535

28

Dari gambar 2.6 dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai  berikut : 1).

Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D

2).

ADC 10 bit sebanyak 8 saluran

3).

Tiga buah Timer/Counter dengan kemmapuan pembandinga

4).

CPU yang terdiri atas 32 buah register 

5).

Wachtdog Timer dengan osilator internal

6).

SRAM sebesar 512 byte

7).

Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan  Read While Write

8).

Unit interupsi internal dan eksternal

9).

Port antarmuka SPI

10). EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi 11). Antarmuka komparator analog 12). Port USART untuk komunikasi serial 2. Fitur ATMega8535

Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut : 1). Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis  RISC  dengan kecepatan kasimal 16 MHz. 2). Kapabilitas memori  flash 8 KB, SRAM  sebesar 512 byte dan  EEPROM  (  Electrically Erasable PProgrammable Read Only Memory) sebesar 512  byte 3).  ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel  4). Portal komunikasi serial (USART ) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps

29

5). Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik  3. Konfigurasi Pin ATMega8535

Konfigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada gambar 1.2. dari dambar  tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai  berikut : 1).

VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya

2).

GND merupakan pin Ground 

3).

Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC

4).

Port B (PB0…PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI

5).

Port C (PC0…PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator 

6).

Port D (PD0…PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial

7).

RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler 

8).

XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal

9).

AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC

10). AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC Untuk lebih jelasnya, konfigurasi pin-pin pada ATMega 8535 dapat dilihat pada gambar 2.7 :

30

Gambar 2.7 Pin ATMega8535 E. Catu Daya

Rangkaian catu daya menggunakan IC regulator LM 7805 an LM 7806. Tegangan-tegangan yang diperolehnya memungkinkan regulator untuk dipakai dalam system-sistem logika, instrumentasi dan kelenhgkapan elektronik zat padat lainnya. Meskipun semula dirancang sebagai regulator tegangan tetap, namun akn diperoleh juga berbagai tegangan dan arus yang adapat distel dengan tambahan komponen eksternal. Perhatikan gambar dari LM 7895 dan LM 7896 seperti Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin IC LM 7806  (Sumber : Datasheet LM 78xx)

31

Sifat-sifat dari IC LM 78xx adalah sebagai berikut : 1. Arus keluaran melebihi 1 Ampere 2. Tidak diperlukan komponen eksternal tambahan 3. Adea pengaman daerah aman untuk transistor keluaran 4. Pembebanan arus hubung singkat intern Karakteristik elektrik IC LM7805 dan LM7806 dijelaskan pada Table 1.2 : Tabel 1.1. Karakteristik Elektrik IC LM7805 dan LM7806 

Type

Vout (V)

Vin (V)  

Min

Max 

7895

5

7

20

7806

6

8

20

Rangkaian interface membutuhkan tegangan 5 volt DC dan 6 volt DC. Tegangan 5 volt DC dibutuhkan sebagai catu daya pada ADC berupa tegangan ref  (V ref  ), sedangkan tegangan 6 volt DC dibutuhkan untuk sensor supaya dapat bekerja.

F.

LCD

Sebuah alat akan lebih mudah digunakan oleh pengguna bila dalam alat tersebut terdapat tampilan sebagai media penampil hasil ( output ) kepada  pengguna alat.

32

G. RELAY

Relay merupakan rangkaian yang bersifat elektronis sederhana dan tersusun oleh saklar, medan elektromagnet (kawat koil) dan poros besi,Cara kerja komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik melalui koil,lalu membuat medan magnet sekitarnya merubah posisi saklar sehingga menghasilkan arus listrik yang lebih besar. Disinilah keutamaan komponen sederhana ini yaitu dengan bentuknya yang minimal bisa menghasilkan arus yang lebih besar  Komponen sederhana ini dalam perkembangannya digunakan (atau pernah digunakan) sebagai komponen dasar berbagai perangkat elektronika,lampu kendaraan bermotor,jaringan elektronik, televisi, radio, bahkan pada tahun 1930an   pernah digunakan sebagai perangkat dasar komputer yang keberadaannya kini digantikan oleh mikroprosesor seperti IntelCorp.dan AMD. Semua itu karena  pemakaian relay mempunyai Keuntungan yaitu ; 1. Dapat mengontrol sendiri arus serta tegangan listrik yang diinginkan 2. Dapat memaksimalkan besarnya tegangan listrik hingga mencapai  batas maksimalnya 3. Dapat menggunakan baik saklar maupun koil lebih dari satu, disesuaikan dengan kebutuhan