5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. MACAM MACAM GAS BERBAHAYA 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 (SO2), Nitrogen Dioksida (NO2), dan partikulat. (www.udarakota.bappenas.go.id) 1. Nitrogen dioksida (NO2) Nitrogen dioksida termasuk gas yang berbahaya bagi manusia. Gas NO2 yang berada di udara jika berlebihan merupakan polusi udarayang beracun. Sumber pencemaran gas NO2 terutama berasal dari pembakaran bahan bakar fosil (minyak atau batubara), pada mesin-mesin penggerak transportasi maupun

6

industry. Penelitian menunjukan bahwa NO2 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. NO2 bersifat racun terutama terhadap paru-paru. Keracunan gas NO2 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 NO2 pada tanaman antara lain seperti timbulnya bintikbintik 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 NO2 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 NO2 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 NO2 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 NO2 sebagai berikut : NO2 + sinar matahari O + O2 O3 + NO O3 (ozon) 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 NO2. 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 NO2 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 NO2 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 terdeteksi.

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 :

+VMasukan membalik Penguat differensial impedansi masukan tinggi Masukan tak membalik Penguat tegangan tinggi Penguat keluaran impedansi rendah

Keluaran

-V

Gambar 2.2 Blok Diagram Op-amp

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 (Vin+) lebih besar input membalik (Vin-) maka tegangan output sebesar Vmax dan ketika input tak membalik lebih kecil daripada input membalik maka tegangan output sebesar Vmin. 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 Rin= . 2. Resistivitas keluaran sebesar Rout = . 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 Vegards 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). 2). 3). 4). 5). 6). 7). 8). 9). Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D ADC 10 bit sebanyak 8 saluran Tiga buah Timer/Counter dengan kemmapuan pembandinga CPU yang terdiri atas 32 buah register Wachtdog Timer dengan osilator internal SRAM sebesar 512 byte Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write Unit interupsi internal dan eksternal 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). 2). 3). 4). VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya GND merupakan pin Ground Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC Port B (PB0PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI 5). Port C (PC0PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator 6). Port D (PD0PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial 7). 8). 9). RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal 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 7895 7806 5 6 7 8 Max 20 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 (Vref), 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