Proyek Sains Bidang
Rancang Bangun (RB)
OSN 2014
PROPOSAL PROYEK SAINS JUDUL Rancang Bangun Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Gas LPG Berbasis Jaringan Nirkabel Zigbee
SP020201 Nama Peserta Tim : 1. Bambang Herdiansyah (Ketua) 2. Zikri Noer
(Anggota)
3. Khairuddin
(Anggota)
Program Studi/Departemen Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Tahun 2014
LEMBAR PENGESAHAN
Nama Ketua Tim
RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING KEBOCORAN PIPA GAS LPG BERBASIS JARINGAN NIRKABEL ZIGBEE BAMBANG HERDIANSYAH
Jenis Kelamin
Laki-laki
Program Studi
Fisika S-1
Fakultas
MateIIlatika dan 11lnu Pengetahuan Alam
Universitas
Un市 ersitas Sumatera Utara
Alamat Rumah
」1.Setia budi Gallg Tengah No.36 C Tattung
1.Judul Proposal
2. 3. 4. 5. 6. 7-
Sari,Medan
8. 9.
Alamat Email
balllbarltterdyallsyttαttail・ Conl
Telepon SelulerlHP
082367699698/087768691743 Medan, 09 September 2OL4 Anggota Tim
(Zikri Noer)
(Khainddin)
NIM l10801049
NIM l10801017
(Banlbang Hcrdiansyah)
NIM l10801041 Mengetahui Dosen Pembimbing
´
(Dr.Nasrllddin M.Noor,M.EngoScI NIP 19550706 1981 021002
NIP 19631026 1991 031001
ABSTRAK Liquefied Petroleum Gas (LPG) adalah salah satu hal yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. LPG digunakan sebagai bahan bakar dalam berbagai aplikasi termasuk peralatan memasak (kompor gas), aplikasi industri, dalam kendaraan dan sebagai propelan (bahan pembakar) dan refrigeran. Pipa gas merupakan bagian vital yang berperan dalam transmisi dan distribusi gas di industri dan keperluan rumah tangga. Akibat kebocoran pipa gas LPG, menghasilkan dampak berbahaya bagi manusia dan juga untuk makhluk hidup lainnya serta dapat menimbulkan bahaya kebakaran. Oleh karena itu perlu dirancang suatu prototipe alat yang mampu mendeteksi kebocoran pipa gas LPG dan dapat dimonitoring menggunakan jaringan nirkabel zigbee agar lebih praktis sehingga mampu mencegah terjadinya kebakaran akibat kebocoran pipa gas. Alat ini di desain menggunakan teknik lokalisasi sensor yang berdasarkan pada jarak antar sensor, dimana sensor akan tersebar secara acak dalam suatu area tertentu pada pipa yang digunakan, range jarak sensor inilah yang menentukan apakah sensor dapat mendeteksi sesuatu atau tidak sehingga dapat diketahui titik kebocoran pada area monitoring. Alat ini mampu secara sistematis mendeteksi adanya kebocoran gas LPG dan dapat memonitoring parameter seperti konsentrasi gas LPG yang berbasis mikrokontroler, sensor gas LPG (DT-Sense LPG Sensor), dan menggunakan jaringan nirkabel zigbee (Xbee Pro ZB) sebagai media transmisi data yang dapat diakses melalui aplikasi Visual Basic (VB) pada PC (Personal Computer) dan juga dapat ditampilkan pada LCD untuk memberi informasi apabila pipa gas mengalami kebocoran sehingga akan mengaktifkan sistem peringatan (Buzzer Alarm). Kata Kunci: LPG, Mikrokontroler, Sensor Gas LPG, Zigbee.
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Ketergantungan masyarakat terhadap alam seperti minyak bumi sangatlah banyak untuk keperluan sehari-hari mulai dari memasak, hingga
bahan
bakar
minyak untuk
kendaraan
transportasi
dan
penggunaan lainnya yang terus mengalami peningkatan, sehingga menyebabkan bahan bakar fosil ini menjadi terbatas. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terjadi dengan cepat dewasa ini berhasil menemukan energi alternatif lain yang bisa menggantikan minyak bumi dalam berbagai kebutuhan yaitu sering disebut sebagai Liquefied Petroleum Gas (LPG). Salah satu resiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran gas yang dapat menyebabkan kebakaran jika terpicu oleh api yang berada di sekitarnya. Dalam industri atau instalasi gas, pipa merupakan aspek penting untuk mendistribusikan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain, sehingga pipa gas tidak boleh sampai bocor. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu perangkat sistem monitoring menggunakan jaringan nirkabel zigbee sehingga lebih praktis dan lebih akurat sebagai bentuk pencegahan dini dari kebakaran. 1.2. Topik Projek Projek ini termasuk dalam projek rancang bangun alat instrumentasi elektronik
berbasis
pemrograman
yang
dapat
mendeteksi
dan
memonitoring dengan menggunakan jaringan nirkabel zigbee untuk mencegah kebakaran akibat kebocoran gas LPG pada suatu pipa konstruksi.
2
1.3. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yang akan diselesaikan, yaitu sebagai berikut: 1. Mengurangi terjadinya kebakaran karena pipa gas yang digunakan bocor. 2. Menemukan desain alat Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Gas LPG yang dapat bekerja secara sistematis berbasis mikrokontroler. 3. Mendapatkan kepraktisan dalam melakukan monitoring karena alat ini dilengkapi dengan tampilan aplikasi Visual Basic pada Personal Computer. 1.4. Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1.
Menciptakan alat yang mampu mencegah terjadinya kebakaran akibat kebocoran gas.
2.
Menciptakan alat yang mampu mendeteksi dan memonitoring kebocoran pipa gas.
3.
Menghasilkan prototipe alat yang dapat bekerja sesuai rancangan pada skala industri atau instalasi gas.
1.5. Manfaat Keberhasilan dalam projek ini dapat memberikan berbagai manfaat, diantaranya: 1. Mempermudah pekerjaan dalam memonitoring pipa gas LPG secara akurat dan praktis. 2. Mengurangi kemungkinan terjadinya kebakaran akibat kebocoran pipa gas LPG. 3. Memberikan sumbangan untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang pada akhirnya mampu mendukung dunia industri.
3
1.6. Hipotesa 1. Alat ini mampu mendeteksi adanya kebocoran pipa gas LPG yaitu berdasarkan konsentrasi gas (PPM) dan juga dapat memonitoring data keluaran sensor ke dalam PC yang dapat diakses pada aplikasi Visual Basic agar mendapatkan kepraktisan. 2. Pendeteksian yang dimaksud adalah apabila terdapat kandungan gas LPG dalam udara, maka secara otomatis hal tersebut akan terdeteksi oleh sensor dan akan diolah dalam mikrokontroler. 3. Alat ini di konstruksi menggunakan teknik lokalisasi sensor berdasarkan jarak antar sensor, dimana sensor akan tersebar secara acak di sepanjang pipa konstruksi sehingga dapat diketahui titik kebocoran pada pipa monitoring.
4
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1. Gas LPG LPG (Liquefied Petroleum Gas) adalah gas hidrokarbon yang dicairkan
dengan
tekanan
untuk
memudahkan
penyimpanan,
pengangkutan, dan penanganannya yang pada dasarnya terdiri atas propana
(C3H8),
digunakan
butana
sebagai
(C4H10),
pengganti
atau freon,
campuran aerosol,
keduanya.
bahan
LPG
pendingin
(refrigerant/cooling agent), kosmetika, dan bahan bakar. 2.2. Modul Wireless Radio Frekuensi 2,4 GHz Xbee PRO Radio Frequency Transceiver atau pengirim dan penerima frekuensi radio ini berfungsi untuk komunikasi secara nirkabel (wireless). Salah satu modul komunikasi wireless dengan frekuensi 2.4Ghz adalah XbeePRO ZB ZigBee/IEEE 802.15.4 2,4 GHz. Radio frequency tranciever ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver dan RF transmiter.
Gambar 2.1. Modul XBee PRO 2.3. Sensor Gas DT-Sense LPG Sensor DT-SENSE LPG SENSOR merupakan modul sensor yang bereaksi terhadap kadar gas LPG, iso-butana, propana dan LNG dalam udara dan cocok digunakan untuk aplikasi pendeteksian serta penanggulangan kebocoran gas pada lingkungan rumah tangga maupun industri.
Gambar 2.2. DT-Sense LPG Sensor 5
2.4. Mikrokontroler ATMega32 Dalam pembuatan alat ini digunakan mikrokontroler sebagai pengontrol dan penanaman programnya. Mikrokontroler ATMega32 adalah
sebuah
IC
mikrokontroler
yang
diproduksi
oleh
Atmel.
Mikrokontroler ini memiliki clock dan kerjanya tinggi sehingga mampu bekerja dengan baik dan cepat, sangat memadai untuk berinteraksi dengan LCD, menunjang penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi (contohnya bahasa C), buffer untuk komunikasi data, dan stack.
Gambar 2.3. ATMega32 2.5. Bahasa Pemrograman Mikrokontroler (CodeVisionAVR) CodeVisionAVR merupakan sebuah cross-compiler C, Integrated Development Environment (IDE), dan Automatic Program Generator yang di
desain
untuk
mikrokontroler
buatan
atmel
seri
AVR
yang
memungkinkan Anda untuk melakukan transfer program ke dalam chip mikrokontroler setelah melakukan kompilasi/assembli secara otomatis.
Gambar 2.4. CodeVisionAVR 2.6. Visual Basic Microsoft
Visual
Basic
(VB)
merupakan
sebuah
bahasa
pemrograman yang menawarkan Integrated Development Environment (IDE)
visual
untuk
membuat
program
perangkat
lunak
dengan
menggunakan model pemrograman (COM).
Gambar 2.5. Visual Basic 6.0
6
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Jenis Penelitian Jenis penelitian pada kali ini merupakan rancang bangun sebuah alat instrumentasi yang mana pada tahap awal ini akan dibangun sebuah prototipe alat yang bekerja dalam skala laboratorium terlebih dahulu dan sehingga untuk pengembangan lebih lanjut bisa mendukung skala industri. 3.2. Tempat Pelaksanaan Pelaksanaan proyek ini akan dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar dan Umum (LIDA) Fisika, Universitas Sumatera Utara. 3.3. Bahan dan Alat 3.3.1. Bahan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.
Mikrokontroler ATMega32 Xbee Pro Series 2 DT-Sense LPG Sensor Pipa PVC Gas LPG 3 kg + Regulator LCD 16x4 Karakter Max/RS232 Serial to USB Kabel Connector DB9 Kabel Tunggal & Serabut Switch Relay Push Button Transistor Trimpot Connector Pin Header Resistor Kristal 12 MHz LED Dioda Buzzer
7
23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30.
Kapasitor Akrilik Perekat akrilik FeCl3 Timah Solder Baut & mur Baterai Li-Po Trafo CT
3.3.2. Alat 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Solder listrik Vacum desolder Cutter Akrilik Mini drill Penggaris Multimeter Bor listrik
3.4. Pendekatan Desain Sebagai pendekatan desain prototipe alat yang akan di rancang bangun, ditunjukkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1. Konsep Prototipe Alat Seperti yang telah diterangkan pada bagian awal, alat ini memiliki dua buah sensor gas LPG yang tersebar secara acak pada sepanjang pipa.
Jaringan
nirkabel
Zigbee
sebagai
media
pengiriman
dan 8
penerimaan data, LCD sebagai interface untuk menampilkan bacaan sensor yang menyatakan kadar gas dan tanda bahaya. Buzzer berguna sebagai tanda peringatan apabila terjadi kebocoran dan ada kadar gas yang terdeteksi. Aplikasi Visual Basic pada PC berfungsi sebagai penampil dan pengolah data yang memudahkan bagian kontrol untuk melakukan monitoring. 3.5. Teknik Perancangan Teknik perancangan untuk alat ini digambarkan dalam diagram blok berikut ini: Mempersiapkan Komponen atau Bahan
Mempersiapkan Alat Membuat skematik rangkaian PCB Mencetak rangkaian dalam PCB Menguji rangkaian
Membuat Desain 3D Alat
Membuat Konstruksi Alat
Alat
Membuat program dengan CodeVisionAVR
Membuat form dan program dengan Visual Basic 6.0
Monitoring dengan PC
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian 3.6. Teknik Pengujian Dalam pengujian kinerja alat, pada alat ini menggunakan 2 buah sensor yang terletak secara acak pada pipa yang telah dialiri oleh gas LPG. Apabila terjadi kebocoran gas pada salah satu titik di sepanjang pipa, maka kedua sensor akan segera mendeteksi adanya gas LPG yang akan langsung dibaca dan diolah oleh mikrokontroler dan selanjutnya data dikirim ke PC melalui port serial secara nirkabel. Kemudian alarm 9
peringatan akan berbunyi, serta pada LCD akan ditampilkan indikator kebocoran dan dapat juga ditampilkan hasil pengukuran konsentrasi gas melalui konversi ADC ke ppm (part per million). 3.7. Teknik Analisa Data Dalam menganalisa data hasil pengukuran, dapat dilihat pada PC yang akan menampilkan data konsentrasi gas dari kedua sensor sehingga lebih praktis dalam memonitoring. Dalam menganalisis titik kebocoran pada pipa adalah dengan perbedaan bacaan data dari keluaran
kedua
sensor.
Sensor
mana
yang
mampu
mendeteksi
kebocoran dengan lebih sensitif, maka dapat disinyalir bahwa di titik itulah
terjadi
kebocoran
sehingga
dapat
segera
dilakukan
penanggulangan kebocoran pipa gas.
10
DAFTAR PUSTAKA Digi. 2010. ”Xbee/Xbee-Pro ZB RF Modules”. Digi International Inc : Minnetonka. Eady,
Fred.
“Hands-On
ZigBee
Implementing
802.15.4
with
Microcontrollers”, Elsevier Ltd, 2007. Farid, Bony M. “Pendeteksi dan Pengaman Kebocoran Gas LPG (Butana) Berbasis Mikrokontroler Melalui SMS Sebagai Media Informasi”. PENS-ITS. Surabaya. P.Deepthi Priya, CH.Tirupathi Rao. 2014. “Hazardous Gas Pipeline Leakage Detection Based on Wireless Technology”. International Journal of Professional Engineering Studies, India, Vol. 2, Issue 1. Prasetia Retna, Widodo Catur E. 2007. “Teori dan Praktek Interfacing Port Paralel dan Port Serial Komputer Dengan Visual Basic 6.0”. Penerbit Andi : Yogyakarta. Sagar Shinde, S.B.Patil, A.J.Patil. 2012. “Development of Movable Gas Tanker Leakage Detection Using Wireless Sensor Network Based on Embedded System”. International Journal of Engineering Research and Applications, India, Vol. 2, Issue 6. URL : http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/ URL : http://www.beyondlogic.org/serial/ URL : http://www.id.wikipedia.org/wiki/Elpiji URL : http://www.digiwarestore.com/dw.php?p=search_result
11
LAMPIRAN – LAMPIRAN Diagram blok prinsip kerja rangkaian
LCD
Power Supply
Sensor Gas LPG 1
Zigbee Transmitter
Op-Amp
Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega 32
Op-Amp
Sensor Gas LPG 2
Driver Relay
Buzzer
Transmitter
Zigbee Receiver
MAX 232
Converter DB9 to USB
PC (Monitoring dengan Visual Basic 6.0)
Receiver
12
PERNYATAAN PENGUSUL Yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama Ketua Tim
Bambang Herdiansyah
Tempat/Tanggal Lahir
Medan,01 Septeinber 1994
Nomor Mahasiswa
110801041
Fakultas/Universitas
MIPA/UnivCrsttas Sumatera Utara
Alamat Rumah
Jl.Setia Budi Gang Tengah No.36C.
Tttung San,Medan-20132 dengan ini menyatakan bahwa
1. Proposal Proyek Sains yang diusulkan ini belum pernah dikerjakan dan atau sedang dilaksanakan dengan sponsor/biaya dari lembaga lain,
2. Proposal Proyek Sains ini tidak sedang diikutsertakan
atau
sedang dalam proses atau dalam seleksi lomba ilmiah tingkat nasional/ internasional lainnya,
3.
Proposal Proyek Sains ini tidak mengandung unsur plagiat.
Demikianlah pernyataan ini dibuat dalam keadaan sadar dan tanpa ada unsur pa&saan dari siapapun untuk keperluan pengajuan Proposal Proyek Sains OSN PERTAMINA 2014.
Dibuat di: Medan Pada tanggal: 09 Septembet 2QL4
Pernyataan
M.Sc)
196310261991031001
NIM l10801041
職
MENTEttAN PENDIDIKAN DAN K=BUDttN UNIVERSITAS SttTERA llTAM S MATEMIATIKA DAN ILMU PENGETAHIJAN ALAM●
Jalan Biotelmologi No.l Karnpus UStJ Padattg Btllan,Medan-20155
…
Telepon l(061)8211050,8214290 Fax:(061)8214290 1〔
渡nanl w寧 腎吼fntipa.職 6機 ,ac,id
Surat Rekomendasi
Wt.EfKuclzottl Dekan Fakultas Matematika dan Ilrnu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan dengan ini merekomendasi:
1.Nama NIM Departemen
2. N〔了na
Bambaltg Herdi〔 IIsyah
l10801041 Fisika
Zikri Nocr
NIM
l10801049
Departcmcn
Fisika
3. Nallla
Khairuddin
NIM
l10801017
Depatclllcn
Fislka
Sebagai tim peserta Science Project Olimpiade Sains Nasional Pertamina tahun 2014 dengan judul : "Rancang Bangun Sistem Monitoring Pendeteksi Kebocoran
Pipa Gas LPG Berbasis Jaringan Nirkabel Zigbee". Demikian rekomendasi ini diperbuat agar dapat dipergunakan seperlunya.
ber 2014
莉
財
MoSc 10261991031001
鴨鋼撥村
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Kode Peserta
:
SP020201
Nama (Ketua Tim)
:
Bambang Herdiansyah
Nomor Mahasiswa
:
110801041
Jenis Kelamin
:
Laki-laki
Tempat/Tanggal Lahir
:
Medan, 01 September 1994
Alamat Rumah
:
Jl. Setia Budi Gang Tengah No. 36 C. Tanjung Sari, Medan
No. Telp/HP
:
082367699698/087768691743
Alamat Email
:
[email protected]
Asal Universitas
:
Universitas Sumatera Utara
Fakultas/Jurusan/Prodi
:
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam/Fisika S1
Semester
:
7 (Tujuh)
Riwayat Pendidikan
:
SD Swasta Mulia Medan (1999-2005) SMP Swasta Mulia Medan(2005-2008) SMA Swasta Pencawan Medan (2008-2011) S1 Fisika USU (2011-sekarang)
Karya-karya Ilmiah yang
:
-
:
Instruktur
pernah dibuat Penghargaan-penghargaan Ilmiah yang pernah diraih
pada
kegiatan
Training
Pembuatan Rangkaian Sensor Analog Program Studi D-III Fisika USU (2013). Instruktur
pada
kegiatan
Training
Pembuatan Rangkaian Sensor Analog Program Studi S-2 Ilmu Fisika USU (2013).
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Kode Peserta
:
SP020201
Nama (Anggota Tim)
:
Zikri Noer
Nomor Mahasiswa
:
110801049
Jenis Kelamin
:
Laki-laki
Tempat/Tanggal Lahir
:
Medan, 21 Januari 1994
Alamat Rumah
:
Jl. Gatot Subroto Gang Bandung No. 30, Medan
No. Telp/HP
:
085373735194
Alamat Email
:
[email protected]
Asal Universitas
:
Universitas Sumatera Utara
Fakultas/Jurusan/Prodi
:
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam/Fisika S1
Semester
:
7 (Tujuh)
Riwayat Pendidikan
:
SD Negeri 060834 Medan (1999-2005) SMP Negeri 1 Medan (2005-2008) SMA Negeri 1 Medan (2008-2011) S1 Fisika USU (2011-sekarang)
Karya-karya Ilmiah yang
:
-
:
Instruktur
pernah dibuat Penghargaan-
pada
kegiatan
Training
penghargaan Ilmiah yang
Pembuatan Rangkaian Sensor Analog
pernah diraih
Program Studi D-III Fisika USU (2013). Instruktur
pada
kegiatan
Training
Pembuatan Rangkaian Sensor Analog Program Studi S-2 Ilmu Fisika USU (2013).
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Kode Peserta
:
SP020201
Nama (Anggota Tim)
:
Khairuddin
Nomor Mahasiswa
:
110801017
Jenis Kelamin
:
Laki-laki
Tempat/Tanggal Lahir
:
Medan, 08 November 1992
Alamat Rumah
:
Jl. STM/Suka Agung No. 2, Medan
No. Telp/HP
:
085362989409
Alamat Email
:
[email protected]
Asal Universitas
:
Universitas Sumatera Utara
Fakultas/Jurusan/Prodi
:
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam/Fisika S1
Semester
:
7 (Tujuh)
Riwayat Pendidikan
:
SD Negeri 067775 Medan (1999-2005) SMP Swasta YPK Medan (2005-2008) SMA Swasta ERIA Medan (2008-2011) S1 Fisika USU (2011-sekarang)
Karya-karya Ilmiah yang
:
-
:
Instruktur
pada
penghargaan Ilmiah yang
Pembuatan
Rangkaian
pernah diraih
Program
pernah dibuat Penghargaan-
(2013).
Studi
S-2
kegiatan Sensor
Ilmu
Training Analog
Fisika
USU
