MODUL 4 - PROJECT

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan
2. Tujuan
3. Alat dan Bahan
4. Dasar Teori
5. Percobaan

1. Laporan Project

Smart Fire Early Warning System untuk Mitigasi Kebakaran pada Area Pemukiman Padat Penduduk

1. Pendahuluan [Kembali]

Kebakaran merupakan salah satu bencana yang sering terjadi pada area permukiman padat, seperti kos-kosan, asrama, dan rumah dengan jarak yang berdekatan. Kondisi lingkungan yang sempit serta tingginya aktivitas manusia meningkatkan risiko terjadinya kebakaran, terutama akibat kelalaian atau gangguan pada instalasi listrik. Keterlambatan dalam mendeteksi kebakaran dapat menyebabkan api dengan cepat menyebar dan menimbulkan kerugian yang besar, baik dari segi materi maupun keselamatan jiwa. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang mampu memberikan peringatan dini secara cepat dan akurat.

Perkembangan teknologi mikrokontroler dan sensor memungkinkan dirancangnya sistem pendeteksi kebakaran yang bekerja secara otomatis dan real-time. Sensor suhu seperti LM35 dapat mendeteksi peningkatan suhu sebagai indikasi awal terjadinya kebakaran. Flame sensor mampu mendeteksi keberadaan api secara langsung, sedangkan sensor PIR digunakan untuk mengetahui keberadaan atau pergerakan manusia di area pemantauan. Kombinasi ketiga sensor ini memberikan informasi yang lebih lengkap dalam mengidentifikasi kondisi lingkungan secara menyeluruh.

Proyek ini merancang sebuah sistem Smart Fire Early Warning System berbasis mikrokontroler STM32F103C8T6 yang berfungsi untuk mendeteksi potensi kebakaran secara dini. Data dari sensor suhu, flame sensor, dan sensor PIR akan diolah oleh mikrokontroler untuk menentukan kondisi lingkungan. Sistem akan memberikan peringatan melalui LED sebagai indikator visual, buzzer sebagai alarm suara, serta LCD sebagai media informasi yang menampilkan status secara real-time.

Dengan adanya sistem ini, pengguna dapat memperoleh peringatan dini terhadap potensi kebakaran sehingga tindakan pencegahan dapat segera dilakukan. Sistem ini diharapkan dapat meningkatkan tingkat keamanan pada area permukiman padat dengan desain yang sederhana, efektif, dan mudah diimplementasikan.

2. Tujuan [Kembali]

1. Merancang dan membangun sistem peringatan dini kebakaran berbasis mikrokontroler STM32F103C8T6 dengan memanfaatkan sensor suhu LM35, flame sensor, dan sensor PIR.

2. Mengolah data dari berbagai sensor untuk mendeteksi kondisi lingkungan, seperti peningkatan suhu, keberadaan api, dan keberadaan manusia, guna menentukan status aman atau bahaya.

3. Menampilkan informasi kondisi sistem secara visual melalui LED dan LCD, serta memberikan peringatan audio menggunakan buzzer ketika terdeteksi potensi kebakaran.

4. Membantu meningkatkan kewaspadaan dan keselamatan penghuni dengan memberikan peringatan dini secara otomatis terhadap kemungkinan terjadinya kebakaran.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Hardware

1. Adaptor 5V

Sebagai sumber tegangan utama sebesar 5V untuk mensuplai seluruh rangkaian sistem.

2. Kabel Jumper

Kabel jumper berfungsi untuk menghubungkan antar komponen elektronik pada breadboard.

3. Breadboard

Digunakan sebagai media perakitan rangkaian elektronik tanpa perlu proses penyolderan.

4. STM32F103C8T6 Microcontroller

Berfungsi sebagai pusat kendali sistem yang mengolah seluruh data dari sensor dan mengatur keluaran ke perangkat indikator.

5. Sensor Suhu LM35

Digunakan untuk mendeteksi perubahan suhu lingkungan. Sensor ini menghasilkan sinyal analog yang akan dibaca oleh mikrokontroler melalui ADC.

6. Flame Sensor

Berfungsi untuk mendeteksi keberadaan api secara langsung dengan memberikan sinyal digital sebagai input ke mikrokontroler.

7. Sensor PIR HC-SR501

Digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau pergerakan manusia di area pemantauan.

8. LCD 16x2 I2C

Berfungsi untuk menampilkan informasi kondisi sistem secara real-time, seperti kondisi aman, suhu tinggi, atau kebakaran terdeteksi.

9. LED

LED hijau digunakan sebagai indikator kondisi aman, sedangkan LED merah digunakan sebagai indikator kondisi bahaya atau peringatan kebakaran.

10. Buzzer

Berfungsi sebagai alarm suara yang akan aktif ketika sistem mendeteksi adanya kebakaran.

11. Resistor

Digunakan untuk membatasi arus listrik agar tidak merusak komponen seperti LED dan mikrokontroler.

12. Switch

Berfungsi sebagai saklar untuk menghidupkan atau mematikan sistem.

4. Dasar Teori [Kembali]

• Sensor Suhu LM35

Sensor LM35 merupakan sensor suhu analog yang bekerja berdasarkan perubahan tegangan terhadap suhu lingkungan. Sensor ini memiliki karakteristik linier, di mana setiap kenaikan suhu sebesar 1°C menghasilkan perubahan tegangan sebesar 10 mV. Tegangan output dari LM35 kemudian dibaca oleh mikrokontroler melalui ADC (Analog to Digital Converter) untuk diubah menjadi data digital. Dalam sistem ini, LM35 digunakan sebagai indikator awal potensi kebakaran melalui deteksi kenaikan suhu yang melebihi batas tertentu.

Pada Gambar ditunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :

VLM35 = Suhu * 10 mV

Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .

Grafik Respon Sensor LM35

• Flame Sensor

 Prinsip Flame Detektor tersebut menggunakan metode optik yang bekerja seperti UV (ultraviolet) dan IR (infrared), pencitraan visual api, serta spektroskopi yang berfungsi untuk mengidentifikasi percikan api atau flame. Reaksi intens bahan yang memicu kebakaran dapat ditandai dari UV, terlihatnya emisi karbondioksida, dan radiasi dari infrared. Flame Detector juga mampu membedakan antara False Alarm atau peringatan palsu dengan api kebakaran sungguhan melalui komponen sistem yang dirancang dengan fungsi mendeteksi adanya penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang tertentu.

Tingkat potensi risiko kebakaran dari setiap jenis bahan semakin meluas mengingat semakin canggihnya teknologi penginderaan api atau teknologi Flame Sensing. Pada umumnya bahan bakar industri yang tergolong mudah terbakar antara lain: bensin, hidrogen, belerang, alkohol, LNG/LPG, minyak tanah, kertas, disel, kayu, jet bahan bakar, tekstil, ethylene, dan pelarut.

Teknologi Flame Sensing yang umum digunakan adalah teknologi Visual Flame Imaging, UV atau ultraviolet, MSIR atau Multi-Spectrum Infrared, dan UV/IR yang merupakan gabungan dari ultraviolet/infrared. Keempat teknologi tersebut dirancang berdasarkan dengan deteksi radiasi line-of-sight yang berasal dari visible, UV, hingga IR spectral bands oleh percikan api.

Untuk memilih di antara empat teknologi tersebut, penting sekali untuk memenuhi persyaratan mengenai aplikasi pemantauan api, termasuk di dalamnya adalah jangkauan deteksi, durasi waktu merespon, FOV (Field of View), dan kekebalan terhadap false alarm tertentu, serta self diagnostik.

Grafik respon sensor

• Sensor PIR (Passive Infrared)

Sensor PIR digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau pergerakan manusia berdasarkan perubahan radiasi inframerah dari tubuh manusia. Sensor ini bekerja dengan mendeteksi perbedaan energi panas yang diterima oleh elemen sensornya. Ketika terdapat pergerakan manusia, sensor akan menghasilkan sinyal digital yang menunjukkan adanya aktivitas. Dalam sistem ini, PIR berfungsi sebagai informasi tambahan untuk mengetahui apakah terdapat penghuni saat kondisi darurat terjadi.

• Mikrokontroler STM32F103C8T6

Mikrokontroler STM32F103C8T6 merupakan pusat kendali sistem yang berfungsi untuk mengolah data dari seluruh sensor. Mikrokontroler ini memiliki kemampuan ADC untuk membaca sinyal analog dari sensor LM35 serta pin GPIO untuk membaca sinyal digital dari flame sensor dan PIR. Berdasarkan data yang diterima, mikrokontroler akan menjalankan logika pemrograman untuk menentukan kondisi sistem dan mengendalikan perangkat output.

• LED (Light Emitting Diode)

LED adalah komponen semikonduktor yang dapat memancarkan cahaya ketika dialiri arus listrik. Dalam sistem ini, LED hijau digunakan sebagai indikator kondisi aman, sedangkan LED merah digunakan sebagai indikator kondisi bahaya. Prinsip kerja LED didasarkan pada rekombinasi elektron dan hole yang menghasilkan energi dalam bentuk cahaya.

Komponen LED (Light Emitting Diode) beserta grafik karakteristik hubungan antara arus dan tegangannya (I-V). Pada bagian kiri gambar, dijelaskan mengenai simbol elektronik dan struktur fisik dari LED itu sendiri. Aliran arus konvensional mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif, di mana terminal positif dinamakan Anode dan terminal negatif dinamakan Cathode. Secara fisik, terminal Anode dapat dikenali dari kakinya yang lebih panjang, sedangkan terminal Cathode memiliki kaki yang lebih pendek dan biasanya berada di sisi bodi LED yang memiliki takikan atau bagian datar (notch).

Sementara itu, bagian kanan gambar menampilkan grafik karakteristik I-V yang menunjukkan hubungan antara Tegangan Maju (V_F dalam satuan Volt) pada sumbu horizontal dan Arus Maju (I dalam satuan miliamper atau mA) pada sumbu vertikal untuk berbagai jenis warna LED. Grafik tersebut menginformasikan bahwa setiap warna LED membutuhkan tegangan kerja yang berbeda-beda agar dapat menyala. Urutan tegangan maju dari yang paling rendah ke yang paling tinggi dimulai dari Infra-Red, diikuti oleh warna Merah, Amber, Kuning, Hijau, Biru, hingga yang paling tinggi adalah warna Putih. Selain itu, terdapat garis putus-putus horizontal pada angka 20 mA yang menandakan batas arus operasi standar atau optimal yang umumnya digunakan untuk menyalakan LED indikator tersebut dengan aman.

• Buzzer

Buzzer listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara.

Simbol:

Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi kisaran 1-5 KHz hingga 100 KHz untuk aplikasi ultrasound. Tegangan operasional buzzer yang umumnya berkisar 3-12 V.

Cara Kerja Buzzer

Tegangabn Listrik yang mengalir ke buzzer akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut akan diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh manusia.

• LCD 16x2 I2C

LCD 16x2 adalah modul tampilan yang digunakan untuk menampilkan informasi dalam bentuk karakter. LCD ini mampu menampilkan dua baris dengan masing-masing 16 karakter. Dalam sistem ini, LCD digunakan untuk memberikan informasi kondisi sistem secara real-time, seperti status aman, suhu tinggi, atau kebakaran terdeteksi.

• Resistor

Resistor merupakan komponen pasif yang berfungsi untuk membatasi arus listrik dalam rangkaian. Nilai resistansi resistor dinyatakan dalam satuan Ohm (Ω) dan mengikuti hukum Ohm, yaitu V = I × R. Dalam sistem ini, resistor digunakan untuk melindungi komponen seperti LED agar tidak mengalami kerusakan akibat arus berlebih.

 Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 10^5 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

5. Percobaan [Kembali]