## Robot Pendeteksi Kondisi Gas Beracun di Daerah Pegunungan yang Dapat Dikendalikan dengan Remote Kontrol
Kristian Visi Subekti 1 , Gunawan Dewantoro 2 , F. Dalu Setiaji 3
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 kristian_visi@ymail.co.id, 2 gunawan.dewantoro@staff.uksw.edu, 3 fdsetiaji@yahoo.com

## Ringkasan
Sampai saat ini masih ditemukan beberapa orang terluka akibat infeksi gas beracun dalam tubuh  di  daerah  pegunungan,  bahkan  ada  yang  meninggal.  Hal  ini  sangat  meresahkan warga desa sekitar pegunungan dan juga para karyawan pabrik yang sehari-hari bekerja di daerah  yang  berbahaya.  Berdasarkan  permasalahan  tersebut,  maka  akan  dibuat  sebuah robot  untuk  menggantikan  manusia  dalam  mendeteksi  gas  beracun.  Robot  ini  terdiri  2 bagian  yaitu  bagian master sebagai  remote  kontrol  dan slave berupa  robot  yang  akan dikendalikan.  Robot  ini  dikendalikan  secara wireless dan  terdapat  kamera  pada  bagian depan  atas  robot  sehingga  manusia  yang  mengendalikan  bisa  melihat  keadaan  di  sekitar robot melalui remote yang terdapat LCD warna di tampilannya. Pada robot ini digunakan ATMEGA  2560  sebagai  pengendali  utama  di  modul master dan slave .  Hasil  tangkapan kamera  dikirim  secara  wireless  dengan  modul video sender sehingga  robot  dapat  bergerak bebas saat dikendalikan di kondisi lapangan yang sulit. Hasil pengujian menunjukkan robot ini  dapat  dikendalikan  untuk  berjalan  maju,  mundur,  belok  ke  kiri  atau  kanan  dan mengirim  data  konsentrasi  gas  H 2 S  secara  wireless  terhadap  modul master .  Robot  beroda mampu  bergerak  melewati  medan  miring  dengan  kemiringan  30°  dan  melewati  dataran tidak  rata  hingga  ketinggian  10  cm  dari  permukaan  tanah.  Hasil  data  yang  diterima  dari sensor diolah menjadi grafik yang ditampilkan pada LCD grafik secara real time . Robot juga mampu menampilkan hasil rekaman video tentang kondisi sekitar robot secara streaming .
Kata kunci: video sender , radio frekuensi, mikrokontroler, nirkabel

## 1. Pendahuluan
Sampai  saat  ini  masih  ditemukan  beberapa  orang  yang  terluka  akibat  infeksi  gas beracun  dalam  tubuh  di  daerah  pegunungan,  bahkan  ada  yang  meninggal.  Hal  ini meresahkan warga desa sekitar pegunungan dan juga para karyawan pabrik yang sehari- hari  bekerja  di  daerah  yang  berbahaya  [1].  Khususnya  para  pekerja  lapangan  yang berkerja di sekitar daerah pegunungan berapi, yang akan mendapatkan resiko keracunan jika membuka lahan baru untuk proyek pembangunan atau bagi masyarakat yang ingin meluaskan  lahan  untuk bercocok  tanam.  Berikut  ini adalah  gas beracun  yang berada di daerah pegunungan berapi beserta efeknya [2].
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 155 - 165
Tabel 1. Karakteristik serta efek gas beracun
Berdasarkan  permasalahan  tersebut  maka  akan  dibuat  sebuah  robot  membantu mendeteksi  gas  beracun  khususnya  di  daerah  pegunungan.  Untuk  tujuan  tersebut diperlukan  mekanik  robot  yang  mampu  menjelajah  di  area  pengunungan.  Berikut  ini adalah beberapa contoh mekanik robot yang pernah dibuat [3].
Karakteristik Efek jangka pendek Efek jangka panjang CO 2 Tak berbau, tak berwarna, berat jenis gas terhadap udara=1.52 g/liter. Kelarutan gas dalam air pada suhu 20° C=0.04 g/liter Batas rata-rata yang diijinkan dalam 8 jam = 5000 ppm Sesak nafas ringan, gejala muncul jika konsentrasi gas tinggi dan tidak cukup oksigen untuk bernafas. Terlalu lama terkena konsentrasi >10% dapat menyebabkan ketidaksadaran SO 2 Tidak berwarna pada suhu kurang dari -10° celcius dapat dilihat pada 3 ppm kepadatan di udara 2,26 gram/ liter larutan gas 10 gram/ liter. PEL 5 ppm di udara; 13 miligram/3 meter kubik di udara. Dapat menyebabkan iritasi dan rasa terbakar pada matamenyebabkan batuk-batuk dan susah bernafas. Sekitar 90° SO
2 diserap di bagian atas pernafasan. Pada konsentrasi 6-
12 ppm dapat menyebabkan iritasi pada hidung dan tenggorokan pada konsentrasi lebih dari 20 ppm dapat menyebabkan iritasi pada mata. Pada konsentrasi rendah bisa berbahaya jika orang tersebut mengidap penyakit kardioplumonari H 2 S Tidak berwarna, mudah terbakar dan dikenal sebagai gas telur busuk. Bau dapat terdeteksi pada 0,77 ppm dan mudah terlihat pada 4,6 ppm. Kepadatan gas di udara 1,19 g/ liter. Kelarutan gas 2,9 gram per liter. PEL = 20 ppm di udara; 28 mg/m 3 di udara.
Efek jangka pendek menghirup 20-
150 ppm dapat menyebabkan iritasi mata jika terkena konsentrasi yg lebih tinggi dapat menyebabkan iritasi pada pernafasan atas Jika menghirup di bawah 50 ppm dapat menyebabkan paringitis dan bronkitis jika menghirup lebih dari 250 ppm dapat menyebabkan pulmonari endema. CO Gas tidak berwarna, tidak berbau, dan hambar yang sedikit lebih ringan dari udara. PEL:  9 ppm , 8 jam. 35 ppm, 1 jam. Sekali lagi tergantung pada kadar karbon monoksida terhirup, gas ini bisa berakibat fatal dan dapat menyebabkan kematian secara bertahap atau dapat membunuh dalam hitungan menit. Efek jangka panjang menghirup karbon monoksida dapat mempengaruhi: ingatan,
fungsi otak, tingkah laku,
kognisi. Hal ini juga dapat menyebabkan kerusakan permanen pada organ utama lainnya dalam tubuh, seperti jantung. Efek keracunan karbon monoksida dalam jangka panjang mungkin halus atau mungkin sangat parah, tergantung pada tingkat keracunan.
(a)
(b)
(c) (d)
Gambar 1. (a) Wheel enabled system (b) Track enabled system (c) Wheel-leg hybrid system (d) Hop-roll hybrid system
Yang  dipilih  dalam  penelitian  ini  adalah  model  mekanik  robot  RC off  road yang mampu  menjelajahi  di  daerah-daerah  berbatu.  Memang  ada  beberapa  desain  mekanik robot  yang  bisa  digunakan  untuk  menjelajahi  daerah-daerah  terjal  namun  dari  segi kesiapan  teknologi  yang  ada  maka  penulis  menggunakan wheel  enabled  system .  Robot bermekanik wheel  enabled  system yang  penulis  rancang    ini  dikendalikan  dengan menggunakan  remote  control  dan  terdapat  kamera  pada  bagian  depan  atas  robot  yang berfungsi  sebagai  “mata  robot”  sehingga  manusia  yang  mengendalikan  bisa  melihat keadaan di sekitar robot secara visual, karena  pada remote yang terdapat tampilan LCD warna.  Hal  tersebut  akan  memudahkan  pengendali  robot  untuk  mengarahkan  robot sambil mengamati  keadaan di sekitar robot.

## 2. Perancangan

## 2.1.   Perancangan Perangkat Keras
Alat  yang  akan direalisasikan  adalah  sebuah  robot pedeteksi  gas beracun di  daerah pegunungan  yang  dilengkapi  modul  kamera  yang  dikendalikan  oleh remote  control di mana hasil pengukuran konsentrasi  gas beracun dapat di tampilkan dalam bentuk grafik pada  sebuah  layar  LCD.  Komunikasi  antara  modul master yang  terpasang  pada  tangan user  dengan  mikrokontroler  utama  yang  terletak  pada  badan  robot  ( slave )  dirancang secara  nirkabel  dengan  antarmuka  serial-RF  menggunakan  RF  link  3DR  radio  telemetri

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 155 - 165
keluaran RCT  timer .  Secara  umum,  alat  akan  terbagi  menjadi  dua  bagian  besar,  yaitu modul master dan modul slave . Modul master adalah modul pengontrol utama robot di mana terdapat LCD TV sebagai penampil video. Terdapat pula   LCD TFT 320×240 pixel sebagai penampil  grafik  konsentrasi  gas H 2 S.  Sedangkan joystick PS2 digunakan  sebagai pengontrol  gerak  kamera dan robot. Sedangkan modul slave adalah  sebuah  sistem  yang dikontrol  oleh master yang  terdiri dari    kerangka mobil  RC off road ,  kamera cctv,  sensor gas  H 2 S, video  sender ,  RF  link.  ATMega  2560  adalah  mikrokontroler  utama  pada  kedua modul  ini.  Pada  penelitian  ini,  alat  yang  dibuat  terdiri  atas  perangkat  keras  yang meliputi modul mekanik dan modul  elektronik, perangkat  lunak meliputi software pada mikrokontroler.  Sedangkan blok  diagram perancangan  ini dibagi menjadi blok  diagram master dan slave .
(a) (b)
Gambar 2(a). Blok diagram master dan (b) Blok diagram slave
Pada  modul  mekanik  ini  penulis  menggunakan  mekanik  RC off  road yang  bisa digunakan  di  daerah  berbatu  ataupun  dataran  tidak  rata  seperti  kondisi  di  daerah pegunungan.  Berikut  ini  adalah    penjelasan  tentang  modul  kerangka  mekanik robot  off road :
Mikrokontroler Master (ATmega 2560) RF Link 3DR Radio LCD 240 x 320 Data Gas H2S Joy stick PS2 Receiver Video sender LCD
TV 800x 480 Mikrokontroler Slave (ATmega 2560) Motor DC Diver Motor RF Link 3DR Radio Sensor gas H2S Kontrol Robot Motor Servo Kamera cctv Transmiter Video sender
Kristian Visi Subekti, Gunawan Dewantoro, F. Dalu Setiaji

## Gambar 3. Kerangka mekanik robot beroda
Dengan  adanya passive  suspension dan  penyangga  kerangka  yang  dihubungkan dengan  sistem  engsel  peluru  maka  robot  bisa  bergerak  secara  fleksibel  di  dataran  yang tidak  rata  dengan  cukup  baik.  Suspensi  tersebut  juga  dapat  meminimalisir  amplitudo getaran yang dihasilkan dari permukaan jalan robot yang tidak rata.
Gambar 4. Realisasi mekanik dan elektronik robot beroda
Komponen-komponen  yang terletak di atas body robot antara lain:
•  Mekanik mobil RC off road
•  2 Buah driver motor
•  2 Buah motor DC
•  Board mikrokontroler utama Atmega 2560
•  Board berisi modul RF 3DR radio
•  1  Buah  baterai  LiPo  yaitu  LiPo  Turnigy  3cell  2200mAh  untuk  catu  motor  dan logika
•  3 Motor servo Hextronik HXT900
•  Kamera CCTV
• Video sender
Di  dalam  modul  elektronik  pada master terdapat  pengendali  utama,  yaitu mikrokontroler ATmega2560. Pengendali utama master ini bertugas untuk mengolah data dari  joy  stick  PS2  dan  sensor  Gas  H 2 S  yang  diterima  melalui  modul  Radio  Frekuensi.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 155 - 165
Hasil  pengolahan  data  disimpan  dalam array dan  dan  kemudian  ditampilkan  dalam bentuk  grafik  konsentrasi  gas  H 2 S.  Pada  modul  elektronik slave terdapat  pengendali utama,  yaitu  mikrokontroler  ATMega  2560.  Pengendali  utama slave ini  bertugas  antara lain  untuk menerima dan mengirim,   data serial melalui  antarmuka RF  link 3DR  radio, mengakuisisi data dari sensor gas H 2 S, serta menggerakan motor DC serta servo.
Pengolahan data yang dilakukan oleh pengendali utama slave ini antara lain:
1.  Melakukan pembacaan gas H 2 S.
2.  Mengkonversi  data  serial  berupa  data  digital joy  stick PS2  yang  diterima  dari master untuk  diterjemahkan  menjadi  gerakan  robot  beroda  via  antarmuka driver motor dan kamera.
3.  Mengirim sinyal video analog ke modul master .

## 2.2.   Perancangan Perangkat Lunak
Gambar 5. Diagram alir slave
Program slave menangani  tugas-tugas  antara  lain  berkomunikasi  dengan master melalui  serial  RF,  mengatur  pergerakan  driver  motor,  mengirim  data  keluaran  sensor MQ  136,  dan  mengatur  pergerakan  masing-masing  servo.  Berikut  adalah  penjelasan diagram alir tersebut:
•  Menginisialisasi modul RF dan LCD TFT
•  Data  diambil 50  kali  kemudian dirata-rata  dan dikirim  ke modul master melalui RF link
Mulai Inisialisasi sistem dan sensor Ambil dan olah data sensor gas H2S dari MQ 136
Kirim data H 2 S ke modul
Master melalui RF link
Mengerakan servo dan roda robot Selesa i Terima data dari master melalui RF link
Robot Pendeteksi Kondisi Gas Beracun di Daerah Pegunungan yang Dapat Dikendalikan dengan Remote Kontrol Kristian Visi Subekti, Gunawan Dewantoro, F. Dalu Setiaji
•  Menerima data dari modul master berupa data joy stick analog PS2
•  Mengolah  data  yang  diterima  untuk  mengerakkan  servo  dan  memicu  arah puratan motor melalui driver serta PWM motor.
•  Program selesai.
Gambar 6. Diagram alir master
Program master menangani  tugas-tugas  antara  lain  mengolah  data  digital  menjadi grafik, pengambilan  dan pengolahan joystick PS2, mengirim dan menerima  data melalui serial  RF,  dan  mengatur  tampilan  grafik  LCD  TFT.  Berikut  adalah  penjelasan  diagram alir tersebut:
•  Menginisialisasi modul joystick PS2 dan LCD grafik
•  Menerima data  yang  dikirim modul slave kemudian diubah menjadi  grafik ppm dari 5-100 ppm dengan jeda waktu 500 ms tiap update data yang dilakukan.
•  Mengirim data dari joystick PS2 ke modul slave melalui radio frekuensi.
•  Program selesai.

## 3. Hasil Pengujian dan Analisis
Bab  ini  akan membahas mengenai pengujian  alat serta  analisis  dari hasil pengujian. Pengujian akan dilakukan per bagian sistem.

## 3.1.   Pengujian Sensor Gas
Pengujian  sensor  gas  dilakukan  dengan  cara  membuatkan  tabung  yang  di  isi  gas belerang kemudian diberi saluran untuk dibaca konsentrasinya oleh sensor gas MQ 136 yang  dipakai  dan  ke  alat  BW  H 2 S  Extreme  sebagai  pembanding.  Berikut  adalah  hasil perbandingannya.
Mulai Inisialisasi modul LCD
grafik dan joystick PS2 modu
Terima data dari slave melalui serial-RF
Ambil data joystick ps2 dan dikirim melalui serial RF Olah data menjadi grafik Selesa i
Tabel 2. Pembacaan konsentrasi gas H2S oleh sensor  MQ136 dan oleh alat acuan BW H 2 S Extreme
BW H 2 S Extreme (ppm) MQ 136 (ppm) 7 8 10 10 17 17 24 24 31 31 38 38 45 46 52 52 59 58 66 67
Data  tersebut  menunjukkan  hasil  pembacaan  oleh  sensor  MQ  136  cukup  akurat mengingat  akan  sifat  gas  yang  konsentrasinya  berubah  terhadap  tekanan  dan  volume tabung vakum sehingga sedikit menyulitkan ketika mengkalibrasinya.
Gambar 7. Foto pengujian gas H 2 S dengan BW H 2 S Extreme dan modul sensor gas MQ136

## 3.2.   Pengujian Alat di Lapangan
Mekanik  robot  mampu  berjalan  cukup  baik  di  daerah  bebatuan.  Robot  mampu dikendalikan  sampai  jarak  kurang  lebih  200  meter.  Namun  karena  berada  di  luar ruangan, layar  LCD tidak bisa terlihat jeas tampilannya akibat adanya cahaya luar yang terlalu terang.
Gambar 8. Pengujian mekanik di kawah Sikidang, Dieng
Kristian Visi Subekti, Gunawan Dewantoro, F. Dalu Setiaji
Mekanik  yang  digunakan  mampu  menaiki  jalan  terjal  dengan  keterjalan  10  cm  dari permukaan tanah dan bidang miring hingga 45°. Leher kamera Robot mampu Bergerak kanan atau ke kiri sejauh 90° dan dapat melihat ke atas atau ke bawah sejauh 45°.
Gambar 9. Pengujian gerakan kamera
Gambar 10. Pengujian robot terhadap keterjalan dan kemiringan medan lapangan

## 3.3. Pengujian Motor DC dan Servo
Motor  yang  digunakan  pada  robot  ini  adalah  motor  DC  dimana  arus  yang  ditarik untuk  mencatu  motor  ini  adalah  500  mA  -  700  mA  sedangkan  pada  servo  diperlukan arus 700 – 800 mA. Pada motor ini terdapat 3 buah servo dan 2 motor DC jadi jika semua motor  DC,  servo,  kamera  serta  lampu  LED    digunakan  secara  bersamaan  maka  baterai sebesar  2200  mAH  80C  mampu  mencatu  beban  tersebut  selama  kurang  lebih  30  menit namun pada kenyataan pemakaiannya robot ini mampu berjalan sampai kurang lebih 60 menit  karena  servo  yang  dipasang  jarang  digunakan.  Sehingga  baterai  dapat  mencatu daya pada beban rangkaian robot lebih lama.
Berikut adalah tabel penggunaan tombol dan fungsinya:

## Tabel 3. Pengujian joystick PS2 terhadap robot
Tombol Fungsi Joystick kiri sumbu x Menggerakan roda depan serong kanan atau kiri Joystick kiri sumbu y Menggerakan motor DC maju dan mundur Joystick kanan sumbu x Menggerakkan kamera ke kanan dan ke kiri sebesar 90° Joystick kanan sumbu y Menggerakkan kamera ke atas dan kebawah sebesar 45° Joystick L3 Menyalakan atau mematikan penerangan LED Joystick R3 Mengembalikan posisi kamera ke keadaan netral (pandangan kamera lurus ke depan sejajar dengan body robot)

## 3.4.   Pengujian Kamera
Hasil  tangkapan  kamera  menggunakan  kamera  CCTV  cukup  bagus  jika  dilakukan dalam kondisi diam namun kadang terlihat buram saat dilakukan dalam kondisi berjalan [4]. Hal ini disebabkan karena gangguan induksi kumparan motor DC.
Gambar 11. Pengujian kamera video dalam keadaan motor DC diajalankan

## 3.5.   Pengujian Grafik Gas Beracun
LCD yang digunakan adalah ITDB 02 yang mempunyai resolusi 320 × 240 pixel. Pada grafik LCD ini dapat menampilkan konsentrasi gas H 2 S dalam bentuk grafik dari skala 0 - 200 ppm [5].
Gambar 12. Pengujian grafik gas H2S terhadap waktu pada layar LCD grafik

## 4. Kesimpulan
Robot  terbagi  menjadi  dua  modul,  yaitu  modul Master yang  berupa remote kontrol user dan  modul Slave yang  terdiri  dari  robot  beroda  dan  leher  kamera.  Robot  dapat bergerak  melewati  medan  miring  dengan  kemiringan  30°  dan  melewati  dataran    tidak
Kristian Visi Subekti, Gunawan Dewantoro, F. Dalu Setiaji
rata  hingga  ketinggian  10  cm  dari  permukaan  tanah.  Robot  ini  mampu  mendeteksi  gas H 2 S  di  atas  6  ppm  dengan  akurasi  1  ppm.  Keluaran  sensor  akan  diolah  menjadi  grafik yang  ditampilkan  pada  LCD  grafik  secara real  time .  Komunikasi  antara  modul master dengan  modul slave secara wireless menggunakan  antarmuka  serial-RF.  Pada remote control terdapat  tombol  untuk  mengendalikan  gerak  robot  serta  tombol  pengatur tampilan LCD remote untuk:
a.  Menampilan grafik gas beracun terhadap waktu.
b.  Menggerakan leher kamera (ke kanan atau ke kiri sejauh 90°dan dapat melihat ke atas atau ke bawah sejauh 45°)
c.  Menggerakan robot ( rotate right or left , move forward or backward ) d.  Mengubah mode pengambilan gambar ( night mode or day mode )

## Daftar Pustaka
[1]  http://www.blitarkab.go.id/?p=610/, diakses pada tanggal 26 Mei 2013.
[2]  G. William, R.J. Hazzel, Hazzard of volcanic Gasses , the Open University, 2000.
[3]  A.  Seeni,  B.  Schäfer,  B.  Hirzinger, Robot  Mobility  Systems  for  Planetary  Surface Exploration  –  State-of-the-Art  and  Future ,  Institute  of  Robotics  and  Mechatronics German Aerospace Center (DLR), Germany, 2010.
[4]  Megatron  elektrik, Video-sender ,  www.megatron.biz,  diakses pada tanggal 27  Januari 2014.
[5]  http://henningkarlsen.com/electronics/library.php?id=52,  diakses  pada  tanggal  10 Maret 2014.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 155 - 165