## Journal of Industrial Engineering, Scientific Journal on Research and Application of
Industrial System, Vol. 5, No.2, September 2020: 128-134

## Aplikasi Sensor Passive Infra-Red (PIR) untuk Meningkatkan Keselamatan Pekerja pada Mesin-Mesin Produksi Industri
Joni Welman Simatupang 1 , Indra Sucipta 2 , Azis Wibowo 3 , Kuncoro 4 , dan Yosua Siringoringo 5 1,2,3,4,5) Faculty of Engineering, Electrical Engineering Study Program, President University
Jl. Ki Hajar Dewantara Kota Jababeka,Cikarang, Bekasi - Indonesia 17550
Email: joniwsmtp@president.ac.id , indrasucipta1@gmail.com, azizwibowolfc@gmail.com, adikuncoro40@gmail.com, yosuacaya@gmail.com

## ABSTRACT
This  research  of  literature  study  discusses  about  the  function  and  application  of  infrared sensor-based  motion  detection  devices  for  work  safety  on  industrial  cam  machinery.This  device was designed to assist the industry in preventing the work accidents that occur due to hazardous industrial  machinery.  The  detector  uses  a  PIR  (Passive  Infra-Red)  sensor  as  a  motion  detector  of the human limbs. On its application, PIR sensor is placed on a specific side of the machine. Then, the  system  will  provide  an  automatic  cut-off  alarms  on  the  machine  when  a  person  crosses  the fabric area that has been detected by the sensor.  It was expected that this way will protect the manpower  from  the  occurrence  of  work  accidents  which  are  caused  by  dangerous  industrial machines.  With  the  implementation  of  this  infrared  sensor  design,  the  analysis  of  hazardous machinery  is  becoming  increased  so  that  this  infrared  sensor  based  working  security  system  is growing and easier for shaping in many designs.
Keywords: Motion detection devices, PIR sensor, Cam machinery, Cut-off alarm, Sensor design.

## ABSTRAK
Penelitian  (studi  literatur)  ini  membahas  tentang  fungsi  dan  penerapan  dari  alat  pendeteksi (detektor) gerak berbasis sensor inframerah untuk keselamatan pekerja ketika menggunakan mesin- mesin  industri.  Sensor  ini  didesain  untuk  membantu  perindustrian  dalam  mencegah  kecelakaan kerja yang mungkin terjadi akibat mesin industri yang berbahaya. Detektor ini menggunakan sensor inframerah  pasif  atau  PIR  ( Passive  Infra-Red )  sebagai  pendeteksi  gerakan  dari  anggota  tubuh manusia. Dalam implementasinya, sensor PIR biasanya dipasang pada sisi tertentu di bagian mesin. Kemudian,  sistem  tersebut  akan  memberikan alarm  cut-off secara  otomatis  pada  mesin  ketika seseorang  melintasi  area  perambahan  yang  telah  terdeteksi  oleh  sensor.  Tentu  saja  hal  ini  dapat melindungi  manusia  dari  terjadinya  kecelakaan  kerja  yang  diakibatkan  oleh  mesin  industri  yang berbahaya. Dengan adanya penerapan desain sensor inframerah ini, maka analisa terhadap mesin- mesin  berbahaya  menjadi  semakin  meningkat  sehingga  sistem  keamanan  kerja  berbasis  sensor inframerah  akan  semakin  berkembang  dan  akan  memberikan  keluwesan  (fleksibilitas)  hadirnya sensor-sensor sejenis dalam banyak desain.
Keywords: Divais pendeteksi gerak, Sensor PIR, Mesin produksi, Batas tanda bahaya , Desain sensor .

## 1. Pendahuluan
Selama dua dekade terakhir, para peneliti telah mengeksplorasi berbagai teknologi dan metodologi dengan  menggunakan  (memanfaatkan)  sensor  dalam  berbagai  aplikasi  termasuk  untuk security (keamanan) (Rangkuti, & Simatupang, 2015; lihat juga Simatupang, Andrian, Zhuang, & Prasetyo, 2019). early  warning  detection system (sistem  deteksi  dini)  Simatupang,  J.W.,  Naufal,  F.,  2019; lihat  juga Galina,  M.,  Ramadhani,  M.W.,  Simatupang,  J.W.,  (2019); Saifullana,  Simatupang,  J.W.,
2019), transpotation (transportasi) (Suhartomo,,  Simatupang,  Widjaja,  &  Gapsari,  2018), Internet of Things (IoT) (Ginting, Simatupang,  Bukhori,  & Kaburuan, 2018; lihat juga Gunawan, 2017), serta  untuk  meningkatkan  keselamatan  pekerja  di  dunia  industri  ( human  safety  in industrial  world ) Cooper,  2001;    lihat  juga  Ulang,  Salim,  Baharum,  F.  &  Agus  Salim,  2014; Rathnayake, & Karunasena, 2016;   Rosita, Wibowo, Rahayu, 2018). Pemanfaatan teknologi yang dilakukan  terutama  berfokus  pada  pendeteksian  parameter-parameter  tertentu  dengan
menggunakan  sensor.  Sensor  kemudian  mengaktifkan  peringatan  berupa  bunyi  alarm ( buzzer ) atau sistem pemberhentian kerja mesin secara otomatis ( automatic early warning detection system ).
Sampai  saat  ini,  telah  banyak  perusahaan  yang  mengeksplorasi  penggunaan  sistem  keselamatan kerja berbasis sensor inframerah ( IR sensor ). Namun masih banyak juga yang belum menerapkannya sesuai standar yang ditetapkan pemerintah terkait keselamatan kerja, terutama pada perusahaan- perusahaan  yang  baru  berdiri.  Tulisan  ini  adalah  hasil  dari  penelitian  yang  mencoba  menganalisis tentang  fungsi  dan  penerapan  sistem  keselamatan  kerja  dengan  aplikasi  teknologi  berbasis  sensor inframerah  pada  mesin-mesin  industri  yang  belum  mempunyai  sistem  keselamatan  sesuai  dengan standar yang seharusnya. Harapannya adalah agar sistem ini bisa diterapkan secara praktis sehingga menghindari kerugian di pihak perusahaan/industri, baik secara fisik maupun materi (Firmandhani, 2016)
Inframerah  adalah  bagian,  atau  “pita”  cahaya  tak  terlihat  yang  ditemukan  pada  spektrum elektromagnetik.  Ini  adalah  bentuk  radiasi  panas  yang  juga  bisa  disebut  “energi  inframerah.”  Di dunia  industri,  inframerah  juga  sering  digunakan  sebagai  alat  pendeteksi  benda  (secara  esensial fungsinya  sebagai  sumber  cahaya  dan  sensor  di  bidang  telekomunikasi  dan  biomedik).  Detektor inframerah  bekerja  dengan  prinsip  pantulan  ( reflectivity ):  sensor  mengirimkan  sinyal  ke  sebuah benda ( light transmission ), maka sebagian  dari cahaya yang diserap itu akan  dipantulkan kembali ke  sensor  inframerah  dengan  panjang  gelombang  tertentu,  dan  juga  tergantung  pada  suhu  benda tersebut. Pantulan sinyal tersebut akan ditangkap oleh sensor melalui divais detektor cahaya atau light-receiver (Lestari, 2012).

## 1.1. Rumusan Masalah
Rumusan  masalah  penelitian  ini  menanyakan  bagaimanakah  bentuk/model  rancangan  purwarupa (prototipe)  desain  sensor  inframerah  yang  baik  dan  praktis  untuk  dapat  diterapkan  pada  area produksi,  terutama  agar  dapat  dipasang  pada  mesin-mesin  produksi  yang  memiliki  proses-proses atau  alat-alat  berbahaya  di  dalamnya  seperti:  mesin  pemotong,  mesin  penjepit,  mesin  bor (pembuat lubang), dll.

## 1.2. Batasan Masalah
1) Sistem mengunakan modul utama inframerah pasif sebagai sensor deteksi.
2) Pembuatan  sistem  harus  sesuai  dengan  data  lapangan  secara  detail  demi  mendapatkan hasil maksimal dalam meminimalisir terjadinya kecelakaan kerja.

## 1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memperkenalkan desain prototipe divais sensor berbasis inframerah pasif untuk memantau dan memberi informasi ke mesin. Jika ada indikasi tangan atau bagian tubuh manusia terkena batas sensor inframerah pasif, maka sensor akan mengirim pesan ke mesin untuk standby .  Hasil  analisa  dari  penelitian  dapat  dipakai  sebagai  dasar/alasan  untuk  menyediakan sebuah desain sistem keselamatan kerja secara detail yang telah disesuaikan dengan data observasi lapangan. Dengan harapan desain selanjutnya bisa diaplikasikan langsung menjadi alat yang dapat diterapkan langsung di area produksi sebagai sistem keselamatan kerja.

## 2. Metode: Disain dan Implementasi

## 2.1 Passive Infra-Red (PIR) Sensor
Pada  dasarnya  sensor  gerak  PIR  dan  sensor  LED  inframerah  memiliki  karakteristik  yang  sama. Hanya,  letak  perbedaannya  pada  modul  masing-masing  sensor.  Sistem sensor infra  merah menggunakan infra merah sebagai media komunikasi data antara  penerima  dan pemancar. Sistem akan  bekerja  jika  sinar  infra  merah  yang  dipancarkan  terhalang  oleh  suatu  benda  yang mengakibatkan  sinar  infra  merah  tersebut  tidak  dapat  terdeteksi  oleh  penerima  (Sijabat,  2019; lihat juga Yusniati, 2018). Sedangkan sensor PIR digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR ini bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah
tetapi  hanya  menerima  radiasi  sinar  infra  merah  dari  benda  lain  (Desmira,  Nugroho,  &  Sutarti, 2020).Bentuk komponen dari sensor PIR ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 . Bentuk Komponen Sensor PIR (Desmira, Nugroho, & Sutarti, 2020).
.
Modul sensor gerak PIR memiliki keluaran yang langsung bisa dihubungkan dengan komponen digital TTL ( Transistor-Transistor Logic, tegangan dari 4.75 s/d 5.25 V) atau CMOS ( Complementary Metal- Oxide  Semiconductor, tegangan  dari  0  s/d  0.33  VDD  pada  level  rendah  dan  0.67  VDD  pada  level tinggi)  dan  juga  mikrokontroler.  Hasil  deteksi  kerja  dari  sensor  gerak  ini  akan  menjadi  efektif tergantung kepada lokasi/posisi pendeteksiannya. Sensor gerak harus diletakkan pada posisi/lokasi yang  tepat  sehingga  semua  gerakan  yang  ada  dalam  ruangan  dapat  terdeteksi/termonitor.  Jadi, sangat perlu diatur supaya daerah yang dapat dimonitor tersebut terjangkau oleh sensor atau sesuai dengan jarak yang diinginkan user .

## 2.2 Blok Diagram Sensor PIR ( Cut Off Mesin)
Sensor  Passive  Infra-Red  (PIR),  seperti  nama  yang  diberikan  (* passive )  hanya  memberikan  respons sinyal (energi) dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya.  Umumnya  adalah  gerakan  tubuh  manusia.  Dan  sensor  ini  memiliki  lima  bagian  utama, yakni  lensa  Fresnel  ( Fresnel  Lens), penyaring  infrared (IR  Filter), pendeteksi  piroelektrik (Pyroelectric  sensor), dan  penguat (amplifier), dan pembanding (comparator) seperti  terlihat  di Gambar 2.
Gambar 2 menunjukkan blok diagram sensor PIR yang bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang muncul dari setiap benda dengan suhu di atas 273K,  di  mana  suhu  rata-rata  tubuh  manusia  adalah  305K  (Universitas  Gajah  Mada  Yogyakarta, 2016).Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh pendeteksi piroelektrik yang merupakan  bagian  inti  dari  sensor  PIR ini  sehingga  menyebabkan  pendeteksi  piroelektrik yang terdiri  dari gallium  nitride ( GaAs ), cesium  nitrate (C S NO 3 )  dan  lithium tantalate  (LiTaO 3 ) memproduksi arus listrik. Jadi, ketika sensor dilewati oleh seseorang, misalnya, maka lensa Fresnel akan  memfokuskan  energi thermal (panas)  yang  diterima  dan  kemudian  sensor  akan  menangkap sinar  inframerah  pasif  yang  terpancar  dari  tubuh  orang  tersebut.  Notabene,  suhu  tubuh  orang tersebut  berbeda  dengan  suhu  lingkungan  sehingga  menyebabkan  bahan  piroelektrik bereaksi  dan menghasilkan arus listrik karena energi panas yang dibawa oleh sinar inframerah pasif. Arus listrik yang  dihasilkan  kemudian  diperkuat  oleh  divais  penguat (amplifier) dan  dibandingkan  oleh  divais pembanding (comparator) sebelum keluar Desmira, Nugroho, & Sutarti, 2020).
Skematik  rangkaian  sensor  PIR  ditunjukkan  pada  Gambar  3  (Universitas  Gajah  Mada  Yogyakarta, 2016). Mekanisme kerja dari skematik rangkaian tersebut bisa dijelaskan demikian: Pada saat tidak ada  energi thermal (panas)  yang  terdeteksi, maka output  sensor akan  bernilai  5V  dan pnp transistor ‘tidak bekerja’. Pada kondisi ini, emitter voltage (e) akan bernilai 0V sehingga tegangan npn  transistor tidak  aktif.  Namun,  saat  ada  energi  panas  yang  terdeteksi,  maka output  sensor menjadi  0V, pnp  transistor aktif, collector voltage (c)  mendekati  5V,  mengaktifkan npn  transitor sebagai saklar untuk relay dan relay on. DI-PIR Motion Detector adalah modul sensor yang memiliki data  keluaran  1  bit,  logika  “0”  dan  logika  “1”. Keluaran  akan  memiliki  logika  “0”  ketika  ada perubahan kondisi penyulut ( trigger ) yang terdeteksi. Penyulut ( trigger ) yang dimaksudkan adalah motion atau pergerakan tubuh manusia.
Gambar 2 . Blok diagram dari lima komponen utama sensor PIR (Desmira, Nugroho, & Sutarti, 2020).
Gambar 3 . Skematik Rangkaian Sensor PIR (Astuti, 2010)
Rangkaian cut-off ini (Gambar 3) difungsikan di area-area mesin terutama pada bagian mesin yang mengoperasikan  alat-alat  berbahaya  yang  tajam  yang  dapat  melukai  manusia.  Rangkaian  ini memberikan alarm cut-off otomatis pada mesin ketika seseorang melintasi area perambahan yang telah terdeteksi oleh sensor. Hal ini dapat melindungi manpower dari terjadinya kecelakaan kerja.
Gambar  4  berikut  menunjukkan  blok  diagram  kerja  sensor  PIR  dengan  mesin  industri.  Penjelasan fungsi blok diagram sebagai berikut:
1. Area deteksi manusia akan terbaca oleh sensor pasif inframerah.
2. Ketika  sensor  pasif  inframerah  mendeteksi  adanya  gerakan  dari  objek,  sensor  tersebut  akan mengaktifkan fungsi sesuai perintah dari instalasi.
3. Sesuai dengan perintah dari instalasinya, mesin akan off secara otomatis.
Gambar 4. Blok Diagram Sensor PIR sebagai Cut Off Mesin.
Pada  pengaplikasian  di  atas,  sensor  PIR  digambarkan  telah  dipasang  pada  sisi  tertentu  bagian mesin.  Area  pendeteksi  berwarna  biru  adalah  area  yang  memungkinkan  adanya  proses  kerja  yang berbahaya (Gambar 5), misalnya proses cutting, molding, welding, stamping, dll. Garis strip hitam adalah batasan di mana apabila anggota tubuh manusia melewati batas tersebut maka fungsi cut- off pada mesin akan berfungsi.
Gambar 5. Area deteksi Sensor PIR pada mesin industri.

## 3. Analisa Kelebihan dan Kekurangan
Untuk melakukan pembuatan alat sesuai dengan kebutuhan lapangan maka akan banyak dibutuhkan data  riset  yang  lebih  dalam.  Salah  satunya  adalah  untuk  mengetahui  instalasi  yang  sebenarnya tentang  bagaimana  cara  menghubungkan  modul  sensor  PIR  dengan  sistem cut-off mesin  agar berfungsi dengan baik. Dikarenakan oleh hasil pengolahan data riset belum dilakukan secara praktik di lapangan (dengan membuat alat/prototipe), maka kami hanya dapat memprediksi kelebihan dan kekurangan dari alat tersebut jika nanti telah diimplementasikan.
Adapun  yang  menjadi  kelebihannya  adalah  bahwa  sensor  PIR  ini  dapat  membantu  mencegah kecelakaan  kerja  dengan  respon  yang  sangat  cepat  dibandingkan  dengan  modul  inframerah  biasa,
ketika akan terjadi kecelakaan kerja. Sedangkan yang menjadi kekurangannya adalah bahwa sensor ini  hanya  berfungsi  ketika cut-off bersifat  menghentikan  pergerakan  mesin  secara  penuh (menghentikan  gerakan  benda  tajam  pada  mesin).  Jika  fungsi cut-off tidak  menghentikan  fungsi mesin  secara  penuh,  maka  akan  terjadi  kemungkinan  akibat  dari  sisa  aktivitas  mesin  seperti gerakan  benda  tajam  yang  masih  berjalan  secara manual sehingga  bisa  mencelakai manpower. Untuk mengantisipasinya maka dibutuhkan rangkaian tambahan semacam sistem pengereman atau pemberhentian fungsi mesin secara penuh.

## 4. Kesimpulan
Sistem  pengaman  dengan  sensor  pasif  inframerah  (PIR)  dapat  mencegah  terjadinya  kecelakaan kerja dengan respon yang cukup baik sehingga efektif untuk digunakan. Dengan adanya penerapan desain  modul  sensor  PIR  ini,  maka  analisa  terhadap  mesin-mesin  berbahaya  menjadi  semakin meningkat  sehingga  sistem  keamanan  kerja  berbasis  sensor  inframerah  akan  semakin  berkembang dan  lebih  mudah  dibentuk  dalam  banyak  desain.  Diharapkan,  desain  kami  ini  boleh  menambah khazanah pengetahuan dan aplikasi dari sensor ini untuk keselamatan kerja di mesin-mesin industri sekarang.

## Daftar Pustaka
1. Astuti,  N.W.,  (2010). Sistem  Keamanan  Ruangan  Menggunakan  Sensor  Passive  InfraRed  (Pir) Kc7783r  Dengan  Mikrokontroler  AT89s51 ,  Laporan  Tugas  Akhir,  Universitas  Diponegoro Semarang.
2. Cooper, D. (2001). Improving Safety Culture: A Practical Guide, Applied Behavioural Sciences , John Wiley & Sons Ltd.
3. Desmira,  D.A.,  Nugroho,  W.D.  dan  Sutarti,  (2020).  Penerapan  sensor  passive  infrared  (PIR) pada Pintu Otomatis di PT LG Electronic Indonesia, Jurnal PROSISKO Vol. 7(1), pp. 1-7.
4. Galina, M., Ramadhani, M.W., and Simatupang, J.W., (2019). Prototype of Postpaid Electricity and Water Usage Monitoring System, International Conference on Sustainable Engineering and Creative Computing (ICSECC), IEEE, pp.304-308, 2019, Bandung, Indonesia.
5. Firmandhani,  A.,  (2016).  Gambaran  Potensi  Bahaya  di  Bagian  Produksi  PT.  Gemilang  Lestari Teknindokabupaten Tegal, Program Skripsi Jurusan Ilmu Kesehatan Masyarakat , Fakultas Ilmu Keolahragaan, Universitas Negeri Semarang.
6. Ginting,  S.,  Simatupang,  J.W.,  Bukhori,  I.,  and  Kaburuan,  E.R.,  (2018). Monitoring  of Electrical  Output  Power-Based  Internet  of  Things  for  Micro-Hydro  Power  Plant, International Conference on Orange Technologies (ICOT), IEEE, pp.1-7.
7. Gunawan,  B.B.,  (2017).  Online  Motorcycle  Taxi  Emergency  and  Accident  Assisting  Social  IoT Platform, Undergraduate-Thesis, President University.
8. Makalah  Sensor  Gerak,  Universitas  Gajah  Mada  Yogyakarta.  (2016).  Diambil  dari studocu.com/id/document/universitas-gadjah-mada/elektronika/summaries/makalah-sensor- gerak/3678472/view.
9. Lestari,  K.I.,  (2012). Rancang  Bangun  Sistem  Parkir  Otomatis ,  Laporan  Tugas  Akhir,  STT Telematika Telkom Purwokerto.
10. Rangkuti,  HA.,  and  Simatupang,  J.W.,  (2015).  Security  Lock  with  DTMF  Polyphonic  Tone Sensor, International  Conference  on  Automation,  Cognitive  Science,  Optics,  Micro  Electro- Mechanical  System,  and  Information  Technology  (ICACOMIT), IEEE,  pp.119-122,  Bandung, Indonesia.
11. Rathnayake, U and Karunasena, G., (2016).  Review of Strategies To Improve Workplace Safety Through Ethical Climates, The 5 th World Construction Symposium, Greening Environment, Eco Innovations & Entrepreneurship , 29-31 July, Colombo, Sri Lanka.
12. Rosita,  A.  Wibowo,  L.A.  Rahayu,  A.  (2018).  The  Improvement  Effort  for  Safety  Awareness Through  Integrated  Safety  Management, Advances  in  Economics,  Business  and  Management Research, Vol. 117, pp.269-274.
13. Saifullana,  and  Simatupang,  J.W.,  (2019).  Sistem  Pendeteksi  Kebakaran  Rumah  Terintegrasi Smartphone dan Aplikasi Online, Journal of Electrical and Electronics (JREC) , 6(2), pp.91-98 14. Sijabat, J.B. 2019. Sistem Pembuka dan Menutup Pintu Secara Otomatis dengan Sensor Gerak PIR Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535. Repositori Institusi Universitas Sumatera Utara.
15. Simatupang,  J.W.,  Andrian,  L.M.,  Zhuang,  W.,  and  Prasetyo,  H.,  (2019).  A  Prototype  of  an Arduino-Based Protection System to Overcome Voltage Fluctuations. International Conference on  Computer,  Control,  Informatics  and  its  Applications (IC3INA),  IEEE,  pp.  172-176, Tangerang, Indonesia.
16. Simatupang,  J.W.,  and  Naufal,  F.,(2019).  Flood  Early  Warning  Detection  System  Prototype Based on IoT Network, 2019. Internetworking Indonesia Journal (1), pp.17-22.
17. Suhartomo,  A.,  Simatupang,  J,W.,  Widjaja,  B.,  and  Gapsari,  F.,  (2018).  Feasibility  Study  on Structural  Health  Monitoring  Systems  Using  Fiber-Optic  Sensors  (FOS)  Technology  for Transportation  Infrastructures  in  Indonesia, International  Conference  on  Mechanical Engineering  Research  and  Application  (ICOMERA) ,  Brawijaya  University,  published in  IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , Vol.494, pp.1-12, 2019.
18. Ulang,  N.  Md,  Salim,  N.  S.,  Baharum,  F.,  and  Agus  Salim,  N.A.  (2014)    Construction  Site Workers’ Awareness on Using Safety Equipment: Case Study, MATEC Web of Conferences, 15 , EDP Sciences.
19. Yusniati,(2018).  Penggunaan  Sensor  Infrared  Switching  Pada  Motor  DC  Satu  Phasa, Journal  of Electrical Technology , Vol.3 (2), pp.90-96.