1. Judul Rancangan [Kembali]
"Sistem Deteksi Kebakaran dan Kebocoran Gas di Dapur MBG pada daerah kecamatan pauh"
2. Tujuan Rancangan [Kembali]
1. Merancang dan mengimplementasikan Sistem Peringatan Dini (Early Warning System) Flash Flood berbasis mikrokontroler STM32F103C8T6 BluePill untuk memonitoring potensi banjir bandang di kawasan rawan seperti daerah Batu Busuak secara real-time.
2. Mengintegrasikan multi-sensor yang terdiri dari Rain Sensor YL-83 (deteksi intensitas curah hujan lokal), Ultrasonic Sensor HC-SR04 (pembacaan level kenaikan permukaan tinggi air), dan Water Flow Sensor YF-S201 (pemantauan laju debit arus air sungai) ke dalam satu kesatuan sistem pembuat keputusan matriks risiko.
3. Menerapkan sistem kendali berbasis non-blocking memanfaatkan penanda waktu internal dan interupsi eksternal (EXTI) pada STM32 untuk memproses sinyal frekuensi pulsa dari sensor aliran air tanpa mengganggu kontinuitas pembacaan sensor lainnya.
4. Memberikan indikasi keluaran (output) yang informatif dan responsif berupa visualisasi data pada LCD I2C, penanda level bahaya berkala via LED Indicator (Hijau, Kuning, Merah), serta peringatan suara darurat melalui Buzzer sebagai mekanisme instruksi evakuasi mandiri bagi warga sekitar.
3. Daftar Alat & Komponen [Kembali]
1.STM32F103C8T6
2.Flame module 5 sensor
3.MQ-2 Sensor
4.NTC Sensor
5.LCD 16x2 dengan Modul I2C
6.LED Indicator
7.Buzzer 5V
10. Dioda
13 .Software Pendukung(STM32CubeIDE)
4. Landasan Teori + Grafik Respon Sensor [Kembali]
1. STM32F103C8T6
STM32F103xx adalah mikrokontroler 32-bit dari STMicroelectronics yang berbasis inti prosesor ARM Cortex-M3. Mikrokontroler ini termasuk dalam kategori performance line yang dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan performa komputasi tinggi dengan konsumsi daya rendah. Keluarga ini beroperasi pada tegangan suplai 2,0–3,6V dengan rentang suhu −40°C hingga +105°C, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi industri maupun konsumer.
Arsitektur Inti (ARM Cortex-M3)
Inti ARM Cortex-M3 merupakan prosesor RISC 32-bit generasi terkini untuk sistem embedded. Beberapa karakteristik utamanya:
- Frekuensi operasi hingga 72 MHz dengan performa 90 DMIPS (1,25 DMIPS/MHz)
- Instruksi perkalian single-cycle dan pembagian berbasis hardware
- Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC) dengan 43 saluran interrupt yang dapat dimasking dan 16 level prioritas
- Latensi pemrosesan interrupt serendah 6 siklus CPU dengan dukungan tail chaining
Arsitektur Harvard yang digunakan memisahkan bus instruksi (Ibus) dan bus data (Dbus), sehingga pengambilan instruksi dan akses data dapat berlangsung secara paralel melalui BusMatrix 64-bit, meningkatkan efisiensi eksekusi program secara keseluruhan.
Memori
STM32F103xx dilengkapi dua jenis memori internal:
Flash Memory berfungsi sebagai penyimpanan program permanen dengan kapasitas 32–128 KB. Waktu pemrograman per word mencapai 20–40 µs, waktu erase per halaman (1 KB) 20–40 ms, dan data retention terjamin hingga 30 tahun pada suhu 85°C dengan endurance minimal 10.000 siklus tulis/hapus.
SRAM berkapasitas 6–20 KB, dapat diakses pada kecepatan penuh CPU clock (72 MHz) tanpa wait state, sehingga eksekusi kode dari RAM memberikan konsumsi daya yang jauh lebih rendah dibanding eksekusi dari Flash.
STM32F103xx memiliki sistem manajemen clock yang fleksibel dengan beberapa sumber clock:
- HSE (High Speed External): kristal/resonator 4–16 MHz untuk akurasi tinggi
- HSI (High Speed Internal): RC internal 8 MHz dengan akurasi ±1% pada 25°C dan startup time 1–2 µs
- LSE (Low Speed External): kristal 32,768 kHz untuk RTC
- LSI (Low Speed Internal): RC internal 30–60 kHz untuk watchdog
- PLL: mengalikan frekuensi input hingga menghasilkan clock CPU maksimum 72 MHz (VCO 32–144 MHz, lock time ~200 µs)
Prescaler bertingkat memungkinkan konfigurasi frekuensi bus AHB (maks. 72 MHz), APB2 (maks. 72 MHz), dan APB1 (maks. 36 MHz) secara independen.
2. Flame Sensor
Sensor api adalah fototransistor NPN silicon berkecepatan tinggi dalam kemasan standar 5mm. Prinsip kerjanya memanfaatkan sensitivitas komponen terhadap radiasi inframerah lapisan epoksi hitam pada badan sensor menjadi filter alami yang hanya meloloskan cahaya inframerah (panjang gelombang puncak 940 nm, rentang 760–1100 nm).
Ketika api atau sumber cahaya inframerah terdeteksi, radiasi yang diterima menyebabkan arus kolektor meningkat secara proporsional. Semakin kuat irradiance yang diterima, semakin besar arus kolektor (Ic). Tegangan kerja maksimum kolektor-emiter (VCEO) adalah 30V dengan arus kolektor maksimum 20 mA, dan disipasi daya maksimum 75 mW pada suhu ruang 25°C. Sensor ini beroperasi pada rentang suhu −25°C hingga +85°C.
Parameter Flame Sensor
Grafik Respon Sensor
Banjir bandang adalah luapan air besar secara mendadak (kurang dari 6 jam) yang biasanya dipicu oleh curah hujan tinggi di daerah hulu sungai berlereng curam.Karakteristik banjir ini yaitu naiknya muka air sungai atau saluran yang cepat, dan biasanya terjadi di aliran sungai yang curam atau daerah pegunungan.
Adapun Penyebab Banjir Bandang sebagai berikut:
a.Curah hujan ekstrem Melansir Buku Analisis Bencana untuk Pengelolaan Daerah Aliran Sungai (DAS) (2021) karya Djati Mardianto dan Muh. Aris Marfai, curah hujan deras dengan intensitas tinggi serta durasi waktu yang lama di bagian hulu menjadi salah satu penyebab banjir bandang. Air hujan ini tidak sempat meresap ke tanah kemudian langsung mengalir ke sungai sehingga menyebabkan luapan.
b.Longsor di hulu sungai Longsor yang menutup aliran sungai membentuk bendungan alami. Ketika bendungan ini jebol, air dan material longsoran meluncur deras ke hilir memicu banjir bandang.
c.Kerusakan hutan dan penebangan liar Hutan yang rusak kehilangan kemampuan menahan air. Penebangan pohon secara liar membuat tanah mudah longsor dan air hujan langsung mengalir ke sungai, memperbesar risiko banjir bandang.
d.Kerusakan bendungan atau tanggul Bendungan atau tanggul yang jebol akibat tekanan air tinggi bisa memicu banjir bandang secara tiba-tiba.
Daerah Batu Busuak secara topografi terletak di wilayah hulu sungai yang dikelilingi perbukitan. Hal ini membuatnya sangat rentan terhadap penumpukan material sedimen alami atau ranting pohon. Ketika sumbatan tersebut runtuh akibat tekanan volume air tinggi, banjir mendadak akan langsung menerjang kawasan di bawahnya. Penerapan EWS di area ini bertujuan memberikan waktu emas (golden time) bagi masyarakat untuk mengevakuasi diri sebelum air bah mencapai pemukiman warga.
4.2 Arsitektur Mikrokontroler STM32F103C8T6 (Blue Pill)
Mikrokontroler STM32F103C8T6 merupakan sebuah sirkuit terpadu berbasis core ARM Cortex-M3 32-bit yang memiliki kecepatan clock hingga 72 MHz. Keunggulan arsitektur ini dibanding mikrokontroler 8-bit konvensional adalah kapasitas memori flash, efisiensi kompilasi data, serta fitur periferal terintegrasi yang melimpah seperti ADC (Analog to Digital Converter), hardware I2C untuk LCD, dan penanganan interupsi eksternal secara independen. Sistem ini diprogram menggunakan prinsip non-blocking dengan memanfaatkan fungsi penanda waktu HAL_GetTick() agar seluruh pembacaan sensor berjalan sinkron tanpa tertunda oleh jeda program kosong.
4.3 Prinsip Kerja Multi-Sensor
4.4 Protokol Komunikasi I2C LCD 16x2
5. Flowchart Sistem [Kembali]
6. Listing Program [Kembali]
8. Foto Rangkaian Prototype [Kembali]
9. Video Penjelasan Prinsip Kerja Rangkaian Sistem (Masing-masing Praktikan) [Kembali]
10. Kesimpulan dan Saran [Kembali]
11. Download File (File Proteus, Datasheet, dan Library Komponen) [Kembali]
- Datasheet STM 32F103C8T6 [klik disini]
- Datasheet Rain Sensor YL-83 [klik disini]
- Datasheet Ultrasonic Sensor HC-SR04 [klik disini]
- Datasheet LCD 16x2 dengan Modul I2C [klik disini]
- Datasheet LED [klik disini]
- Datasheet Buzzer [klik disini]
