Simple Low Cost Fire Alarm Using OpAmp

Latar Belakang

Berdasarkan Namanya, fire alarm merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi jika terjadinya kebakaran, baik itu pada rumah atau berbagai macam tipe bangunan lainnya. Pada dasarnya Fire Alarm merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mendeteksi jika terjadinya kenaikan suhu yang tinggi pada suatu ruangan. Karena secara teori apabila terjadinya kebakaran pada suatu ruangan maka suhu pada ruangan tersebut akan sangat tinggi dan akan melewati suhu ruangan pada batas wajarnya. 

Fire Alarm ini bekerja dengan cara mengkombinasikan berbagai macam komponen elektronik sehingga dapat bekerja secara berkesinambungan dalam rangka mencegah api makin menyebar dengan cara mendeteksi apabila terdapat perbedaan suhu dimana suhu meningkat secara signifikan.

Pada dasarnya terdapat 2 tipe alarm yaitu manual dan otomatis. Dan dari cara trigger nya sendiri mekanisme alarm tersebut akan berbeda. Dimana pada manual alarm perlu adanya trigger manual yaitu manusia. Untuk tugas rancang ini kita mengusahakan untuk membuat fire alarm otomatis dimana tidak perlu adanya bantuan manusia untuk men-trigger alarm.

Pada kali ini Fire Alarm yang kami buat menggunakan thermistor untuk mendeteksi perubahan suhu, dimana input tersebut akan di komparasi menggunakan IC Komparator menggunakan OpAmp 358 yang dimana OpAmp tersebut digunakan untuk mengkomparasi tegangan yang masuk dari thermistor dengan tegangan yang masuk dari potensiometer. Potensiometer pada alat ini berfungsi sebagai titik komparasi antara tegangan yang masuk pada thermistor, sehingga OpAmp dapat menentukan apakah benar terjadi kebakaran atau tidak. Lalu setelah dikomparasi apabila terjadi kebakaran, alat kami juga terdapat pompa air yang berguna untuk memadamkan api.

Kami berusaha membuat fire alarm yang bersifat automatis untuk meminimalisir kerusakan yang dibuat oleh api karena alat ini dapat bekerja meskipun tidak dalam pengawasan manusia.

Rumusan Masalah

1. Apa saja kapabilitas Fire Alarm ?
2. Apakah Fire Alarm dapat mendeteksi adanya kebakaran ?
3. Apakah Fire Alarm dapat menyala secara otomatis ?
4. Seberapa jauh Fire Alarm dapat mendeteksi kebakaran ?

Tujuan dan Manfaat

Tujuan: 

1. Membuat sebuah alat keamanan dari terjadinya kebakaran yang praktis..
2. Mengantisipasi terjadinya kebakaran.
3. Memberikan peringatan tanpa perlu adanya interaksi manusia ( otomatis ).

Manfaat :

1. Memberikan rasa keamanan pada pengguna.
2. Memadamkan api skala kecil.
3. Antisipasi kebakaran.

Ruang Lingkup

1. Alat ini membutuhkan sumber tegangan listrik secara konstan agar dapat menyala dengan baik. Apabila tidak terdapat sumber tegangan seperti baterai.
2. Alat ini membutuhkan sumber air agar pemadam air yang dijalankan dengan bantuan motor DC dapat bekerja dengan baik.

Tinjauan Pustaka

Sistem Fire Alarm pertama kali dibuat pada tahun 1852 oleh Dr. William F. Channing and Moses Farmer. Pada saat itu mereka masih menggunakan system sederhana dimana menggunakan 2 box fire alarm yang tiap box menggunakan kunci telegraph dan sebuah  tuas. Dimana tuas tersebut berguna untuk setiap kali terdapat kebakaran, dapat di Tarik untuk menginformasikan Stasiun pemadam kebakaran terdekat

Sistem fire alarm menggunakan listrik kemudian baru dibuat pada tahun 1890 oleh Francis Robbins Upton. Beliau mengerti di beberapa kemungkinan bahwa orang – orang terkadang tidak dapat membunyikan alarm jika keadaan sangat terdesak. Sejak masa itu system fire alarm berkembang secara pesat.

Penggunaan Fire Alarm sekarang sudah sangat luas, baik itu dalam skala industrial atau personal. Pada skala industri sistem fire alarm seperti ini sangat berguna, dimana pada industri banyak sekali resiko untuk terjadinya kebakaran, baik itu karena kecelakaan industri atau karena malfungsi alat dan lain sebagainya. Pada skala personal, sistem ini berguna untuk meminimalisir kerusakan yang disebabkan oleh kebakaran dan bahkan kemungkinan menyelamatkan nyawa seseorang. 

Dan dengan komponen yang digunakan yaitu IC LM 358, Thermistor, Potensiometer, Motor DC, Buzzer dan juga resistor dan transistor NPN yang memiliki berbagai macam value. Cara kerja alat yang kami ingin buat adalah, pertama – tama thermistor akan menjadi sensor, dimana thermistor akan menangkap suhu ruangan, yang dimana lalu akan masuk ke OpAmp, dimana pada OpAmp akan  menerima tegangan yang masuk yang dimana lalu dikomparasi dengan tegangan yang masuk setelah melewati potensiometer. Potensiometer ini berguna unutk mengatur seberapa sensitif alat ini terhadap api. Karena output dari OpAmp ini ditentukan dari komparasi tegangan yang masuk pada kaki inverting dan non inverting OpAmp. Lalu output dari OpAmp masuk ke transistor yang dimana akan menjadi ‘gerbang’, dan apabila tegangan yang melalui transistor melebihi batas transistor tersebut, maka hal yang terjadi adalah transistor melewatkan tegangan sehingga motor DC dan Buzzer akan menyala, mengaktifkan fire alarm.

Berikut adalah penjelasan video kami: https://youtu.be/5JpFFFNXAWU

Penjelasan Singkat Sistem

Sistem Fire Alarm dapat mendeteksi temperature yang cukup tinggi dengan sensor temperature berupa thermistor yang pada outputnya dapat mentrigger mekanisme berupa alarm buzzer, LED merah dan pompa air. Penerapan dari alat ini bisa digunakan pada rumah tangga yang rentan terjadinya kebakaran dalam skala kecil.

Cara Kerja Sistem

Cara kerja sistem kami adalah pertama – tama sistem perlu mendeteksi terjadinya kebakaran, maka sebelum masuk ke OpAmp, reseptor dari alat kami adalah melalui thermistor 10K. Thermistor ini berguna untuk mendeteksi apabila terjadinya perubahan suhu yang dimana jika terjadi kebakaran maka suhu meningkat sehingga resistansi thermistor menurun.

Jika terjadi kebakaran suhu meningkat. Karena peningkatan suhu ini maka akan menurunkan resistansi thermistor. Thermistor dihubugnkan ke kaki inverting OpAmp. Lalu potensiometer dihubungkan pada kaki non inverting OpAmp. Hasilnya adalah Ketika terjadi kebakaran maka thermistor resistansi nya akan menurun, dan Ketika menurun tegangan pada kaki non inverting otomatis akan nilai nya lebih tinggi sehingga akan mengeluarkan output tegangan yang dimana akan mengaktifkan buzzer serta motor dc yang dimana tegangannya ter-supply dari transistor yang ‘membuka’ jalannya sehingga arus dapat mengalir kepada motor dc dan menyalakan buzzer. System kami menggunakan power supply baterai 9V.

Thermistor

Thermistor ini merupakan salah satu komponen utama, karena semua kerja alat semuanya akan mulai di sini. Thermistor pada alat kami berguna untuk menangkap perubahan suhu. Dimana NTC pada namanya merupakan Negative Temperature Coefficient Ketika thermistor NTC mendapatkan input berupa suhu yang cukup tinggi maka hambatan pada thermistor NTC akan menurun menyebabkan adanya input berupa tegangan yang akan diteruskan ke Op-Amp.

Potensiometer

Potensiometer berguna sebagai pembanding, dimana tegangan yang masuk ke OpAmp dari potensiometer. Karena OpAmp akan membandingkan tegangan yang masuk pada kaki inverting dan non invertingnya, yang dimana pada kaki inverting tegangan di supply oleh thermistor dan pada kaki non inverting tegangan di supply oleh potensiometer. Dan ketika terjadi kebakaran maka tegangan pada kaki non inverting pada OpAmp ini akan lebih besar dibanding inverting sehingga OpAmp akan melepaskan tegangannya pada output.

OpAmp

 Op-Amp tipe LM358 pada Fire Alarm yang menerima input tegangan ke op-amp. Komponen Operational Amplifier LM358 ini berperan sebagai komparator tegangan pada kedua kaki input, yaitu: kaki inverting dan non-inverting. Dan ketika terjadi kebakaran maka tegangan pada kaki non inverting pada OpAmp ini akan lebih besar dibanding inverting sehingga OpAmp akan melepaskan tegangannya pada output, Op-Amp akan mengeluarkan output sebesar 9V sesuai dengan sumber tegangannya yang akan diteruskan ke pin output Op-Amp.

Buzzer

Tegangan yang dikeluarkan pada output OpAmp akan dialirkan ke buzzer, yang dimana buzzer akan mendapatkan output dari OpAmp yang beroprasi di tegangan 5V.

Transistor

Transistor memiliki fungsi sebagai switch dimana kaki base transistor menerima input arus dari sumber arus, maka deple tion region pada bagian NP pada transistor akan mengecil sehingga arus dan tegangan dapat mengalir dari kaki collector menuju emitter yang menyebabkan komponen output yang di parallel kan menyala.

Motor DC

Motor DC ini berguna untuk memadamkan api skala kecil. Dimana motor DC ini berlaku sebagai pompa air yang disambungkan dengan baterai 9V DC dan kaki positif pompa air di sambungkan ke kaki collector dan kaki negative diparallelkan ke kaki emitter. Untuk mengaktifkan pompa ini berarti transistor harus dialiri arus yang berasal dari kaki base transistor yang dimana outputnya yang akan menentukan motor DC akan menyala atau tidak.

Diagram Alir (Flow Chart)

Diatas merupakan flowchart untuk alat kami, dimana alat kami akan menerima supply power dari baterai 9V. setelah alat mendapatkan tegangan, apabila suhu yang di terima oleh thermistor lumayan tinggi, maka akan ada tegangan yang mengalir diakibatkan karena hambatan thermistor menurun. Maka secara otomatis tegangan thermistor juga rendah, dan resistor 10k ( potensiometer ) dijadikan referensi, dan tegangan yang jatuh dan dialirkan oleh potensiometer akan lebih besar daripada thermistor, dan akan mengalir ke pin non inverting OpAmp LM 358. Lalu OpAmp akan jika tegangan yang masuk ke OpAmp sesuai, maka transistor akan mendapatkan arus dan membuka jalan agar buzzer, pompa air, dan LED dapat menyala. Namun apabila Thermistor tidak mendeteksi suhu tinggi maka semua alat yang bertugas untuk mengeluarkan output tidak akan berfungsi.

Berdasarkan skematik diatas input berupa 9V arus berjalan ke potensiometer dan Thermistor, resistor 10k dijadikan sebagai referensi yang jika resistansi thermistor menurun, otomatis tegangan pada thermistor juga rendah dan resistor 10k dijadikan referensi jadi jika tegangan 10k lebih besar dari pada thermistor maka tegangan tersebut akan mengalir pin 3 non-inverting Op-Amp LM358, dari situ Op-Amp akan berperan sebagai comparator yang akan membandingkan tegangan yang masuk ke non-inverting dan inverting, jika tegangan non-inverting lebih besar dari pada tegangan inverting maka output yang akan di keluarkan oleh Op-Amp akan menjadi 0V, sedangkan jika tegangan inverting lebih besar dari pada tegangan non-inverting maka tegangan yang akan dikeluarkan oleh Op-Amp akan setara dengan nilai tegangan resistor 10k dijadikan referensi. Dan tegangan di teruskan ke Transistor BC108 berperan sebagai jembatan yang berfungsi untuk menyambungkan ke output Op-Amp ke buzzer, pompa air, dan LED.

Berikut adalah komponen-komponen yang harus di beli berdasarkan rangkaian skematik yang sudah kita buat di step 2:

• 1x Baterai 9V
• 1x Potentiometer 10K
• 1x Thermistor NTC 10K
• 1x OpAmp LM358
• 1x Buzzer
• 1x Transistor BC108
• 1x Motor DC
• 1x Resistor 3K9
• 1x Resistor 120
• 1x LED Warna Merah
• 1x Breadboard
• 1x Gulungan wire cable

Untuk melakukan prototyping, biasanya kita akan menggunakan breadboard dibandingkan dengan menggunakan PCB. Merakit komponen di Breadboard sangat mudah, kita hanya tinggal mengikuti rangkaian skematik yang sudah ada di step 2 dan lalu memastikan bahwa kita menghubungkan kabel-kabel dari satu komponen ke komponen lainnya sesuai dengan yang sudah ada di skematik.

Untuk menguji fire alarm yang telah kita buat, maka kita memerlukan sumber api. Kita dapat menggunakan korek api untuk membuat sebuah sumber api dan lalu mendekatkan korek api yang sudah menyala ke arah dekat fire alarm. Jika alat berfungsi sesuai dengan yang sudah dilakukan, maka LED warna merah beserta Buzzer akan berbunyi sesuai dengan sistem yang sudah kita rancang dari rangkaian skematik.

Kami mengambil inspirasi dari artikel berikut https://circuits-diy.com/simple-fire-alarm-circuit-using-lm358/ sebagai panduan kami dalam mengerjakan projek ini, yang dimana kita menambahkan beberapa fitur seperti fitur pompa air untuk memadamkan api. Kita menambahkan komponen motor DC dan transistor untuk mengimplementasikan fitur tersebut.