Seminar Nasional Uisu 2009

APLIKASI SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR SEBAGAI PENDETEKSI BAHAN BAKAR DENGAN METODE FFT DAN BACKPROPAGATION

Henry H.L.Toruan1), Berman P.Panjaitan1), Zumhari 1) 1) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Elektronika Politeknik Negeri Medan, Kampus USU Padang Bulan, Medan 20155

06/09/09

1

1 PENDAHULUAN Pengidentifikasian gas umumnya dengan deret sensor Peningkatan selektifitas sebuah sensor (TGS 2620) Tegangan keluaran bervariasi sesuai perubahan tegangan pemanas Analisa Fast Fourier Transform (FFT) mendapatkan nilai frekwensi tiap pola Proses identifikasi dengan Jaring Syaraf Tiruan – Back Propagation

06/09/09

2

2 TEORI Jika ada gas pereduksi, terjadi deoksidasi, rapat permukaan kristal SnO2 dari muatan negatif O2 berkurang maka resistansi sensor menurun Hubungan tahanan dalam dan konsentrasi gas pereduksi

R0 : RS untuk 300 ppm etanol

06/09/09

3

Analisa frekwensi agar pola tiap gas dapat dibedakan Algoritma FFT adalah algoritma efisien DFT karena dapat mereduksi jumlah perkalian dan penjumlahan serta lalu lintas data pada memori komputer JST digunakan dalam proses pengenalan gas Algoritma BP pada JST adalah metode pelatihan terbimbing (supervised), didesain untuk operasi JST feed forward multi layer (tahap maju lapis jamak)

06/09/09

4

3 METODOLOGI Blok Diagram Rancang Bangun Sistem

06/09/09

5

Skema Rangkaian Power Suplai

Skema rangkaian saklar,sensor dan buffer

06/09/09

6

Skema rangkaian DT AVR

06/09/09

7

Rgkn Sensor

Rgkn ADC & Pulsa

Gas yang dideteksi

Gambar alat penelitian

06/09/09

8

Metode Pengambilan data Data dari sampel bahan bakar Data ke-1

Data ke-2

Data ke-3

2. Minyak tanah 3. Pertamax 4. Premium 5. Solar

FFT

FFT

FFT X1

X2

X3

Hasil akhir setelah proses FFT untuk ke-3 data pada 3 periode : 1 Xi  N 06/09/09

N

 X in n 1

1 X i  ( X i1  X i2  X i3 ) 3 9

Arsitektur FFT (Penguraian dalam Frekwensi Radiks-2) Masukan 16 nilai tegangan (x(0) s/d x(15)

Keluaran yang digunakan 8 nilai frekwensi (X(1) s/d X(8))

06/09/09

10

Arsitektur Jaring Syaraf Tiruan – Backpropagation Masukan 8 nilai frekwensi hasil FFT

Keluaran yang ditentukan 4 jenis bahan bakar (m.tanah,pertamax,premium, solar)

06/09/09

11

Inisialisasi Bobot

Bobot 1 Lapis

Lapis Masukan

Tersembunyi1

1

2

3

4

5

6

7

8

1

-0.0499056035

-0.0998112070

-0.1247640087

0.0499056035

0.0499056035

0.0998112070

0.1497168105

-0.1497168105

2

-0.1247640087

-0.1497168105

0.2245752157

-0.0499056035

-0.0998112070

-0.1247640087

0.0499056035

0.0499056035

3

-0.1247640087

0.0499056035

0.0499056035

0.0648772845

-0.1247640087

-0.0499056035

0.1497168105

0.0748584052

4

0.0499056035

0.1497168105

0.0748584052

0.1247640087

0.0499056035

0.0648772845

-0.2096035346

0.0698678449

5

0.0499056035

0.0998112070

-0.1646884915

0.0499056035

0.0499056035

0.1247640087

-0.0998112070

-0.1547073708

6

0.0748584052

-0.1247640087

-0.1996224139

-0.0998112070

0.0748584052

0.0499056035

0.1596979312

-0.0499056035

Bobot 2 Lapis

Lapis Tersembunyi 1

Tersembunyi 2

1

2

3

4

5

6

1

-0.1986871932

0.2980307897

-0.1324581288

-0.1655726610

0.0662290644

0.0993435966

2

0.0662290644

0.0662290644

0.1655726610

-0.1324581288

-0.2053100996

0.0927206901

3

0.1986871932

0.0993435966

0.0662290644

0.1324581288

-0.2185559125

0.0662290644

4

0.1324581288

-0.2185559125

-0.0662290644

-0.2649162575

-0.1324581288

0.0993435966

Bobot 3 Lapis

LapisTersembunyi 2

Keluaran

06/09/09

1

2

3

4

1

-0.1565472312

-0.2066423452

0.0626188925

0.0939283387

2

-0.0626188925

0.1252377850

-0.2066423452

0.0626188925

3

0.0814045602

-0.1565472312

-0.2504755699

-0.1252377850

4

0.1252377850

0.1878566774

-0.1565472312

-0.2504755699

12

Fungsi aktivasi Sigmoid Bipolar Range target -1 s/d 1

Minyak tanah

Pertamax

Premium

Solar

1

1

1

1

1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

1

1

1

1

1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

1

1

1

1

1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

1

1

1

1

1

06/09/09

13

4 PENGUJIAN Respon Tiap Gas terhadap Modulasi Suhu S inyal P emanas S ensor 6 5 4 3 2 1 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 Waktu (det)

Respon Sensor terhadap Modulasi Suhu 2.5

Tegangan (V)

2 1.5 1 0.5 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 Waktu(det) M.Tanah

06/09/09

Pertamax

Premium

Solar

14

Respon Tiap Gas pada Siklus Pemanasan 5V Detik ke-

Minyak tanah

Pertamax

Premium

Solar

1

0.328666667

2.010666667

2.16533333

1.48866667

2

0.541333333

2.088

2.24266667

1.392

3

0.522

2.146

2.262

4

0.464

2.165333333

2.30066667

1.25666667 1.1793333 3

5

0.425333333

2.184666667

2.32

1.102

6

0.406

2.184666667

2.32

1.06333333

7

0.386666667

2.184666667

2.30066667

1.00533333

8

0.367333333

2.165333333

2.30066667

0.96666667

9

0.348

2.146

2.28133333

0.94733333

10

0.348

2.126666667

2.262

0.90866667

2.5

11

0.328666667

2.107333333

2.24266667

0.88933333

2

12

0.328666667

2.088

2.22333333

0.85066667

13

0.328666667

2.068666667

2.204

0.83133333

14

0.328666667

2.068666667

2.18466667

0.812

15

0.270666667

1.952666667

2.06866667

0.754

0.5

16

0.174

1.759333333

1.89466667

0.56066667

0

Tegangan (V)

Respon Tiap Gas terhadap Pem anasan Heater

1.5 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16

Waktu (detik) Minyak tanah

06/09/09

Pertamax

Premium

Solar

15

PROFIL NILAI FREKWENSI TIAP GAS PELATIHAN M.Tanah

Pertamax

Premium

Solar

0.084048

0.122471

0.114005

0.184361

0.068561

0.067526

0.060001

0.123936

0.053259

0.047226

0.04665

0.099076

0.037933

0.037484

0.039599

0.083227

0.023758

0.031345

0.033231

0.068518

0.013564

0.024674

0.026716

0.058423

0.006027

0.021448

0.021213

0.050984

0.16

0.003383

0.021106

0.018206

0.04785

0.14

Profil Nilai Frekwensi Tiap Gas 0.2

nilai frekwensi

0.18

0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1

2

Minyak tanah

06/09/09

3 Pertamax

4

5

frekwensi kePremium

6

7

8

Solar

16

Pola Input (Data Masukan pada JST-BP) M.Tanah

Pertamax

Premium

Solar

0.0835

0.1173

0.1175

0.049

0.0658

0.0594

0.0612

0.043

0.0529

0.0433

0.0471

0.036

0.0378

0.035

0.0396

0.023

0.0217

0.0292

0.034

0.014

0.0129

0.0236

0.0332

0.008

0.0064

0.0211

0.0271

0.004

0.0032

0.0201

0.0282

0

Normalisasi

X i' 

Xi

n 8

X n 1

n

M. Tanah

Pertamax

0.29380718

0.3361032

Premium 0.302913 1

Solar

0.23152709 0.1861365 2

0.1702006

0.1577726

0.1240688

0.121423

0.245743 0.20261 1

0.13300493

0.1002865

0.1020882

0.129398

0.07635468

0.0836676

0.0876515

0.08059

0.04539057

0.0676218

0.0855891

0.0437

0.02251935 0.0112596 8

0.0604585

0.0698634

0.021566

0.0575931

0.0726991

0

0.27639

Pol a I nput Bahan Bakar 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1

2

3

4

5

6

7

8

Frekwensi keMinyak Tanah

06/09/09

Pertamax

Premium

Solar

17

Data Masukan Pelatihan Minyak Tanah (Mina)

Pertamax

0.293807

0.279522

0.288165

0.292

0.2938

0.33610315

0.3124717

0.3527417

0.3163

0.326963

0.231527 0.18613 7

0.228328

0.233962

0.234

0.2519

0.17020057

0.1868481

0.1933296

0.183847

0.169895

0.184642

0.179

0.1882

0.12406877

0.131746

0.1319955

0.123935

0.119634

0.133005

0.135495

0.178388 0.12590 1

0.136

0.1228

0.10028653

0.1063492

0.0986433

0.087225

0.107068

0.076355

0.07884

0.087136

0.087

0.0789

0.08366762

0.0852608

0.0737705

0.092217

0.084555

0.045391

0.050853

0.054889

0.039

0.0435

0.06762178

0.0712018

0.0593556

0.069016

0.062565

0.022519

0.025939

0.017839

0.024

0.0128

0.06045845

0.0566893

0.0469192

0.061087

0.06178

0.01126

0.016382

0.013722

0.008

0.0081

0.05759312

0.0494331

0.0432448

0.066373

0.067539

Premium

Solar

0.302913

0.318095

0.300163

0.33293

0.157773 0.12142 3

0.164249

0.102088

0.10594

0.164492 0.13159 3 0.11011 4

0.1704 0.12651 3 0.11198 5

0.087651

0.091979

0.091626

0.085589

0.076102

0.069863 0.072699

06/09/09

0.312249 0.16617 5

0.276390465

0.262706

0.260642

0.284801

0.254925

0.245743473

0.264853

0.266617

0.237926

0.260896

0.129456 0.11283 8

0.20261067 0.12939841 1

0.198998

0.189694

0.192472

0.20597

0.127416

0.129948

0.12642

0.141493

0.09322

0.091396

0.080590238

0.079456

0.068708

0.053267

0.07403

0.073953

0.075666

0.073975

0.043700341

0.037223

0.056012

0.041193

0.03403

0.058034

0.069059

0.052663

0.021566402

0.012169

0.01643

0.02983

0.019104

0.055023

0.058999

0.036622

0.059769 0.05414 1

0

0.01718

0.011949

0.034091

0.009552

0.130578

18

Tampilan Keluaran Proses Pelatihan

06/09/09

19

Data Keluaran Pelatihan

Minyak tanah

Pertamax

0.994597

0.983971

0.998093

0.997013

0.964226

-0.99989

-0.99896

-0.97571

-0.99791

-0.99969

-0.9974

-0.99939

-0.9749

-0.99347

-0.99974

0.976021

0.970458

0.999735

0.995965

0.986753

-1

-1

-1

-1

-1

-0.98924

-0.99763

-0.99998

-0.99948

-0.99613

-0.99885

-0.99485

-0.99989

-0.99957

-0.98529

-1

-1

-1

-1

-1

Premium

06/09/09

Solar

-1

-1

-1

-1

-1

-0.9709

-0.99926

-0.99771

-0.97841

-0.99965

-0.99665

-0.9753

-0.98613

-0.99042

-0.97978

-1

-1

-1

-1

-1

0.999489

0.993795

0.989462

0.998839

0.993292

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

0.986149

0.999816

0.999304

0.990241

0.999925

20

Pola Keluaran Pelatihan

Kel uar an Mi nyak T anah

Kel uar an Per tamax

1.2 1

1.2 1 0.8

0.8 0.6

0.6

0.4 0.2 0 -.2 0 -0.4

0.4 0.2 0 1

2

3

4

-0.2

1

-0.4

-.6 0 -0.8

2

3

4

-.6 0 -0.8

-1 -1.2

-1 -1.2 N e u ro n k e N e u ro n k e -

Kel uar an Pr emi um 1.2 1 0.8

1.2 1 0.8

0.6 0.4 0.2 0

0.6 0.4 0.2 0

-.2 0 -0.4 -0.6 -0.8

1

2

-1 -1.2

3

4

-.2 0 -0.4 -0.6 -0.8

1

2

3

4

-1 -1.2 N e u ro n k e -

06/09/09

Kel uar an Sol ar

N e u ro n k e -

21

Data Masukan Pengujian Minyak Tanah

Pertamax

0.2938

0.2785

0.29401

0.29063

0.288989

0.282

0.32696

0.3525082

0.356684

0.352604

0.352508

0.322942

0.2519

0.2321

0.22954

0.23061

0.241751

0.2274

0.1699

0.1919302

0.185878

0.191983

0.19193

0.178015

0.1882

0.1864

0.17995

0.18611

0.181313

0.1795

0.11963

0.1294984

0.12643

0.129534

0.129498

0.12688

0.1228

0.1285

0.13425

0.13318

0.129559

0.1256

0.10707

0.0973282

0.099637

0.097355

0.097328

0.106098

0.0789

0.0784

0.08395

0.08227

0.072595

0.0841

0.08455

0.0787895

0.081775

0.078538

0.07879

0.087503

0.0435

0.0521

0.04605

0.04316

0.053838

0.0566

0.06257

0.0580698

0.061122

0.058086

0.05807

0.065081

0.0128

0.0222

0.0209

0.02326

0.026398

0.0261

0.06178

0.0479826

0.050237

0.047996

0.047983

0.058244

0.0081

0.0218

0.01134

0.01079

0.005557

0.0188

0.06754

0.0438931

0.038236

0.043905

0.043893

0.055237

Premium

Solar

0.301784

0.33061

0.312249

0.310061

0.300163

0.33293

0.254925

0.263514

0.257123

0.278936

0.286328

0.261297

0.124903

0.123094

0.166175

0.164853

0.164492

0.1704

0.260896

0.268769

0.269335

0.240834

0.226915

0.239031

0.120248

0.112745

0.129456

0.137244

0.131593

0.126513

0.20597

0.20045

0.177748

0.213515

0.201145

0.213491

0.118955

0.110294

0.112838

0.101672

0.110114

0.111985

0.141493

0.138138

0.127544

0.132279

0.113815

0.121807

0.10525

0.099401

0.091396

0.087337

0.091626

0.09322

0.07403

0.063814

0.070556

0.077642

0.073729

0.089718

0.085855

0.082516

0.073975

0.077781

0.073953

0.075666

0.03403

0.027778

0.052917

0.020848

0.033644

0.030124

0.07008

0.073257

0.059769

0.061322

0.069059

0.052663

0.019104

0.025526

0.033921

0.024443

0.041518

0.028815

0.072925

0.068083

0.054141

0.059729

0.058999

0.036622

0.009552

0.012012

0.010855

0.011503

0.022906

0.015717

06/09/09

22

Data Keluaran Pengujian Minyak tanah

Pertamax

0.963854

0.999991

0.999991

0.999987

0.999964

0.999977

-0.99822

-0.99684

-0.99884

-0.99667

-0.99684

-0.99856

-0.99773

-0.99831

-0.99719

-0.99841

-0.99844

-0.99074

0.974673

0.999998

0.999994

0.999998

0.999998

0.99813

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-0.98586

-1

-1

-1

-1

-0.99931

-0.97581

-1

-1

-1

-0.99999

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

Premium

Solar

-0.98799

-0.98808

-0.99496

-0.99732

-0.99631

-0.99297

-1

-1

-0.98467

-1

-0.99999

-0.99998

-1

-1

-0.99879

-0.21513

-0.96393

-0.99997

-0.99264

-0.99241

-0.9959

-0.99249

-0.99311

-0.99348

1

1

0.999586

0.266323

0.980148

0.999993

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

0.999999

1

0.990163

0.999999

0.999998

0.999994

06/09/09

23

4 KESIMPULAN Pemodulasian suhu pada sensor gas semikonduktor TGS 2620 menggunakan tegangan pulsa beramplitudo 5V berperioda 32 detik dimana waktu hidup-matinya samasama 16 detik untuk menswitching arus yang masuk pada terminal pemanas sensor untuk mendeteksi bahan bakar minyak tanah, pertamax, premium dan solar dapat diterapkan. Tingkat keberhasilan pengidentifikasian mencapai 100 % tanpa error untuk jumlah sampel keseluruhan sebanyak 44 buah yang terdiri dari masing-masing 5 sampel untuk pelatihan dan 6 sampel untuk pengujian 06/09/09

24

SEKIAN - TERIMA KASIH

06/09/09

25