Dalam era digital yang serba cepat ini, efisiensi dan kenyamanan telah menjadi prioritas utama dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari. Salah satu inovasi yang mencerminkan tren ini adalah dispenser air otomatis, yang kini semakin populer di rumah-rumah, kantor, sekolah, dan fasilitas umum. Perangkat ini tidak hanya menawarkan kemudahan dalam mengakses air minum, tetapi juga membantu mengurangi sentuhan fisik pada permukaan umum, sebuah fitur yang semakin dihargai di era pasca-pandemi. Tugas besar ini akan mengeksplorasi rangkaian listrik yang menjadi otak di balik fungsi otomatis dispenser ini, yang memungkinkan pengguna untuk mendapatkan air tanpa harus menyentuh tombol atau tuas.
Penerapan dispenser otomatis dalam kehidupan sehari-hari membawa berbagai manfaat praktis. Di lingkungan rumah tangga, dispenser ini dapat membantu anak-anak dan lansia untuk mengambil air dengan lebih mudah dan aman, mengurangi risiko tumpahan atau kecelakaan. Di kantor dan ruang publik, dispenser otomatis berkontribusi pada peningkatan higienitas dan efisiensi, memungkinkan karyawan atau pengunjung untuk mengisi ulang botol air mereka dengan cepat tanpa antrian panjang atau kontak fisik yang tidak perlu. Bahkan di sektor perhotelan dan restoran, dispenser otomatis dapat meningkatkan pengalaman pelanggan sambil membantu staf untuk fokus pada tugas-tugas lain yang lebih penting. Dengan merancang rangkaian listrik yang tepat untuk dispenser otomatis ini, kita tidak hanya menciptakan sebuah perangkat, tetapi juga berkontribusi pada peningkatan kualitas hidup sehari-hari masyarakat modern.
a. Membuat rangkaian sederhana untuk dispenser otomatis
b. Memahami dan mengetahui cara kerja dari rangkaian dispenser otomatis
Alat:
a. Voltmeter
voltmeter digunakan untuk mengukur besaran tegangan listrik (volt).
Generator:
a. Baterai
Baterai berfungsi sebagai penyuplai energi dan tegangan listrik.
Bahan:
a. Resistor
Resistor berfungsi sebagai memberi hambatan pada arus listrik yang
mengalir
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna
Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
b. Transistor
Merupakan
transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan
kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan
output lainnya.
Spesifikasi :
- Bi-Polar Transistor
- DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
- Continuous Collector current (IC) is 100mA
- Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
- Base Current(IB) is 5mA maximum
c. Op-amp
Operasional
amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang
terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan
non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat
ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada
operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp)
merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.
d. Dioda
Dioda adalah komponen pasif dua kutub yang pada umumnya
bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah
(kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar
mundur). Saat ini bahan semikonduktor
pembuat dioda adalah semikonduktor silikon dan germanium.
Semikonduktor bahan silikon merupakan bahan yang
paling banyak digunakan pada jenis dan tipe dioda karena silikon menawarkan
beberapa kelebihan seperti kinerja yang tinggi dan biaya produksi yang lebih
rendah. Biasanya tegangan jatuh dioda berbahan silikon berkisar 0,7 Volt.
e. Ground
Sistem
ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki
nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC,
ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub
negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini
digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa
dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian. f. logicstate
Gerbang
logika atau logic gate adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika
Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal
keluaran logik. Komponen Input :
a. Sensor PIR
Passive Infrared Receiver atau disebut juga dengan Sensor
PIR adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran
sinar infra merah dari suatu objek. Sesuai dengan namanya sensor PIR bersifat
pasif yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan
hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR adalah
alat yang dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek.
·
Wide
range on input voltage varying from 4.V to 12V (+5V recommended)
·
Output
voltage is High/Low (3.3V TTL)
·
Can
distinguish between object movement and human movement
·
Has
to operating modes - Repeatable(H) and Non- Repeatable(H)
·
Cover
distance of about 120° and 7 meters
·
Low
power consumption of 65mA
·
Operating
temperature from -20° to +80° Celsius
b. Sensor infrared
Sensor inframerah adalah jenis sensor cahaya yang digunakan untuk mengenali cahaya inframerah. Bahan baku pembuatannya ialah material piroelektrik dan
material sensor foton. Fungsi utama dari sensor inframerah ialah media
komunikasi bagi dua perangkat elektronik yang memuat sensor sebagai komponennya.5VDC
Operating voltageI/O
pins
are 5V and 3.3V compliant
Range:
Up to 20cm
Adjustable
Sensing range
Built-in
Ambient Light Sensor
20mA
supply current
Mounting
hole
c. Sensor water
Water level merupakan sensor
yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian
diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang
dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. 1.
Product Name: water level sensor
2.
Item :. K-0135
3.
Operating voltage :. DC5V
4.
Working current : less than 20mA
5.
Sensor Type : Analog
6.
detection area :. 40mm x16mm
7.
Production process :. FR4 double-sided HASL
8.
mounting hole size : 3.0mm
9.
user-friendly design : half-moon -slip handle depression
10.
Working temperature : 10 C - 30 C
11.
Operating humidity : 10% - 90% non-condensing
12 Weight : 3g
13
Product Dimensions : 65mm x 20mm x 8mm
d. Sensor Suhu
Sensor
LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan.
Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara
dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dan dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian kontrol yang sangat mudah.
e. Sensor Sound
Sensor
ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang
mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang
memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun.
Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang
listrik yang dihasilkannya.
Pin Out
Spesifikasi
- Working voltage: DC 3.3-5V
- Dimensions: 45 x 17 x 9 mm
- Signal output indication
- Single channel signal output
- With the retaining bolt hole, convenient installation
- Outputs low level and the signal light when there is sound
Komponen Output:
a. LED
Light Emitting Diode atau
yang sering disingkat LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang
dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED
terbuat dari bahan semi konduktor yang merupakan keluarga dioda.
Infra merah : 1,6 V
Merah : 1,8 V – 2,1 V
Oranye
: 2,2 V
Kuning : 2,4 V.
Hijau : 2,6 V
Biru : 3,0 V – 3,5 V
Putih : 3,0 – 3,6 V.
Ultraviolet : 3,5 V.
b. Loudspeaker
Loudspeaker atau lebih sering disingkat dengan Speaker adalah Transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi Frekuensi Audio (sinyal suara) yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan cara mengetarkan komponen membran pada Speaker tersebut sehingga terjadilah gelombang suara.
Pada gambar diatas, dapat kita lihat bahwa pada dasarnya Speaker terdiri dari beberapa komponen utama yaitu Cone, Suspension, Magnet Permanen, Voice Coil dan juga Kerangka Speaker.
c. Transistor NPN
Pada transistor NPN, kaki basis
memiliki kutub positif dan bersinggungan langsung dengan sumber listrik atau
baterai. Sedangkan kaki emitor memiliki kutub negatif karena berhubungan
langsung dengan massa. Kutub negatif juga ditemukan pada kaki kolektor yang
menghubungkan massa di rangkaian listrik. 1.
Bi-Polar NPN
Transistor
2.
DC Current Gain
(hFE) is 800 maximum
3.
Continuous
Collector current (IC) is 500mA
4.
Emitter Base
Voltage (VBE) is 5V
5.
Base
Current(IB) is 5mA maximum
6. Available in To-92 Package
c. Motor
Merupakan piranti elektronika yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. pada motor DC terdapat 2 Input yang jika
diberikan input yang berbeda maka motor akan berputar CCW atau CW tergantung
pada inputan yang dimasukan dan jika diberikan dua input dengan nilai sama maka
motor dc akan berhenti. maksud nilai disini adalah HIGH atau LOW. jadi :
HIGH HIGH = motor tidak berputar
HIGH LOW = motor berputar
LOW LOW = motor tidak berputar
LOW HIGH = motor berputar
d. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen
Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni
Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay
menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga
dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.
Sebagai contoh, Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu
menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 220V 2A.
a. baterai
Baterai
(Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang
disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu
perangkat Elektronik.
b. Resistor
Resistor
atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif
yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu
rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.
Nilai Resistor biasanya diwakili dengan kode angka ataupun gelang warna
yang terdapat di badan resistor. Hambatan resistor sering disebut juga
dengan resistansi atau resistance.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
c. Transistor NPN
Transistor adalah
komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda,
yaitu Basis (Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar).
Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung
(switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi
fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai
kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan
sumber listriknya.
Transistor
sebenarnya berasal dari kata “transfer” yang berarti pemindahan dan
“resistor” yang berarti penghambat. Dari kedua kata tersebut dapat kita
simpulkan, pengertian Transistor adalah pemindahan atau peralihan bahan
setengah penghantar menjadi suhu tertentu. Transistor pertama kali
ditemukan pada tahun 1948 oleh William Shockley, John Barden dan W.H,
Brattain. Tetapi, komponen ini mulai digunakan pada tahun 1958. Jenis
Transistor terbagi menjadi 2, yaitu transistor tipe P-N-P dan transistor
N-P-N. Pada
transistor NPN, kaki basis memiliki kutub positif dan bersinggungan
langsung dengan sumber listrik atau baterai. Sedangkan kaki emitor
memiliki kutub negatif karena berhubungan langsung dengan massa. Kutub
negatif juga ditemukan pada kaki kolektor yang menghubungkan massa di
rangkaian listrik.
Jenis jenis konfigurasi transistor yang digunakan dalam rangkaian simulasi dispenser otomatis ini antara lain:
1. Fixed Bias
Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar dibawah:
maka,
dimana,
dan
2. Self Bias
Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar dibawah:
Dengan menggunakan hukum KVL, didapat,
d. Relay
Relay adalah Saklar (Switch)
yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen
Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama
yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak
Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk
menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power)
dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai
contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu
menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 220V 2A.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
- Electromagnet (Coil)
- Armature
- Switch Contact Point (Saklar)
- Spring
Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
- Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
- Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
Berdasarkan
gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah
kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila
Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya
Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi
sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat
menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana
Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak
terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali
lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik
Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik
yang relatif kecil.
e. LED
LED
atau singkatan dari light-emitting diode merupan alat yang mengeluarkan
cahaya, dalam rangkaian ini kita menggunakannya sebagai indikator,
apakah rangkaiannya berfungsi atau tidak.
f. Water Sensor
Water sensor adalah controller
yang bisa mendeteksi volume air, tinggi air, serta kualitas air di
dalam tangki, sungai, danau, dan sejenisnya dengan akurat dan mudah.
Sensor ini merupakan perangkat yang bisa mematikan atau mengobarkan pompa air secara otomatis andai air mulai berakhir atau sudah nyaris penuh.
g. PIR sensor Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar.
Sensor
ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR.
Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan
terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal:
manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda
(misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah
yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka
akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.
Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Fresnel Lens
Lensa
Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai
lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling
luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka
membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk
untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama. Namun kini, lensa Fresnel
pada mobil telah ditiadakan diganti dengan lensa plain polikarbonat.
Lensa Fresnel juga berguna dalam pembuatan film, tidak hanya karena
kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi juga karena
intensitas cahaya yang relative konstan diseluruh lebar berkas cahaya.
2. IR Filter
IR
Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar
infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang
yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10
mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor
PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.
3. Pyroelectric Sensor
Seperti
tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius,
yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan.
Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap
oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini
sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium
nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik.
Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah
pasif ini membawa energi panas. Material pyroelectric bereaksi
menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh
infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang
terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.
*Grafik respon sensor PIR
1. Respon terhadap arah, jarak, dan kecepatan
Pada
grafik tersebut ; (a) Arah yang berbeda mengasilkan tegangan yang
bermuatan berbeda ; (b) Semakin dekat jarak objek terhadap sensor PIR,
maka semakin besar tegangan output yang dihasilkan ; (c) Semakin cepat
objek bergerak, maka semakin cepat terdeteksi oleh sensor PIR karena
infrared yang ditimbulkan dengan lebih cepat oleh objek semakin mudah
dideteksi oleh PIR, namun semakin sedikit juga waktu yang dibutuhkan
karena sudah diluar jangkauan sensor PIR.
2. Respon terhadap suhu
Dari
grafik, didapatkan bahwa suhu juga mempengaruhi seberapa jauh PIR dapat
mendeteksi adanya infrared dimana semakin tinggi suhu disekitar maka
semakin pendek jarak yang bisa diukur oleh PIR.
h. Infrared sensor
Infra
red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika
yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor
infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus
dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR
Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital
yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier). Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP.
Prinsip Kerja Sensor Infrared
Ketika
pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi
memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan
oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.
Prinsip
kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah
ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis
fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus
listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau
fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:
Grafik Respon Sensor Infrared:
Grafik
menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk
sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor
yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah
keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin
pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan
dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR
Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin
jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari
IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR
Transmitter.
i. Sensor Suhu
Sensor
suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.
Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen
elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor.
LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika
dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran
impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan
mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan
penyetelan lanjutan.
Meskipun
tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan
kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu
daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar
60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas
(self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan
yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC
ditunjukan
bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan
fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber
tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan
keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5
Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4
Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap
derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV Secara
prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu
setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada
penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula
disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang
sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan
cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan
dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika
suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari
suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara
disekitarnya .
Jarak
yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh
interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang
ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan
simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang
mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass
kapasitor dari Vin untuk ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik
dari sensor LM35:- Memiliki
sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu
10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
- Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
- Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
- Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
- Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
- Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
- Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
- Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC
Grafik respon Sensor Suhu
j. Motor DC
Motor arus searah dengan belitan medan seri adalah jenis motor traksi tertua. Ini
memberikan karakteristik torsi kecepatan yang berguna untuk propulsi,
memberikan torsi tinggi pada kecepatan rendah untuk akselerasi
kendaraan, dan torsi menurun seiring dengan peningkatan kecepatan. Dengan
mengatur belitan medan dengan beberapa tap, karakteristik kecepatan
dapat bervariasi, sehingga memungkinkan kontrol akselerasi operator yang
relatif mulus. Ukuran kontrol lebih lanjut diberikan dengan menggunakan pasangan motor pada kendaraan dalam kontrol pararel seri ; untuk operasi lambat atau beban berat, dua motor dapat dijalankan secara seri dari suplai arus searah. Dimana
kecepatan yang lebih tinggi diinginkan, motor ini dapat dioperasikan
secara paralel, membuat tegangan yang lebih tinggi tersedia di
masing-masing motor sehingga memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi. Bagian
dari sistem rel mungkin menggunakan voltase yang berbeda, dengan
voltase yang lebih tinggi dalam jangka panjang antar stasiun dan voltase
yang lebih rendah di dekat stasiun yang hanya memerlukan pengoperasian
lebih lambat.
k. Op -amp
Prinsip
kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai
kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua
input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila
terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan
memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari
penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal,
operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :
- Impedansi Input (Zi) besar = ∞
- Impedansi Output (Z0) kecil= 0
- Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
- Band Width respon frekuensi lebar = ∞
- V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
- Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.
Jenis - jenis konfigurasi op amp yang digunakan pada rangkaian simulasi dispenser otomatis ini adalah:
1. Voltage Follower
Voltage follower, juga dikenal sebagai buffer amplifier atau unity-gain amplifier, adalah sebuah rangkaian elektronika yang menggunakan op-amp (operational amplifier) untuk mengisolasi sumber sinyal dari beban tanpa mengubah sinyalnya. Ciri utama dari voltage follower adalah memiliki gain (penguatan) sebesar 1, yang berarti tegangan keluaran (output) sama dengan tegangan masukan (input).
Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 maka Vo = Vi sehingga ACL = Vo / Vi = 1
2. Non Inverting Amplifier
Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) adalah seperti gambar dibawah, input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga teganganoutput yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input. Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar dibawah
Dari rangkaian gambar diatas dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka VA = Vi sehingga rangkaian dapat disederhanakan untuk mencari arus I seperti gambar dibawah
Dengan I = Vi/Ri ,maka dapat dicari ACL rangkaian non inverting amplifier dengan persamaan:
3. Differential Amplifier
Differential amplifier adalah jenis penguat elektronika yang digunakan untuk menguatkan perbedaan antara dua tegangan input sambil menekan komponen tegangan yang sama pada kedua input.
Untuk mendapatkan rumus Vo(non.inv.amp) maka pertama digroundkan V2 sehingga rangkaian menjadi rangkaian non inverting amplifier seperti gambar dibawah.
dimana,
subtitusi
maka,
Untuk mendapatkan rumus Vo(inv.amp) maka digroundkan V1 sehingga rangkaian menjadi rangkaian inverting amplifier seperti gambar dibawah.
dimana,
maka,
Vo = Vo(non.inv.amp) - Vo(inv.amp)
4. Non Inverting Adder Amplifier
Non-inverting adder amplifier adalah jenis penguat operasional (op-amp) yang menggabungkan beberapa sinyal input menjadi satu sinyal output dengan menggunakan konfigurasi non-inverting. Dalam konfigurasi ini, sinyal input diberikan ke terminal non-inverting dari op-amp melalui resistor, dan sinyal output merupakan penjumlahan dari sinyal-sinyal input tersebut, diperkuat oleh op-amp.
Dari gambar 127 dengan memakai metoda loop tertutup untuk mencari arus loop sehingga bisa dicari tegangan input Vi. Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 sehingga VA = Vi
maka,
substitusi I
substitusi Vi
jika R1 = R2 = Ri = Rf = R maka Vo = V1 + V2
5. Detector Non Inverting, Vref tidak 0
Pada konfigurasi ini, Tegangan referensi (Vref) merupakan tegangan yang digunakan sebagai titik acuan. Vref bisa diatur ke nilai yang berbeda dari 0 untuk menggeser titik operasi dari detektor.
Rangkaian Detector Non Inverting dengan Vref bertegangan +
Rangkaian Detector Non Inverting dengan Vref bertegangan +
Cara Kerja:
- Jika tegangan input (Vin) lebih besar dari Vref, output dari op-amp akan tinggi (biasanya mendekati tegangan suplai positif).
- Jika Vin lebih kecil dari Vref, output akan rendah (biasanya mendekati tegangan suplai negatif atau ground).
Tegangan Output
- Vout = Vsupply + 1 atau 2, jika Vin>Vref
- Vout = Vsupply − 1 atau 2, jika Vin<Vref
l. Logicstate Gerbang
logika atau logic gate adalah suatu entitas dalam elektronika dan
matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik
menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang Logika beroperasi
berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2
kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.
m. Dioda
Diode adalah
komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang
memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju)
dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Diode
dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode
sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna,
melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks
yang tidak linier dan sering kali tergantung pada teknologi atau
material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode
juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan
penyearahan.
n. Sound Sensor
Sensor
Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara
menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini
hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti
telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan
besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor
yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil
dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan
tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.
Salah
satu komponen yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone atau
Mic. Mic adalah komponen eletronika dimana cara kerjanya yaitu membran
yang digetarkan oleh gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik.
Grafik respon frekuensi:
Berdasarkan
grafik respon sound sensor di atas diperoleh bahwa saat suara
terdeteksi sangat dekat oleh sound sensor, maka sound sensor akan
mendeteksi intensitas suara tersebut, sehingga saat respon sensor sound
sensor akan mendeteksi suara dengan intensitas maksimum, maka resistansi
pada sound sensor akan mengecil dan sound sensor akan aktif bekerja
merespon intensitas suara terdekat tersebut.
o. LoudSpeaker
Pada gambar diatas, dapat kita lihat bahwa pada dasarnya Speaker terdiri dari beberapa komponen utama yaitu Cone, Suspension, Magnet Permanen, Voice Coil dan juga Kerangka Speaker.
Dalam rangka menterjemahkan sinyal listrik menjadi suara yang dapat didengar, Speaker memiliki komponen Elektromagnetik yang terdiri dari Kumparan yang disebut dengan Voice Coil untuk membangkitkan medan magnet dan berinteraksi dengan Magnet Permanen sehingga menggerakan Cone Speaker maju dan mundur. Voice Coil adalah bagian yang bergerak sedangkan Magnet Permanen adalah bagian Speaker yang tetap pada posisinya. Sinyal listrik yang melewati Voice Coil akan menyebabkan arah medan magnet berubah secara cepat sehingga terjadi gerakan “tarik” dan “tolak” dengan Magnet Permanen. Dengan demikian, terjadilah getaran yang maju dan mundur pada Cone Speaker.
Cone adalah komponen utama Speaker yang bergerak. Pada prinsipnya, semakin besarnya Cone semakin besar pula permukaan yang dapat menggerakan udara sehingga suara yang dihasilkan Speaker juga akan semakin besar.
Suspension yang terdapat dalam Speaker berfungsi untuk menarik Cone ke posisi semulanya setelah bergerak maju dan mundur. Suspension juga berfungsi sebagai pemegang Cone dan Voice Coil. Kekakuan (rigidity), komposisi dan desain Suspension sangat mempengaruhi kualitas suara Speaker itu sendiri.
Langkah-langkah percobaan:
-Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
· -Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
· -Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
· -Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
-Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka LED atau buzzer akan hidup yang berarti rangkaian bekerja
Prinsip Kerja dan foto rangkaian :
Rangkaian Sensor Pendeteksi Air dengan sensor water
Sensor infrared
berfungsi untuk mendeteksi gelas atau benda ketika diletakkan di
dispenser. Ketika gelas diletakkan di dispenser maka gerbang logika di
sensor akan ditandai dengan 1. Begitupun sebaliknya. Ketika gerbang logika
bernilai 1, maka sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 Volt,
selanjutnya diumpankan ke Voltage follower. Berdasar teori Voltage follower sebagai
penguat berkonstanta 1, yaitu Vo=Vi, maka tegangan output yang keluar akan
bernilai 5 Volt juga. Selanjutnya , tegangan output di umpankan ke R7 yang
bernilai 5k ohm yang selanjutnya dihubungkan ke kaki base transistor dan kaki
emiiter transistor. Tegangan yang terbaca di Vbe yaitu 0,8 Volt yang memenuhi
syarat transistor fixed bias. Karena aktif, maka arus mengalir ke R2 dan juga
mengalir ke R6 dan relay. Karena ada aliran arus di relay, maka switch
berpindah dari kanan ke kiri, yang menyebabkan rangkaian yang di dekat sensor
infrared menjadi loop tertutup.
Rangkaian Sensor Pendeteksi Tubuh dengan sensor pir
Sensor
PIR berfungsi
sebagai mendeteksi tubuh pada dispenser. Disini saya memasang 3 buah
sensor
PIR, diantara nya PIR1 untuk mendeteksi permintaan air biasa, PIR2 untuk
mendeteksi permintaan air dingin, dan PIR3 untuk mendeteksi permintaan
air
panas. Ketika salah 1 PIR atau ketiga PIR bergerbang logika 1 menandakan
adanya
permintaan air dari dispenser. Ketika gerbang logika bernilai 1, maka
sensor
akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 Volt, selanjutnya diumpankan ke Non
iverting Amplifier. Berdasar teori yaitu Vo=(Rf/Ri +1)Vi, maka tegangan
output yang keluar akan bernilai 10 Volt . Selanjutnya ,
tegangan output di umpankan resistor yang selanjutnya dihubungkan ke
kaki base
transistor dan kaki emiiter transistor. Tegangan yang terbaca di Vbe
yaitu 0,8
Volt yang memenuhi syarat transistor self bias. Karena aktif, maka arus
mengalir resistor dan relay. Karena ada aliran arus di relay, maka
switch
berpindah dari kanan ke kiri, yang menyebabkan rangkaian yang di dekat
sensor
infrared menjadi loop tertutup.
Rangkaian Sensor Water
Sensor
Water akan aktif
ketika gelas hampir penuh. sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5
Volt, selanjutnya diumpankan ke Detektor Non Inverting. Karena dipasang
Vsaturasi di Detektor non inverting, maka sesuai Teori, Vo=+Vsaturasi-1,
maka Vo bernilai 11 Volt. Selanjutnya , tegangan output di umpankan ke
R3 yang bernilai 5k ohm yang selanjutnya dihubungkan ke kaki base
transistor
dan kaki emiiter transistor. Tegangan yang terbaca di Vbe yaitu 1,5 Volt
yang
memenuhi syarat transistor fixed bias. Karena aktif, maka arus mengalir
ke R8
dan juga mengalir ke R10 dan relay. Karena ada aliran arus di relay,
maka
switch berpindah dari kanan ke kiri, yang menyebabkan rangkaian yang di
dekat
sensor infrared menjadi loop tertutup.
Rangkaian Sensor suhu
Sensor Suhu mendeteksi
suhu dari air yang di keluarkan ketika dispenser aktif, baik itu suhu air
biasa, air panas dan air dingin. Ketika suhu air turun, resistansi thermistor meningkat, mengubah tegangan pada rangkaian pembagi tegangan. Perubahan ini dideteksi oleh op-amp (U5A) yang berfungsi sebagai komparator, membandingkan tegangan input dengan referensi yang diatur oleh potensiometer R11. Output op-amp mengontrol transistor Q1, yang bertindak sebagai saklar untuk mengaktifkan relay (RL3) dan LED indikator (D6). Sistem ini memungkinkan respon otomatis terhadap perubahan suhu, di mana relay dapat digunakan untuk mengontrol perangkat pendingin eksternal, sementara LED memberikan indikasi visual status suhu.
Rangkaian Sensor sound
Sensor suara adalah sebuah alat yang mampu mengubah gelombang sinusioda suara menjadi gelombang sinus energi listrik. Sensor suara ini digunakan untuk menghantarkan listrik berdasarkan pendeteksian suara untuk menghidupkan perangkat yang dihubungkan. Prinsip kerja sensor suara sederhana dan sangat mudah. Ia bekerja seperti telinga manusia. Modul sensor suara terdiri dari papan sirkuit kecil yang merupakan mikrofon 50 Hz-10 kHz dan beroperasi dengan modul detektor sensor untuk deteksi. Komponen sirkuit pemrosesan eksternal lainnya mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik.
Komponen perangkat keras penting lainnya adalah pembanding presisi tinggi LM393N. Perangkat ini wajib mendigitalkan sinyal listrik ke keluaran digital D0. Untuk menyesuaikan sensitivitas output digital D0, modul sensor suara berisi potensiometer bawaan. Sensor suara berisi mikrofon yang disebut mikrofon kondensor dengan 2 pelat bermuatan - satu adalah diafragma dan yang lainnya adalah pelat belakang. Pelat ini tampak seperti kapasitor. Jika sinyal suara (bertepuk tangan, membentak, mengetuk, alarm) atau sinyal audio bergerak melalui udara dan mengenai diafragma mikrofon, maka jarak antara 2 pelat bermuatan berubah karena getaran diafragma. Oleh karena itu perubahan kapasitansi antara pelat ini menghasilkan sinyal listrik keluaran. Sinyal keluaran ini sebanding dengan sinyal suara masukan yang diterima mikrofon. Terakhir, sinyal keluaran diperkuat oleh amplifier dan didigitalkan untuk menentukan intensitas sinyal suara yang masuk.
Foto rangkaian:
Video Rangkaian Sensor infrared
Video Rangkaian Sensor pir
Video Rangkaian Sensor water
Video Rangkaian Sensor suhu
Video Rangkaian Sensor sound
Download video penjelasan rangkaian sensor infrared klik disini Download video penjelasan rangkaian sensor pir klik disini Download video penjelasan rangkaian sensor water klik disini Download video penjelasan rangkaian sensor suhu klik disini Download video penjelasan rangkaian sensor sound klik disini
.png)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar