MODUL 1

[MENUJU AKHIR]

KONTROL WASTAFEL

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Video

6. Link Download

1. Tujuan [Kembali]

• Memahami karakteristik sensor PIR dan touch sensor
• Mensimulasikan rangkaian dari sensor PIR dan touch sensor
• Memahami prinsip kerja sensor PIR dan touch sensor

2. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Sound Sensor

    Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara.

Sound Sensor

B. Vibration Sensor

    Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik.

Vibration Sensor

C. Sensor PIR

    Sensor PIR atau Passive Infra Red adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu objek.

Sensor PIR

D.  REED Magnetic sensor

Reed sensor merupakan sensor elektrik yang dioperasikan dengan memanfaatkan medan magnet sebagai pengubah kondisinya. Atau secara ringkas disebut sensor magnet karena akan aktif jika terkena lempengan atau medan magnet. 

E.  LED                                   

       Komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju.

LED Red

F. Motor DC

        Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion).

Motor DC

G. Baterai

    Di mulai dari pengertiannya. Baterai merupakan sebuah benda yang dapat atau bisa mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh baterai tersebut sama seperti accumulator, yakni listrik searah dikatakan DC. Jumlah listrik yang dihasilkan tersebut tergantung dari seberapa besar baterai tersebut.

Baterai

Fungsi Baterai:
    Sangat beragam fungsi dari baterai dalam kehidupan sehari-hari namun memiliki intinya yang sama yakni sebagai sumber energi, karena hampir pada semua alat elektronik yang sifatnya mobile juga perlu baterai sebagai sumber energi. Sebut misalnya seperti HP, senter, power bank, drone, remote TV dan AC,  dan lain sebagainya. Semua alat-alat tersebut membutuhkan baterai agar bisa bekerja.

H. Relay 

    Relay adalah komponen elektronika yang berupa sakelar atau switch elektrik yang dioperasikan   menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian 

Relay

I. Resistor 

    Resistor merupakan komponen elektronika yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunyai resistansi yang berbeda beda sesuai kebutuhan. 

Resistor

J. Op-Amp

    Op-Amp (Operational Amplifier) adalah salah satu bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal Listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi. Sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

Op-Amp

K. Transistor NPN 

    Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.

Transistor NPN

L. Ground

    Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

Ground

M. Voltmeter

Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik dari dua titik potensial listrik.

3. Dasar Teori [Kembali]

OP-AMP

1. Op Amp Sebagai Penguat Non Inverting

Penguat Non Inverting adalah suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkaan sinyal dan hasil sinyal yang dikuatkan tetap sefasa dengan sinyal inputannya, hasil dari sinyal input dan output rangkaian non inverting dapat dilihat pada Gambar 1. Pada dasarnya penguat non inverting digunakan sebagai pengkondisi sinyal inputan sensor yang terlalu kecil sehingga dibutuhkan penguatan untuk diproses. intinya penguat non inverting ke balikkan dari penguat inverting.

Gambar 1 Rangkaian Penguat Non Inverting

Keterangan Gambar

Vin : Tegangan Masukan

Vout : Tegangan Keluaran

Rg : Resistansi ground 

Rf : Resistansi feedback

Gambar 2 Sinyal Input dan Output Penguat Non Inverting

Fungsi Penguat Non Inverting
Fungsi dari penguat non inverting kurang lebih sama dengan penguat inverting hanya saja polaritas output yang dihasilkan sama dengan sinyal inputnya. Keluaran sensor dan tranduser pada umumnya mempunyai tegangan yang sangat kecil hingga mikro volt, sehingga diperlukan penguat dengan impedansi masukan rendah.  Rangkaian penguat non inverting akan menerima arus atau tegangan dari tranduser sangat kecil dan akan membangkitkan arus atau tegangan yang lebih besar

Rumus Op Amp Non Inverting

Gambar 3 Penjabaran Rangkaian Penguat Non Inverting untuk mempermudah penurunan rumus

Rumus mencari tegangan output yaitu:

Rumus mencari besar penguatannya yaitu sebagai berikut:

 

Op-amp sebagai voltage follower

Op-Amp Voltage Follower (atau dikenal juga sebagai Unity-gain Amplifier atau Buffer Amplifier) adalah rangkaian Op-Amp yang memiliki penguatan atau gain (A) tegangan sebesar 1x. Dengan kata lain, Op-Amp tidak memberikan amplifikasi ataupun atenuasi terhadap sinyal inputnya. Yang artinya keluaran dari Op-Amp sama dengan masukannya.

Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

Cara Kerja Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

Sound Sensor

Sound Sensor

    Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Di mana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.

Grafik Sensor Suara

Vibration Sensor

Vibration Sensor

Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik. Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah sensor seismic transduser, yaitu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan.

 

Konfigurasi Pin Sensor Vibration SW420 :

Spesifikasi sensor

Grafik Respon Sensor Vibration SW420:

Grafik Sensor

Sensor PIR

    Sensor PIR atau Passive Infra Red adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu objek. 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 dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek dan karena semua objek memancarkan energi radiasi, sebagai contoh ketika terdeteksi sebuah gerakan dari sumber infra merah dengan suhu tertentu yaitu manusia mencoba melewati sumber infra merah yang lain 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

Sensor PIR merupakan sensor yang dapat mendeteksi pergerakan, dalam hal ini sensor PIR banyak digunakan untuk mengetahui apakah ada pergerakan manusia dalam daerah yang mampu dijangkau oleh sensor PIR. Sensor ini memiliki ukuran yang kecil, murah, hanya membutuhkan daya yang kecil, dan mudah untuk digunakan. Oleh sebab itu, sensor ini banyak digunakan pada skala rumah maupun bisnis. Sensor PIR ini sendiri merupakan kependekan dari “Passive InfraRed” sensor.

Bagian-Bagian Sensor PIR

Gambar berikut menunjukkan bagian-bagian dari sensor PIR yang perlu untuk diketahui

Bagian Sensor PIR

1. Pengatur Waktu Jeda : Digunakan untuk mengatur lama pulsa high setelah terdeteksi terjadi gerakan dan gerakan telah berakhir. *
2. Pengatur Sensitivitas : Pengatur tingkat sensitivitas sensor PIR *
3. Regulator 3VDC : Penstabil tegangan menjadi 3V DC
4. Dioda Pengaman : Mengamankan sensor jika terjadi salah pengkabelan VCC dengan GND
5. DC Power : Input tegangan dengan range (3 – 12) VDC (di rekomendasikan menggunakan input 5VDC).
6. Output Digital : Output digital sensor
7. Ground : Hubungkan dengan ground (GND)
8. BISS0001 : IC Sensor PIR
9. Pengatur Jumper : Untuk mengatur output dari pin digital.

Cara Kerja PIR

Pada umumnya sensor PIR dibuat dengan sebuah sensor pyroelectric sensor (seperti yang terlihat pada gambar di samping) yang dapat mendeteksi tingkat radiasi infrared. Segala sesuatu mengeluarkan radiasi dalam jumlah sedikit, tapi semakin panas benda/makhluk tersebut maka tingkat radiasi yang dikeluarkan akan semakin besar. Sensor ini dibagi menjadi dua bagian agar dapat mendeteksi pergerakan bukan rata-rata dari tingkat infrared. Dua bagian ini terhubung satu sama lain sehingga jika keduanya mendeteksi tingkat infrared yang sama maka kondisinya akan LOW namun jika kedua bagian ini mendeteksi tingkat infrared yang berbeda (terdapat pergerakan) maka akan memiliki output HIGH dan LOW secara bergantian.

Grafik Sensor PIR

Grafik Sensor PIR

REED Magnetic Sensor

Reed switch tersusun atas lempengan metal yang terhubung dilingkupi tabung gelas, sehingga ketika tercipta medan magnet antara dua buah lempengan, lempengan tersebut tarik-menarik sehingga arus listrik dapat mengalir. Ketika medan magnet hilang lempengan kembali ke posisi semula dan jalur gerak arus kembali terputus.

Grafik

LED                                                    

       Komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Motor DC

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa motor terdiri atas 2 bagian utama yaitu stator dan motor. Pada stator terdapat lilitan (winding) atau magnet permanen, sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yang menyebabkan rotor dapat berputar. Arah gaya elektromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

          

Kaidah Tangan Kanan

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

• Tegangan dinamo : meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

• Arus medan : menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

 

Mekanisme Kerja Motor DC:

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama

Arus listrik dalam medan magnet akan menimbulkan gaya.

· Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop yaitu pada sudut kanan medan magnet akan mendapat gaya pada arah yang berlawanan.

· Pasangan gaya menghasilkan torsi untuk memutar kumparan.

· Motor- motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putar yang lebih seragam dari medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan

Beberapa kerugian penggunaan motor DC:

-Perawatan intensif karena brush atau sikat pada motor DC akan aus.

-Konversi arus AC menjadi arus DC menggunakan konverter memerlukan biaya yang mahal.

Keuntungan penggunaan motor DC:

-Kecepatannya mudah diatur.

Perhitungan pada motor DC :

Daya input      :           Pin= √3 Vrms Irms cosƟ

Daya output    :           Pout= Tout w

w = kecepatan sudut

Tout = torsi output

Efisiensi          :           η (%) = (Pout/Pin) x 100

 

    Mengapa terdapat efisiensi pada motor? Karena motor yang digunakan tidak dapat bersifat ideal, artinya pada motor ada kehilangan daya pada setiap prosesnya sehingga daya output akan bernilai lebih kecil daripada daya input. Kehilangan daya ini biasa disebut sebagai rugi-rugi daya dan dapat disebabkan karena mechanical (gesekan dan rotasi) serta electric (hambatan pada belitan).

Simbol motor listrik

Transistor NPN
Fungsi-fungsi Transistor diantaranya adalah :

• sebagai Penyearah,
• sebagai Penguat tegangan dan daya,
• sebagai Stabilisasi tegangan,
• sebagai Mixer,
• sebagai Osilator
• sebagai Switch (Pemutus dan Penyambung Sirkuit)

Struktur Dasar Transistor

Pada dasarnya, Transistor adalah Komponen Elektronika yang terdiri dari 3 Lapisan Semikonduktor dan memiliki 3 Terminal (kaki) yaitu Terminal Emitor yang disingkat dengan huruf “E”, Terminal Base (Basis) yang disingkat dengan huruf “B” serta Terminal Collector/Kolektor yang disingkat dengan huruf “C”. Berdasarkan strukturnya, Transistor sebenarnya merupakan gabungan dari sambungan 2 dioda. Dari gabungan tersebut , Transistor kemudian dibagi menjadi 2 tipe yaitu Transistor tipe NPN dan Transistor tipe PNP yang disebut juga dengan Transistor Bipolar. Dikatakan Bipolar karena memiliki 2 polaritas dalam membawa arus listrik.

NPN merupakan singkatan dari Negatif-Positif-Negatif sedangkan PNP adalah singkatan dari Positif-Negatif-Positif.

Berikut ini adalah gambar tipe Transistor berdasarkan Lapisan Semikonduktor yang membentuknya beserta simbol Transistor NPN dan PNP.

Simbol Transistor

PRINSIP KERJA TRANSISTOR

Prinsip kerja transistor PNP adalah arus mengalir dari emitor menuju kolektor. Dibandingkan NPN, pada PNP terjadi hal sebaliknya ketika arus mengalir pada kaki basis, maka transistor tidak bekerja. Arus akan mengalir apabila kaki basis diberi sambungan ke ground (-) hal ini akan menginduksi arus pada kaki emitor ke kolektor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari emitor ke kolektor. Penggunaan transistor jenis ini mulai jarang digunakan. Dibanding dengan NPN, transistor jenis PNP mulai sulit ditemukan dipasaran. Transistor jenis PNP adalah transistor negatif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus negative (-) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :

• Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
• Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
• Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah negative.

Prinsip kerja transistor NPN adalah arus mengalir dari kolektor menuju emitor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Untuk mengalirkan arus tersebut dibutuhkan sambungan ke sumber positif (+) pada kaki basis. Ketika basis diberi tegangan, hingga dititik saturasi, maka akan menginduksi arus dari kaki kolektor ke emitor. Dan transistor akan aktif jika arus yang melalui basis berkurang, maka arus yang mengalir pada kolektor ke emitor akan berkurang, hingga titik cutoff. Penurunan ini sangatlah cepat karena perbandingan penguatan yang terjadi antara basis dan kolektor melebihi 200 kali. Transistor jenis NPN adalah transistor positif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus positf (+) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :

•  Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
• Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
• Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah positif

Relay

    Relay adalah komponen elektronika berupa sakelar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas sakelar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak sakelar akan menutup. Pada saat arus hentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak sakelar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus / tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 A / AC 220 V) dengan memakai arus / tegangan yang kecil (misalnya 0.1 A / 12 Volt DC). 

Gambar Bentuk dan Simbol Relay

 

Fungsi-fungsi dan Aplikasi Relay

Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan ke dalam peralatan Elektronika di antarannya adalah :

1. Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function).
2. Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function).
3. Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
4. Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).

4. Percobaan [Kembali]

  4.1. Prosedur Percobaan [Kembali]

1.  Buka aplikasi proteus

2.  Siapkan alat dan bahan pada library proteus, pada rangkaian ini yaitu berupa resistor, baterai, transistor NPN, DC voltmeter, kapasitor, relay, opamp, ground, motor DC, sensor PIR, sensor Sound, Sensor Touch , sensor IR Proximity, dan motor.

3.   Rangkai setiap alat dan bahan agar membentuk rangkaian yang diinginkan.

4.   Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5. Jalankan simulasi rangkaian untuk melihat apakah dihasilkan output yang diinginkan, yaitu apakah dapat mengaktifkan relay serta menghidupkan motor.

4.2. Rangkaian Simulasi [Kembali]

   4.3. Prinsip Kerja [Kembali]

         Dimulai dari sound sensor yang terletak pada pintu,ketika sensor sound mendeteksi suara maka akan berlogika 1, sehingga ada arus dari power supply menuju Vcc kemudian dikeluarkan berupa Vout kemudian diumpankan ke Op-Amp. Di mana Om-Amp di sini bertindak sebagai voltage follower terjadi penguatan sebanyak 1 kali sehingga Vin = Vout dengan rumus Av = V0/V1. Kemudian diumpankan lagi ke sebuah resistor kemudian menuju ke kaki base di mana tegangan pada kaki base telah cukup, sehingga transistor menjadi aktif, jenisnya yaitu fixed bias. Dengan aktifnya transistor maka ada arus dari power supply menuju relay menuju kolektor menuju emitor terus ke ground dengan relay aktif maka switch bergeser ke arah kiri sehingga rangkaian loop pada relay tertutup sehingga ada arus yang mengalir yang mengakibatkan motor menyala dan membuka pintu.

        selanjutnya sensor pir yang diletak pada kran air wastafeldifungsikan untuk mendeteksi adanya tangan manusia yang mendekat, yang mengakibatkan logicstate menjadi 1 sehingga ada arus dari power supply menuju Vcc dikeluarkan berupa tegangan melalui kaki Vout diumpankan lagi ke R kemudian menuju Op-Amp, di mana Op-Amp di sini bertindak sebagai non inverting amplifier terjadi penguatan sebanyak 2 kali dengan rumus (Rf/Rin + 1) x Vin menuju ke R dan kemudian menuju ke base, di mana tegangan pada kaki bebas telah cukup maka transistor menjadi aktif dengan transistor menjadi aktif maka ada arus yang mengalir dari kolektor menuju emitor terus ke R13 terus ke ground, di sini jenis transistornya adalah Emitter stabilished Bias, dengan adanya arus tersebut maka nilai menjadi aktif, ketika nilai aktif switch bergeser ke kiri, rangkaian menjadi tertutup yang mengakibatkan motor bergerak dan mengeluarkan air dari kran.

           Selanjutnya touch sensor akan berlogika 1 ketika sensor mengalami sentuhan sehingga ada arus dari power supply menuju ke Vcc, dikeluarkan berupa Vout kemudian diumpankan ke R menuju ke Op-Amp, di mana Op-Amp di sini bertindak sebagai non inverting amplifier terjadi penguatan dua kali tegangan tersebut menuju ke R23, kemudian menuju ke kaki base, karena tegangan pada kaki base telah cukup, maka ada arus dari power supply menuju relay terus menuju ke kolektor menuju ke emitor menuju ke ground, jenis transistornya adalah Emitter stabilished bias. Maka adanya arus tersebut menandakan bahwa relay aktif sehingga switchnya bergeser ke arah kiri yang mengakibatkan rangkaian loop pada relay tertutup sehingga motor bergerak dan mengeluarkan sabun.

          selanjutnya yaitu sensor infrared yang diletak pada hand dryer ,sensor ini akan berlogika 1 ketika ada tangan yang mendekat ke hand dryer sehingga adanya arus yang mengalir dari power supply menuju ke Vcc, kemudian dikeluarkan berupa tegangan melalui kaki Vout, tegangan tersebut diumpankan ke R5, kemudian menuju ke Op-Amp di mana di sini Op-Amp bertindak sebagai non inverting, di mana terjadi penguatan sebanyak 2x dengan dengan Vout-nya dihitung dengan rumus V0 = (Rf/Rin +1) x Vin kemudian menuju R16 kemudian menuju ke base dengan tegangan yang cukup pada base sehingga transistor aktif dengan transistor aktif maka ada arus yang mengalir dari power supply menuju relay menuju kolektor menuju emitor terus ke ground ,jenis dari biasnya yaitu fixed bias dengan adanya arus tersebut maka nilai menjadi aktif dengan switch-nya berpindah ke kiri sehingga rangkaian loop menjadi tertutup dengan rangkaian loop tertutup maka arus dapat mengalir dan hand dryer akan hidup.

   

5. Video [Kembali]

6. Link Download [Kembali]

• Download HTML Klik
• Download rangkaian proteus Klik
• Download gambar rangkaian Klik
• Download video simulasi Klik
• Download datasheet resistor Klik
• Download datasheet LF356 Klik
• Download datasheet LED Klik
• Download datasheet Ground Klik
  
• Download Data sheet PIR sensor klik
• Download Data sheet sound sensor Klik
• Download Data sheet touch sensor klik
• Download Data sheet Infra Red sensor Klik

[MENUJU AWAL]