Sensor Optik

 Rangkaian Pengaman Jemuran Menggunakan LED dan LM324

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prosedur Percobaan

5. Rangkaian

6. Video 

7.Download

1. Tujuan[Kembali]

    - Untuk mendeteksi intesitas cahaya secara otomati ketika hujan turun

    -  Untuk merespon terjadinya hujan dengan mengirimkan tegangan dan menggerakan motor dc agar menutup

2. Alat dan Bahan[Kembali]

Alat:

1.        Battery

 

Berfungsi untuk mensuplai tegangan pada rangkaian.

    2.         Probe Voltage

 

Berfungsi untuk mendeteksi apakah pada sumber yang di uji terdapat tegangan atau tidak. Bisa menguji tegangan AC serta tegangan DC. 

Bahan:

        a. Transistor

Spesifikasi

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V

4. Arus Base maksimal 5mA

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Secara umum transistor dapat digolongkan menjadi dua keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan.

        b. Resistor

 

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

        c. Led

Datasheet LED 

LED adalah yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan  Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor.

        d. IC LM324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier dan memiliki 14 kaki, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC LM324 memiliki tegangan kerja antara +5 v sampai +15 v untuk +Vcc dan -5v sampai -15 v untuk -Vcc.

        e. Motor Dc

Motor dc adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan(motion). Motor dc ini juga dapat disebut sebagai motor arus searah. seperti dc motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau dc(direct current) untuk dapat menggerakannya.

.

Pin 1 : Terminal 1

Pin 2: Terminal 2

 

Catatan: Masing masing terminal jika dipasang terbalik akan menghasilkan putaran yang terbalik juga

 

Spesifikasi : 

 

        f. kapasitor 

        

        

Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor mempunyai satuan Farad dari nama Michael Faraday.

        g. Gerbang NOT(inverter)

Gerbang NOT digunakan membalikkan suatu kondisi logika artinya bila ada input logika 1 maka akan menghasilkan output dengan logika 0 dan berlaku juga untuk kondisi sebaliknya.

        h. Trimpot(POT-LIN)

fungsi trimpot  potensiometer adalah dengan ukuran yang kecil yang biaanya digunakan untuk adjusment, tunning atau kalibrasi dalam sebuah rangkaian. Trimpot ini adalah sebuah resistor variable atau nilai resistor yang dapat dirubah-ubah sesuai kebutuhan dengan cara diputar. biasanya resistor ini juga di pasang langsung pada papan PCB, bukan pada panel seperti potensiometer.

        i. Switch

swich digunakan untuk membatasi gerak suatu mesin berbasis listrik. Ketika mesin menekan tuas limit switch, maka mesin tersebut akan berhenti. Dengan kata lain, saklar ini berguna untuk mencegah terjadinya tabrakan.

        j. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

        k. Power

power supply adalah untuk mengalirkan dan mengatur daya/energi untuk di suplai ke beban dalam hal ini biasanya komponen elektronika.

        l. Sensor Infrared

• 5VDC Operating voltage

• I/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

Sensor infrared untuk mendeteksi ada tidaknya benda didepannya yang dimana hampir sama dengan prinsip sensor jarak.

j. dioda

  

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus.

k. Flame Sensor

 

merupakan salah satu alat instrument berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760 nm ~ 1100 nm.  

Adapun spesifikasi dari flame detector ini adalah sebagai berikut:

Output= Digital (D0)
Working voltage: 3.3V to 5V
Output format: Digital output (HIGH/LOW)\
Wavelength detection range: 760nm to 1100nm
Using LM393 comparator
Detection angle: About 60 degrees, particularly sensitive to the flame spectrum
Lighter flame detect distance 80cm  

 

3. Dasar Teori[Kembali]

• Resistor
  

 

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.

 

 

 

 

 

• Transistor

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

Fitur:
1. DC Current gain(hfe) maksimal 800
2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V
4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

 

Datasheet Transistor BC548 dan BC547

 

 

Grafik Respon :

Selain digunakan sebagai penguat, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

 

Rumus transistor NPN:

 

Op-amp

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari 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. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

IC Op-Amp dapat terdiri dari hanya 1 (satu) rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi Single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang didalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya.

 

karakteristik Op-amp

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu
  

cara mencari op-amp non inverting, bisa menggunakan rumus:

• Inverting Amplifier

 

• Non inverting

bentuk gelombang input output dari Op-amp adalah;

 Flame Sensor

merupakan salah satu alat instrument berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760 nm ~ 1100 nm.  

alam suatu proses pembakaran pada pembangkit listrik tenaga uap, flame detector dapat mendeteksi hal tersebut dikarenakan oleh komponen-komponen pendukung dari flame detector. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan sebesar 60 derajat, dan beroperasi normal pada suhu 25 – 85 derajat Celcius.

 

Grafik :

 

Cara kerja :

flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi nyala apiyang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.

Adapun spesifikasi dari flame detector ini adalah sebagai berikut:

Output= Digital (D0)
Working voltage: 3.3V to 5V
Output format: Digital output (HIGH/LOW)\
Wavelength detection range: 760nm to 1100nm
Using LM393 comparator
Detection angle: About 60 degrees, particularly sensitive to the flame spectrum
Lighter flame detect distance 80cm 

Karakteristik flame sensor :

 

 

 

 

Potensiometer

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.

Sensor LM-35

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.

Sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk Ground.

Karakteristik Sensor LM35:

a. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

b. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC  

c. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

d. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

e. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

f. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

g. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Gambar 3. Grafik Respon Sensor LM35

Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah : ·

1. Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. ·

2. Lineritas +10 mV/ ºC. ·

3. Akurasi 0,5 ºC pada suhu ruang. ·

4. Range +2 ºC – 150 ºC. ·

5. Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. ·

6. Arus yang mengalir kurang dari 60 μA

Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut:

- Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

- Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.

- Pada seri LM35

Vout = 10 mV/°C

Tiap perubahan 1°C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV

 

 Voltmeter DC

Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik. Susunannya paralel sesuai dengan lokasi komponen yang diukur. Ada tiga lempengan tembaga yang ada di dalamnya. Semua lempengan itu terpasang pada Bakelit yang sudah terangkai dalam sebuah tabung plastik maupun kaca. Lempengan luarnya dinamakan anode, sedangkan lempengan tengahnya dinamakan katode. Ukuran tabung yang dimaksud biasanya sekitar 15 x 10 cm (tinggi x diameter).

Voltmeter merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada di suatu rangkaian listrik. Biasanya, ketika Anda akan menggunakan alat ini, Anda akan menemukan tulisan milivolt (mV), voltmeter (V), mikrovolt, dan juga kilovolt (kV). 

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:
1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Diode Type	Pinouts	Symbol
Rectifier Diode
Zener Diode
Schottky Diode

*Dioda Schottky biasanya berukuran lebih besar dibandingkan dengan dioda penyearah dan memiliki ciri fisik yang sama

Karakteristik arus dan tegangan dioda

Di kuadran pertama dioda beroperasi dalam mode Forward Biased dan di kuadran ketiga dioda beroperasi dalam mode Reverse Biased dan Break Down. Sumbu X dari grafik menunjukkan tegangan melintasi dioda dan sumbu Y menunjukkan arus melalui Dioda. Selama mode bias maju dioda melewatkan arus hanya ketika tegangan yang melintasi dioda (VD) lebih besar dari 0.5V, ini adalah nilai tegangan maju Dioda untuk dioda silikon dan tegangan bisa sampai 0.7V seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas.

Selama Reverse bias, tegangan melintasi dioda berada dalam potensial negatif sehingga arus juga ditampilkan dalam arah negatif. Di sini dioda tidak melewatkan arus atau bernilai kecil mengalir melewatinya sampai tegangan rusaknya (VBD) tercapai.

 

   a. Rangkaian pengaman jemuran 

     Rangakaian pengaman jemuran ini adalah suatu rangkaian sederhana yang berfungsi untuk mengamankan jemuran dari hujan. rangkaian sederhana ini bekerja menggunakan sensor air sebagai trigger aktifnya rangkaian. Saat hujan turun, dan sensor aktif maka rangkaian akan bekerja. Rangkaian sensor akan mengaktifkan rangkaian mekanik yang berfungsi menggerakkan jemuran ke tempat yang lebih teduh. Rangkaian mekanik ini dijalankan oleh motor dc. Motor yang aktif saat sensor bekerja akan menarik emuran tempat jemuran ke tempat jemuran yang telah disediakan. konsep rangkaian mekanik ini hampir seperti tirai yang dapat ditaik ke arah maju dan mundur.

    b. Sensor air

        Sensor air berfungsi sebagai pengaktif rangkaian utama. Urutan aktifnya rangkaian dimulai dari air yang masuk ke sensor air sehingga sensor air aktif.  prinsip kerja dari sensor air seperti sepasang kawat yang mempunyai jarak ditengahnya. Apabila terdapat air tengahnya  maka sensor akan mengaktifkan rangkaian, karena air mempunyai sifat yang dapat menghantar arus listrik.

        Penempatan sensor air dalam penerapannya nanti haruslah ditempat yang sangat strategis. Harus dapat segera mendeteksi air hujan agar rangkaian dapat bekerja. karena setelah sensor mendeteksi air, rangkaian mekanik juga masih membutuhkan waktu untuk menarik pakaian ke tempat yang aman.

c. Karakteristik 

Diagram 1

Diagram 2

4. Prosedur Percobaan[Kembali]

      1)     Buka aplikasi proteus

2)     Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen  Battery,  Motor, transistor NPN, resistor,  switch,photodiode,arduino audio,kapasitor,dioda,op amp, IC 7085.

3)     Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

4)     Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5)     Jalankan simulasi rangkaia

5. Rangkaian[Kembali]

Prinsip kerja

 prinsip kerja rangkaian yaitu, jika terkena sensor cahaya maka hambatan pada sensor berubah menjadi lebih kecil dan tegangannya naik sehingga arus pada VCC mengalir melalui sensor lalu masuk pada non inverting, kemudian masuk pada rangkaian OP AMP atau pengkondisi sinyal yang menggunakan IC LM324 dan akan aktif ketika mendapat tegangan input positif, namun fungsi pengkondisi sinyal disini digunakan sebagai komparator atau pembanding tegangan maka disini dipasang trimpot sebagai pengatur tegangan yang masuk ke OP AMP. setelah itu tegangan keluaran dari OP AMP akan mengalir  melalui resistor 330 ohm dan akan menyalakan LED sebagai indikator, menggunakan resistor 330 ohm yaitu karena keluaran dari OP AMP sekitar 4,6 volt namun tegangan yang dibutuhkan LED agar menyala atau aktif yaitu 3 volt maka dipasanglah resistor 330 ohm. lalu tegangan akan mengalir ke driver dan mengaktifkan transistor TIP 41 yang bekerja bila ada bias positif lalu dapat menjalankan motor dc. Namun diberi inverter sebelum tegangan masuk ke driver transistor TIP 41 yaitu untuk membalikan cara kerja rangkaian sensor, agar driver dapat bekerja ketika sensor tidak mendapatkan cahaya. sebelum menuju ke motor dc dipasang limit switch sebagai saklar pembatas pada jemuran sampai pada tempat teduh sehingga menyetuh limit switch dan akan menghentikan motor. 

6. Video[Kembali]

7. Download[Kembali]

    Rangkaian klik disini

    Video klik disini

    Datasheet LM324 klik disini

    Datasheet Infrared klik disini

    Datasheet motor dc klik disini

    Datasheet resistor klik disini

    Datasheet Transistor klik disini

    Datasheet flame sensor klik disini

    Library flame sensor klik disini

    Datasheet LED klik disini

    Datasheet Battery klik disini

    Library infrared klik disini

    HTML klik disini