1. TUJUAN [Kembali]
penulisan blog ini bertujuan untuk :
· Dapat membuat dan mensimulasikan TUGAS SENSOR MEKANIS berupa RANGKAIAN PEMBERSIH TOILET OTOMATIS menggunakan GP2D120 dan Sensor PIR.
· Dapat memahami TEORI dan PRINSIP KERJA dari RANGKAIAN PEMBERSIH TOILET OTOMATIS.
2. ALAT DAN BAHAN [Kembali]
Alat :
1. Voltmeter DC
Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik.
Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.
Power supply atau catu daya adalah suatu alt listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik maupun elektronika lainnya.
Bahan :
4. Resistor
Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika. Cara menghitung nilai dari resistor yaitu dengan melihat warna pita dari resistor tersebut. Umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.
5. Transistor BC548
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.
Spesifikasi
1. DC current gain maksimal 800
2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V
4. Arus Base maksimal 5mA6. IC OP-AMP
Berfungsi sebagai penguat tegangan pada rangkaian.
Konfigurasi pin
1. Pin1 & Pin5 (Offset N1 & N2) : Pin untuk mengatur tegangan offset jika perlu
2. Pin2 (IN-) : Pin inverting dari Op Amp
3. Pin3 (IN +) : Pin Non inverting Op Amp
4. Pin4 (Vcc-) : Pin ini terhubung ke ground jika tidak rel negatif
5. Pin6 (Output) : Output daya pin Op-amp
6. Pin7 (Vcc +) : Pin ini terhubung ke + ve rail dari supply tegangan
7. Pin8 (NC) : Tidak ada koneksi
Spesifikasi:
Komponen Input :
7. Sensor PIR
Sensor PIR atau disebut juga dengan Passive Infra Red merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu object.
Konfigurasi Pin :
1. Vin : DC 5V 9V.
2. Radius : 180 derajat.
3. Jarak deteksi : 5 7 meter.
4. Output : Digital TTL.
5. Memiliki setting sensitivitas.
6. Memiliki setting time delay.
7. Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.
8. Berat : 10 gr.
8. Sensor GP2D120
Berfungsi untuk mendeteksi jarak antara 10 cm sampai 80 cm.
Berfungsi untuk sensor pendeteksi jarak menggunakan prinsip infrared
Spesifikasi :
• Analog output
• Effective range: 4 to 30 cm
• Typical response time: 39 ms
• Typical start up delay: 44 ms
• Average Current Consumption: 33 mA
Grafik :
Komponen Output :
9. Motor dc
untuk dapat merubah arus listrik menjadi energi gerak.
Konfigurasi Pin :
Grafik Respon :
10. Led
LED berfungsi sebagai lampu indikator.
Datasheet LED
11. 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).
Konfigurasi Pin :
Spesifikasi:
Datasheet Relay :
12. Selenoid Valve
Tugas dari solenoid valve dalah untuk mematikan, release, dose, distribute atau mix fluids.
Spesifikasi :
Material: Metal + plastik
Variasi Voltage: AC 220V DAN AC/DC 12V (Optional)
Ukuran Inlet and outlet: 1/2 inchi
Operation mode: normally closed
Kegunaan: air dan fluida viskositas rendah
Komponen Lainnya :
13. Ground
Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.
3. DASAR TEORI [Kembali]
- Sensor PIR
Sensor PIR itu sendiri memiliki dua slot di dalamnya,
masing-masing slot terbuat dari bahan khusus yang sensitif terhadap IR.
Ketika sensor dalam keadaan idle, kedua slot mendeteksi jumlah IR yang
sama, jumlah sekitar terpancar dari ruangan atau dinding atau di luar
ruangan. Ketika tubuh hangat seperti manusia atau hewan lewat, ia
pertama-tama memotong setengah dari sensor PIR, yang menyebabkan
perubahan diferensial positif antara kedua bagian. Ketika tubuh hangat
meninggalkan daerah penginderaan, kebalikannya terjadi, di mana sensor
menghasilkan perubahan diferensial negatif. Pulsa perubahan inilah yang
terdeteksi.
Fitur:
1. Tegangan 5V-20V
2. Konsumsi arus 65mA
3. Waktu delay dapat disesuaikan (0.3-5min)
4. Waktu penguncian 0.2 detik
5. Metode trigger; L-nonaktifkan trigger berulang; H aktifkan trigger berulang
6. Jangkauan kurang dari 120 derajat, 7 meter
7. Temperatur -15°C hingga 70°C
Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
a. Lensa Fresnel
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.
b. 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.
c. Pyroelectric Sensor
Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32˚C, 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.
d. Amplifier
Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.
e. Komparator
Setelah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh komparator sehingga mengahasilkan output.
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.
Grafik Respon :
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.
- Resistor
Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V = I.R ).
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.
- Transistor
Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.
1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.
Selain itu, 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.
Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor
Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor
- Pembagi Tegangan
Pembagi Tegangan adalah suatu rangkaian sederhana yang mengubah tegangan besar menjadi tegangan yang lebih kecil. Fungsi dari Pembagi Tegangan ini di Rangkaian Elektronika adalah untuk membagi Tegangan Input menjadi satu atau beberapa Tegangan Output yang diperlukan oleh Komponen lainnya didalam Rangkaian. Hanya dengan menggunakan dua buah Resistor atau lebih dan Tegangan Input, kita telah mampu membuat sebuah rangkaian pembagi tegangan yang sederhana.Pada dasarnya, Rangkaian Pembagi Tegangan terdiri dari dua buah resistor yang dirangkai secara Seri.
- LED
Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
Tegangan Maju LED
- Sensor GP2D120
GP2D120 adalah sensor jarak analog yang
menggunakan infrared untuk mendeteksi jarak antara 4 cm sampai 30 cm. GP2D120
mengeluarkan output voltase non-linear dalam hubungannya dengan jarak objek
dari sensor dan menggunakan interface analog to digital converter (ADC).
Untuk itu, perlu dilakukan linierisasi, agar tegangan output sensor berbanding lurus dengan jarak hasil pengukuran.
Merujuk pada datasheet GP2D120, disebutkan persamaan interpolasi V = 1 / ( R + 0.42 ), dimana V adalah tegangan output sensor dan R adalah jarak hasil pengukuran.
- Selenoid Valve
Prinsip kerja dari solenoid valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston bertekanan yang berasal dari supply (service unit), pada umumnya solenoid valve pneumatic ini mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC4. Percobaan
- Relay
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring
Gambar dari bagian-bagian relay
Terdapat besi atau yang disebut dengan nama iron core dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga ketika kumparan coil diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik armature untuk pindah posisi dari normally close ke normally open. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru normally open yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normally close.
Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit
- Baterai
Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.
Prinsip operasi
Baterai mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit.
- Op Amp
Inverting Amplifier
NonInverting
Komparator
Adder
Rangkaian dasar Op Amp
*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt
Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)
Bentuk Gelombang :
4. PROSEDUR PERCOBAAN [Kembali]
1) Buka aplikasi proteus
2) Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen led green, Battery, GP2D120, Sensor PIR, OPAMP, Relay, Motor, transistor NPN, resistor
3) Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
4) Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
5) Jalankan simulasi rangkaian.
5. PRINSIP KERJA RANGKAIAN [Kembali]
Apabila jarak yang terdeteksi pada sensor ≤ 10 cm maka sensor akan mengeluarkan tegangan 1,28 V, lalu tegangan
akan dibagi oleh R1 dan R6 lalu dropdown tegangan di R61 sebesar 0,213 V akan
menjadi inputan penguat non inverting amplifier yang tegangan input akan
dikuatkan sebanyak 8 kali sehingga tegangan output opamp menjadi sebesar 1,71 V lalu
dihambat oleh R2 yang membuat tegangan menjadi 0,76 V yang selanjutnya menjadi
basis transistor yang akan mengaktifkan VBE Q2, karena transistor on maka arus
dari supply akan mengalir ke relay lalu ke kolektor Q2 lalu ke emitor Q2 lalu
ke groud, karena ada arus yang mengalir ke relay maka switch dari relay akan berpindah ke kiri (on).
Prinsip PIR :
Apabila jarak yang terdeteksi pada sensor ≥ 11 cm maka sensor akan mengeluarkan tegangan 1,17 V, lalu tegangan
akan dibagi oleh R1 dan R6 lalu dropdown tegangan di R61 sebesar 0,195 V akan
menjadi inputan penguat non inverting amplifier yang tegangan input akan
dikuatkan sebanyak 8 kali sehingga tegangan output opamp menjadi sebesar 1,56 V lalu
dihambat oleh R2 yang membuat tegangan menjadi 0,75 V yang selanjutnya menjadi
basis transistor yang tidak cukup untuk mengaktifkan VBE Q2 (0,76V), karena
transistor off maka arus dari supply ke relay lalu tertahan di kolektor Q2,
karena tidak ada arus yang mengalir ke relay maka relay off, yang membuat
switch tetap di kanan yang akan memutus hubungan dari battery ke led dan
solenoid valve, sehingga led dan solenoid valve mati.
6. Vidio [Kembali]
7. Download [Kembali]
DATASHEET OPAMP
[DATA SHEET BC547]
[DATA SHEET RELAY 5V]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar