Teknik Elektro: Rangkaian Anti Kebakaran Rumah (MQ-2, FLAME SENSOR)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Prosedur Percobaan

5. Prinsip Kerja Rangkaian

6. Vidio

7. Download

1. TUJUAN [KEMBALI]

Penulisan di blog ini bertujuan untuk:

· Dapat membuat dan mensimulasikan TUGAS SENSOR KIMIA berupa RANGKAIAN RUMAH ANTI KEBAKARAN menggunakan MQ-2, FLAME SENSOR.

· Dapat memahami TEORI dan PRINSIP KERJA dari RANGKAIAN RUMAH ANTI KEBAKARAN.

2. KOMPONEN [KEMBALI]

ALAT :

1. Voltmeter DC

Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik.

2. Baterai

Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.

Konfigurasi pin :

Spesifikasi :

3. Power supply

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.

Spesifikasi :

10k (2 buah)

20k (2 buah)

150 (2 buah)

5. Transistor BC548

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

Konfigurasi Pin :

Spesifikasi :

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V

4. Arus Base maksimal 5mA

6. 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. Push button

Push Button adalah saklar yang berupa tombol dan berfungsi sebagai pemutus atau penyambung arus listrik dari sumber arus ke beban listrik.

8. Sensor MQ-2

Gas Sensor (MQ2) adalah sensor yang berguna untuk mendeteksi kebocoran gas baik pada rumah maupun industri. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi H₂, LPG, CH₄, CO₂, Alkohol, Asap atau Propane. Karena sensitivitasnya yang tinggi dan waktu respon yang cepat, pengukuran dapat dilakukan dengan cepat.

Spesifikasi:

Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

1. Catu daya pemanas : 5V AC/DC

2. Catu daya rangkaian : 5VDC

3. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen

4. Keluaran : analog (perubahan tegangan)

Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V.

Konfigurasi pin dari sensor MQ-2 :

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.

3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.

4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

Grafik Karakteristik Sensitivitas

9. Flame Sensor

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

Konfigurasi pin :

Spesifikasi :

Grafik Sensor :

Komponen Output :

10. 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 :

11. Motor DC (Fan)

Motor DC digunakan sebagai actuator (output) dari rangkaian. Motor DC(Fan) ini berfungsi untuk mendingankan mesin yang melebihi suhu tertentu.

Konfigurasi Pin :

Pin 1 : Terminal 1

Pin 2: Terminal 2

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

Spesifikasi :

12. Led

LED berfungsi sebagai lampu indikator.

Datasheet LED

13. Buzzer

Bel atau penyuara bip adalah perangkat sinyal audio, yang mungkin mekanis, elektromekanis, atau piezoelektrik.

Konfigurasi Pin :

Spesifikasi :

14. 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.

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 :

15. Ground

Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.

3. DASAR TEORI [KEMBALI]

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.

3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

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.

Rumus transistor NPN:

Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor

Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor

Datasheet Transistor BC548 dan BC547

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.

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

Op Amp

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

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 :

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741.

Sensor MQ-2

Sensor jenis ini adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya.

Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke.

Sensor ini sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain.

Prinsip Kerja

Sensor Asap MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.

Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground), dan pin keluaran dari sensor tersebut.

Grafik Respon :

Flame Sensor

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

Deskripsi :

Dalam 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 :

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

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

Motor (FAN)

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator) dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

Push Button

Push-Button termasuk momentary-contact switch karena mengandalkan pegas untuk terjadi posisi tekan ataupun lepas.

Simbol

Terdapat dua konfigurasi pada Push-Button Switch (gambar 4.3) yaitu Normally open (NO) dan Normally Closed. Normally Open artinya switch akan tetap terbuka sampai di tekan, Normally Closed artinya pada kondisi tidak di tekan switch dalam keadaan tertutup jika ditekan baru akan terbuka.

Buzzer

Buzzer listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara.

Simbol

Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi kisaran 1-5 KHz hingga 100 KHz untuk aplikasi ultrasound. Tegangan operasional buzzer yang umumnya berkisar 3-12 V.

Cara Kerja Buzzer

Tegangan Listrik yang mengalir ke buzzer akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut akan diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh manusia.

Selenoid valve

4. PROSEDUR PERCOBAAN [KEMBALI]

1) Buka aplikasi proteus

2) Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen led, Battery, flame sensor, sensor MQ-2, OPAMP, Relay, Motor, transistor NPN, resistor, DC Fan, Selenoid Valve, opamp, buzzer

3) Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

4) Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5) Jalankan simulasi rangkaian.

5. PRINSIP KERJA RANGKAIAN [KEMBALI]

Saat flame sensor mendeteksi api (kebakaran)

Prinsip :

Saat flame sensor mendeteksi api (logika 1) maka tegangan pada output flame sensor sebesar 5V masuk ke pembagi tegangan R8 dan R9 dimana drop tegangan di R89 sebesar 0.79V atau lebih besar dari tegangan yang dibutuhkan untuk mengaktifkan VBE transistor Q2 sebesar 0.7V sehingga transistor on, dengan transistor on maka ada arus dari 5v supply melewati relay RL2 melewati kolektor Q2 melewati emitor Q2 lalu ke ground dengan adanya arus di relay maka switch dari relay akan bergerak ke kiri (on), yang menyebabkan terhubungnya arus dari supply ke LED, buzzer, dan selenoid valve lalu ke ground. Sehingga LED, buzzer, dan solenoid valve hidup.

Saat flame sensor tidak mendeteksi api, tetapi MQ2 mendeteksi gas atau asap

Prinsip :

Saat flame sensor tidak mendeteksi api (logika 0) maka tidak ada tegangan yang masuk ke pembagi tegangan R8 dan R9 sehingga tidak adanya tegangan di R89 menyebabkan tidak aktifnya transistor Q2 karena tidak ada tegangan untuk mengkatifkan VBE transistor Q2 sehingga transistor off, dengan transistor off maka arus dari 5v supply ke relay RL2 namun tertahan di kolektor Q2 sehingga relay off dan switch dari relay tetap di kanan (off).

Karena switch yang berada di kanan maka akan menghubungkan supply ke kipas angin lalu ke ground, sehingga kipas angin hidup dan ke kaki switch kiri RL1

Saat MQ2 mendeteksi gas atau asap (logika 1) maka tegangan pada output flame sensor sebesar 5V masuk ke pembagi tegangan R3 dan R4 dimana drop tegangan di R34 sebesar 0.79V atau lebih besar dari tegangan yang dibutuhkan untuk mengaktifkan VBE transistor Q1 sebesar 0.7V sehingga transistor on, dengan transistor on maka ada arus dari 5v supply melewati relay RL1 melewati kolektor Q1 melewati emitor Q1 lalu ke ground dengan adanya arus di relay maka switch dari relay akan bergerak ke kiri (on), .yang menyebabkan terhubungnya arus dari supply 12V (karena kondisi off pada relay flame sensor/switch RL2 di kanan) ke kipas penyedot udara dan ke resistor kemudian ke LED lalu ke ground. Sehingga LED dan kipas penyedot udara hidup.

Saat flame sensor tidak mendeteksi api dan MQ2 tidak mendeteksi gas atau asap

Prinsip :

Karena switch yang berada di kanan maka akan menghubungkan supply ke kipas angin lalu ke ground, sehingga kipas angin hidup dan ke kaki switch kiri RL1

Saat MQ2 tidak mendeteksi gas atau asap (logika 0) maka tidak ada tegangan yang masuk ke pembagi tegangan R3 dan R4 sehingga tidak adanya tegangan di R34 menyebabkan tidak aktifnya transistor Q1 karena tidak ada tegangan untuk mengkatifkan VBE transistor Q1 sehingga transistor off, dengan transistor off maka arus dari 5v supply ke relay RL1 namun tertahan di kolektor Q1 sehingga switch dari relay tetap berada di kanan (off). Karena switch yang berada di kanan maka penyedot tidak hidup.

6. Vidio [KEMBALI]