1. TUJUAN [KEMBALI]
Penulisan di blog ini bertujuan untuk:
- Dapat membuat dan mensimulasikan TUGAS SENSOR TERMAL berupa RANGKAIAN PENDINGIN AIR OTOMATIS menggunakan NTC dan Infrared.
- Dapat memahami TEORI dan PRINSIP KERJA dari RANGKAIAN PENDINGIN AIR OTOMATIS.
2. KOMPONEN [KEMBALI]
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.
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 5mAKonfigurasi 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:
-
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
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 :
Konfigurasi Pin :
Grafik Respon :
LED berfungsi sebagai lampu indikator.
Datasheet LED
- Temperatur kerja: -50 C s/d +80 C
- Tegangan kerja: 12V (Max. 15V)
- Arus kerja: 6 Ampere (dapat operasi dibawah 6 A)
- Ukuran: 40x40x3.8 mm
- Tekanan saat pemasangan: max 98 N/cm2
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
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.
- Dioda
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.
*Dioda Schottky biasanya berukuran lebih besar dibandingkan dengan dioda penyearah dan memiliki ciri fisik yang sama
Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:
Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.
- 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.
Rumus transistor NPN:
- Pembagi Tegangan
- Motor DC
Cara kerja motor DC
- 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
- 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
- Peltier
- NTC
-
Infrared
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.
Konfigurasi pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah output (Out), Vs (VCC +5 volt DC), dan Ground (GND). Sensor penerima inframerah TSOP ( TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules ) memiliki fitur-fitur utama yaitu fotodiode dan penguat dalam satu chip, keluaran aktif rendah, konsumsi daya rendah, dan mendukung logika TTL dan CMOS. Detektor infra merah atau sensor inframerah jenis TSOP (TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules) adalah penerima inframerah yang telah dilengkapi filter frekuensi 30-56 kHz, sehingga penerima langsung mengubah frekuensi tersebut menjadi logika 0 dan 1. Jika detektor inframerah (TSOP) menerima frekuensi carrier tersebut, maka pin keluarannya akan berlogika 0. Sebaliknya, jika tidak menerima frekuensi carrier tersebut, maka keluaran detektor inframerah (TSOP) akan berlogika 1.
- Relay
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swich 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.
- IC Op-Amp
Inverting Amplifier
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 :
- Penguat Non-inverting (Op Amp)
Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741.
4. PROSEDUR PERCOBAAN [KEMBALI]
1) Buka aplikasi proteus
2) Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen led, Battery, Infrared, NTC, OPAMP, Relay, Motor, transistor NPN, resistor, peltier, DC Fan
3) Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
4) Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
5) Jalankan simulasi rangkaian.
5. GAMBAR RANGKAIAN [KEMBALI]
Saat suhu pada NTC > 14 C dan IR sensor mendeteksi gelas yang mendekati |
Saat Gelas mendekati sensor (logika 1)
Saat Gelas mendekati sensor (logika 1) maka tegangan pada output IR sensor sebesar 5V masuk ke base transistor Q5 yang mana akan mengaktifkan VBE transistor Q5 (karena lebih besar dari tegangan yang dibutuhkan untuk mengaktifkan VBE transistor sebesar 0.76V). Karena aktifnya transistor maka arus dari supply ke relay kemudian ke kolektor Q5 lalu ke emitor Q5 selanjutnya ke ground dengan adanya arus di relay maka switch dari relay akan bergerak ke kiri (on).yang menyebabkan terhubungnya arus dari supply ke selenoid valve lalu ke ground. Sehingga solenoid valve hidup.
Saat Gelas tidak mendekati sensor (logika 0)
Saat Gelas tidak mendekati sensor (logika 0) maka tidak ada
tegangan pada output IR sensor sehingga transistor Q5 tidak aktif,
yang mengakibatkan arus dari supply ke relay namun tertahan di kolektor
Q5 sehingga relay off dan switch dari relay tetap berada di kanan (off). Karena switch
yang berada di kanan maka tidak rangkaian yang bekerja.
Prinsip Rangkaian Pendingin air (NTC) :
Saat Suhu > 14 C
Saat suhu pada NTC lebih besar dari 14 derajat celcius, maka tegangan output dari NTC akan akan di hambat lagi dengan R21 yang diantara NTC dan R21 ini menghasilkan dropdown tegangan sebesar > 0.15V,
lalu tegangan di antara NTC dan R21 diumpankan kekaki input non
inverting amplifier U1 yang akan menyebabkan tegangan output U1 5 kali
tegangan input U1, selanjutnya tegangan output U1 (> 0.76 V) akan
menjadi base transitor Q7, yang mana tegangan base Q7 mengaktifkan VBE
transistor Q7 (harus lebih besar / sama dengan 0,76 V) sehingga
transistor Q7 hidup, karena transistor Q7 hidup maka arus dari supply ke
relay RL10 ke kolektor Q7 ke emitor Q7 lalu ke ground, karena adanya
arus yang mengalir di relay maka relay RL21 ON. Akibat relay ON maka
switch akan berpindah ke kiri yang akan menghungkan kutup positif
baterai ke peltier dan DC fan lalu ke kutup negatif batrai, sehingga peltier dan DC fan hidup.
Saat Suhu < 15 C
Saat suhu pada NTC kecil dari 15 derajat celcius, maka tegangan output dari NTC akan di hambat lagi dengan R21 yang diantara NTC dan R21 ini menghasilkan dropdown tegangan sebesar < 0.14V, lalu tegangan di antara NTC dan R21 diumpankan kekaki input non inverting amplifier U1 yang akan menyebabkan tegangan output U1 5 kali tegangan input U1, selanjutnya tegangan output U1 (< 0.72 V) akan menjadi base transitor Q7, yang mana tegangan base Q7 tidak akan cukup untuk mengaktifkan VBE transistor Q7 (harus lebih besar / sama dengan 0,76 V) sehingga transistor Q7 mati, karena transistor Q7 mati maka arus dari supply ke relay RL21 tertahan di kolektor Q3 sehingga relay RL3 off. Akibat relay off maka switch tetap di kanan yang akan menghungkan kutup positif baterai ke resistor ke LED lalu ke kutup negatif batrai, sehingga LED hidup.
6. VIDEO [KEMBALI]
7. DOWNLOAD FILE [KEMBALI]
LIBRARY IR
HTML Pendingin Air dan Keran Otomatis (NTC dan Infrared)
[GAMBAR RANGKAIAN PENDINGIN OTOMATIS (NTC dan IR)]
[RANGKAIAN PENDINGIN AIR OTOMATIS (NTC dan IR)-PROTEUS]
[VIDEO SIMULASI PROTEUS]
[DATA SHEET TEC1-12706(PELTIER)]
[DATA SHEET NTC]
[DATA SHEET BC547]
[DATA SHEET OPAMP]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar