Rangkaian UTS per Mahasiswa - Pengaplikasian Sistem Keamanan Jalan untuk Daerah Pegunungan dengan Menggunakan Sensor LDR dan Sensor Sentuh

1. Tujuan

  • Untuk mengetahui prinsip kerja sensor LDR dan sensor Sentuh.
  • Untuk mengetahui cara mensimulasikan rangkaian dari Pengaplikasian Sistem Keamanan Jalan untuk Daerah Pegunungan dengan Menggunakan Sensor LDR dan Sensor Sentuh.
  • Untuk mengetahui prinsip kerja pada rangkaian dari Pengaplikasian Sistem Keamanan Jalan untuk Daerah Pegunungan dengan Menggunakan Sensor LDR dan Sensor Sentuh.

2. Alat dan Bahan

    a. Alat

  • Ground

        b. Bahan

    • Resistor
    • Baterai 

    • LED

    • LDR


    • Transistor NPN

    • Buzzer

    • Sensor Sentuh / Touchpad

    • IC NE555

    • Kapasitor

3. Dasar Teori

  • Baterai
Simbol Baterai
Baterai adalah sebuah benda yang bisa merubah energi kimia menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkannya yaitu listrik searah atau DC. Satuan yang digunakan pada baterai yaitu Volt (V). Cara mengukurnya dengan alat ukur multimeter analog ataupun digital. 



  • LED

Simbol LED

    Light Emitting Diode atau yang sering disingkat LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED terbuat dari bahan semi konduktor yang merupakan keluarga dioda. LED dapat memancarkan berbagai warna, tergantung dari bahan semikonduktor yang digunakan. LED juga dapat memancarkan cahaya inframerah yang tak tampat, seperti pada remote TV.
    Cara kerja dari LED hampir sama dengan keluarga dioda yang memiliki dua kutub, yaitu Kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias foward) dari Anoda ke Katoda. LED sendiri terdiri atas sebuah chip semikonduktor yang didopping, sehingga menciptakan junction antara kutub P dan kutub N. Proses dopping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan impurity / ketidakmampuan pada semikonduktr yang murni, sehingga dapat emnghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan.


  • LDR

Simbol LDR

Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light-dependent resistor (LDR), atau fotokonduktor.

Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi yang tidak dilindungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan lubangnya) akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.

Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. Cara mengukur hambatan pada LDR yaitu alat ukur multimeter dengan fungsi pengukuran ohm (). 


Struktur/Konstruksi fisik Komponen LDR

Cara kerja LDR dilihat dari struktur fisiknya

Cara kerja LDR dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. LDR akan menghambat aliran arus listrik apabila pada tidak ada berkas cahaya yang mengenai permukaan atas LDR.

2. Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR kecil (sedikit), maka nilai resistansi LDR akan besar (RLDR = besar).

3. Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR besar (banyak), maka nilai resistansi LDR akan kecil (RLDR = kecil).


  • Resistor

Simbol Resistor

    Resistor berfungsi sebagai penghambat jumlah arus yang megalir masuk ke dalam suatu rangkaian. Satuan resistor adalah Ohm (). Cara mengukur resistor, yaitu menggunakan alat ukur multimeter analog/digital, dan membaca kode warna resistor.

    Resistor aksial biasanya menggunakan pola pita warna untuk menunjukkan resistansi. Resistor pasang-permukaan ditandas secara numerik jika cukup besar untuk dapat ditandai, biasanya resistor ukuran kecil yang sekarang digunakan terlalu kecil untuk dapat ditandai. Kemasan biasanya cokelat muda, cokelat, biru, atau hijau, walaupun begitu warna lain juga mungkin, seperti merah tua atau abu-abu.

Identifikasi empat pita adalah skema kode warna yang paling sering digunakan. Ini terdiri dari empat pita warna yang dicetak mengelilingi badan resistor. Dua pita pertama merupakan informasi dua digit harga resistansi, pita ketiga merupakan pengali (jumlah nol yang ditambahkan setelah dua digit resistansi) dan pita keempat merupakan toleransi harga resistansi. Kadang-kadang pita kelima menunjukkan koefisien suhu, tetapi ini harus dibedakan dengan sistem lima warna sejati yang menggunakan tiga digit resistansi.

Tabel Kode Warna Resistor

Sebagai contoh, hijau-biru-kuning-merah adalah 56 x 104Ω = 560 kΩ ± 2%. Deskripsi yang lebih mudah adalah: pita pertama, hijau, mempunyai harga 5 dan pita kedua, biru, mempunyai harga 6, dan keduanya dihitung sebagai 56. Pita ketiga, kuning, mempunyai harga 104, yang menambahkan empat nol di belakang 56, sedangkan pita keempat, merah, merupakan kode untuk toleransi ± 2%, memberikan nilai 560.000Ω pada keakuratan ± 2%.

    Resistor merupakan komponen elektrik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengantar tegangan listrik dan arus listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistensi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir. Seperti dalam rumus hukum ohm.

V= I x R

V: Tegangan Listrik (Volt)

I: Arus Listrik (Ampere)

R: Hambatan Listrik (Ohm)

 

Rumus Rangkaian Seri pada Resistor:

Rtotal = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

 

Rumus Rangkaian Paralel pada Resitor:

1/Rtotal=1/R1+1/R2+1/R3+....+1/Rn


  • Transistor NPN

Simbol Transistor NPN
    Transistor adalah sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk penguat, sebagai sirkuit pemutus, sebagai penyambung, sebagai stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain-lain. Fungsi transistor juga sebagai kran listrik yang dimana berdasarkan tegangan inputnya, memungkinkan pengalihat listrik yang akurat yang berasal dari sumber listrik. NPN artinya tipe transistor yang bekerja atau mengalirkan arus negatif dengan positif sebagai biasnya. Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari emitor menuju ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus positif pada basisnya.

  • Buzzer

Simbol Buzzer
    Buzzer ialah sebuah komponen elektronika dengan fungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

    Buzzer yang sering ditemukan yaitu buzzer dengan jenis piezoelectric. Cara kerjanya menggunakan efek pizoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.


  • Sensor Sentuh / Touchpad

Simbol Sensor Sentuh
atau touchpad
    Touch Sensor atau Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor). Sensor sentuh terbsgi menjadi 2 jenis utama, yaitu sensor kapasitif dan sensor resitif. Sensor Kapasitif atau Capacitive Sensor bekerja dengan mengukur kapasitansi sedangkan sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya.

    1. Sensor Kapasitif

    Sensor Kapasitif memanfaatkan sifat konduktif alami pada tubuh manusia untuk mendeteksi perubahan layar sentuhnya. Layar sentuh sensor kapasitif ini terbuat dari bahan konduktif (biasanya Indium Tin Oxide atau disingkat dengan ITO) yang dilapisi oleh kaca tipis dan hanya bisa disentuh oleh jari manusia atau stylus khusus ataupun sarung khusus yang memiliki sifat konduktif.

        Saat jari menyentuh layar, terjadi perubahaan medan listrik pada layar sentuh tersebut dan kemudian di respon oleh processor untuk membaca pergerakan jari tangan tersebut. Jadi perlu diperhatikan bahwa sentuhan kita tidak akan di respon oleh layar sensor kapasitif ini apabila kita menggunakan bahan-bahan non-konduktif sebagai perantara jari tangan dan layar sentuh tersebut.

    2. Sensor Resistif

    Sensor sentuh resistif ini tidak tergantung pada sifat listrik yang terjadi pada konduktivitas pelat logam. Sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya. Karena tidak perlu mengukur perbedaan kapasitansi, sensor sentuh resistif ini dapat beroperasi pada bahan non-konduktif seperti pena, stylus atau jari di dalam sarung tangan.

    Prinsip kerjanya hampir sama dengan sebuah sakelar, pada saat film lapisan atas mendapatkan tekanan tertentu baik dengan jari maupun stylus, maka film lapisan atas akan bersentuhan dengan film lapisan bawah sehingga menimbulkan aliran listrik pada titik koordinat tertentu layar tersebut dan memberikan signal ke prosesor untuk melakukan proses selanjutnya. 


  • IC NE555

Simbol IC NE555
    IC timer 555 merupakan IC atau sirkuit terpadu (chip) yang digunakan dalam berbagai aplikasi pewaktuan, sumber pulsa gelombang, serta aplikasi osilator. Secara fisik IC 555 berbentuk DIP atau Dual inline Package dengan package 8 pin. Berikut ialah susunan dan konfigurasi kaki IC 555 yang berbentuk DIP 8 kaki.

1.     Kaki 1 (GND): Terminal Ground atau terminal negatif sumber tegangan DC.

2.   Kaki 2 (Trigger): Terminal Trigger (Pemicu), digunakan untuk memicu Output menjadi “High”, kondisi High akan terjadi apabila level tegangan pada kaki Trigger ini berubah dari High menuju ke < 1/3Vcc (Lebih kecil dari 1/3Vcc).

3.  Kaki 3 (OUT): Terminal Output (Keluaran) yang memiliki 2 keadaan yaitu “Tinggi/HIgh” dan “Rendah/Low”.

4.     Kaki 4 (RESET) : Terminal Reset. Apabila kaki 4 digroundkan, Output IC akan menjadi rendah dan menyebabkan perangkat ini menjadi OFF. Oleh karena itu, untuk memastikan IC dalam kondisi ON, Kaki 4 biasanya diberikan sinyal “High”.

5. Kaki 5 (CONT) : Terminal Control Voltage (Pengatur Tegangan), memberikan akses terhadap pembagi tegangan internal. Secara default, tegangan yang ditentukan adalah 2/3 Vcc.

6.  Kaki 6 (THRES) : Terminal Threshold, digunakan untuk membuat Output menjadi “Low”. Kondisi “Low” pada Output ini akan terjadi apabila Kaki 6 atau Kaki Threshold ini berubah dari Low menuju > 1/3Vcc (lebih besar dari 1/3Vcc).

7.    Kaki 7 (DIS) : Terminal Discharge. Pada saat Output “Low”, Impedansi kaki 7 adalah “Low”. Sedangkan pada saat Output “High”, Impedansi kaki 7 adalah “High”. Kaki Discharge ini biasanya dihubungkan dengan Kapasitor yang berfungsi sebagai penentu interval pewaktuan. Kapasitor akan mengisi dan membuang muatan seiring dengan impedansi pada kaki 7. Waktu pembuangan muatan inilah yang menentukan Interval Pewaktuan dari IC555.

8.  Kaki 8 (VCC) : Terminal Positif sumber tegangan DC (sekitar 4,5V atau 16V).


  • Kapasitor

Simbol Kapasitor

   Pengertian kapasitor ialah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tertentu atau komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Prinsip sebuah kapasitor pada umumnya sama halnya dengan resistor yang juga termasuk dalam kelompok komponen pasif, yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar. Kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini sering disebut sebagai bahan (zat) dielektrik. Kapasitansi adalah sifat listrik kapasitor dan merupakan ukuran kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik ke dua lempengnya dengan satuan kapasitansi menjadi Farad (disingkat F). Rumus kapasitor, yaitu:  

Keterangan:

Q= muatan (C / Coulomb) (I Coulomb 

C = kapasitas (F / Farrad)

V = Tegangan (V / Volt)



  • Ground

Simbol Ground

    Ground ialah sistem pentanahan yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus dari sambaran petir ke bumi. Cara pemasangannya yaitu menggunakan sebuah elektroda khusus untuk pembumian yang ditanam di bawah tanah.

4. Percobaan

    a. Prosedur Percobaan:

    1. Bukalah aplikasi proteus terlebih dahulu.
    2. Buka schematic capture, pilih bagian component mode (), dan pada bagian devices klik 'P'.
    3. Pastikan kategorinya berada pada all categories agar mudah dalam melakukan pencarian.
    4. Ketikkan semua nama bahan komponen yang dibutuhkan dalam rangkaian.
    5. Double klik komponen yang kita butuhkan agar komponen tersebut muncul dikolom Devices.
    6. Buka bagian Terminals mode ().
    7. Pilih terminal yang diperlukan.
    8. Setelah semua komponen didapatkan, letakkan komponen pada papan rangkaian.
    9. Rangkailah semua komponen sesuai prinsipnya.
    10. Klik play () pada bagian kiri bawah aplikasi untuk menjalankan rangkaian simulasi.
    11. Rangkaian pada sensor LDR akan mengeluarkan output LED yang menandakan bahwa sensor LDR tidak terkena cahaya. Dekatkan sensor LDR yang menandakan sensor LDR terkena cahaya dan output pada LED akan mati.
    12. Dekatkan sentuhan pada sensor sentuh yang menandakan bahwa sensor sentuh terkena benda dan mengeluarkan output pada buzzer.

    b. Rangkaian Simulasi

Foto rangkaian simulasi

Simulasi Rangkaian saat LDR terkena cahaya dan saat Sensor sentuh tidak terkena sentuhan

Prinsip kerja rangkaian simulasi

Rangkaian Simulasi saat sensor LDR tidak terkena cahaya dan sensor sentuh terkena sentuhan

    Aplikasi sistem kemanan jalan ini disusun oleh dua buah blok rangkaian elektronik, yaitu rangkaian lampu otomatis pembatas jurang dengan menggunakan LDR dan rangkaian alarm dengan menggunakan sensor sentuh. Rangkaian lampu otomatis pembatas jurang merupakan penerapan dari sensor cahaya yang akan hidup bila hari mulai gelap, lampu-lampu ini akan menjadi tanda pembatas jurang bagi para pengguna jalan didaerah pegunungan pada malam hari atau ketika hari mulai gelap sedangkan rangkaian alarm sensor sentuh merupakan aplikasi dari sensor sentuh yang apabila sensor tersebut mendapat sentuhan akan berbunyi. Hal ini dapat dianalogikan apabila ada kendaraan yang jatuh dari jurang dan menyentuh sensor tersebut maka alarm pada stasiun pemantauan akan berbunyi.

    Sensor LDR pada rangkaian berfungsi sebagai pendeteksi,ketika cahaya yang jatuh pada sensor tinggi hambatan LDR sekitar 1 kΩ, di dalam gelap hambatannya tinggi yaitu 10 MΩ. bila hambatan LDR jauh lebih rendah dari R2 hanya sebagian kecil saja tegangan yang diberikan oleh batere ke ujung-ujung kaki LDR. Hal ini tidak memungkinkan IC berkerja.dan blla hambatan LDR lebih tinggi dari R2 maka lampu akan menyala ataupun kita bias memilih speker sebagai media lain sebagai tanda.

    Sensor sentuh/touchpad pada rangkaian berfungsi sebagai pendeteksi, ketika sensor mendapatkan sentuhan pada titik touch maka alarm akan berbunyi.


    c. Video



Electricity LightningElectricity Lightning