Tugas 8 - Rangkaian Kran Otomatis Menggunakan Sensor Sentuh, Sensor Air, dan sensor Suara

1. Tujuan [kembali]

  • Untuk mengetahui prinsip kerja sensor sentuh dan sensor air untuk kran otomatis.
  • Untuk mengetahui cara mensimulasikan rangkaian kran otomatis menggunakan sensor sentuh dan sensor air.
  • Untuk mengetahui prinsip kerja pada rangkaian pendeteksi kebakaran menggunakan sensor suhu.

2. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

    • Ground


    • DC Voltmeter

    • DC generator

    • Logicstate

    • Power Supply

B. Bahan [kembali]

    • Sensor Sentuh
Spesifikasi: 

- Konsumsi daya sangat sedikit 
- Tegangan: 2-5.5V DC (optimal 3v) 
- Dapat menggantikan fungsi tombol saklar 
- Dilengkapi 4 buah lubang baut M2 
- Ukuran: 24x24x7.2mm 
- Output high VOH: 0.8VCC (typical) 
-. Output low VOL: 0.3VCC (max)
    Ketika jari menyentuh bagian sensor, modul menghasilkan sinyal high.

a. Arus Output Pin Sink (@ VCC 3V, VOL 0.6V): 8mA b. Arus Output pin pull-up (@ VCC=3V, VOH=2.4V): 4mA c. Waktu respon (low power mode): max 220ms d. Waktu respon (touch mode): max 60ms

    • Sensor Suara
Spesifikasi:
1.    Voltage: 5V
2.    LED menyala menunjukkan sinyal keluaran.
3.    Tingkat output TTL.
4.    Keluaran Analog, dapat dihubungkan ke pin Analog dari mikrokontroller (ADC).
5.    Dilengkapi dioda perlindungan (untuk mencegah kekuasaan karena terbalik power suply)
6.    Bila suara mencapai batas yang ditetapkan oleh keluaran potensiometer rendah, on-board lampu LED.
7.    Tingkat output arus hingga 100mA, bisa langsung mendrive relay, buzzer, kipas angin kecil, dll
8.    Board dilengkapi dengan lubang sebesar 3mm dua buah untuk memudahkan instalasi sistem.

    • Resistor
Spesifikasi :
Resistance (Ohms)          : 220 V
Power (Watts)                     : 0,25 W, ¼ W
Tolerance                             : ± 5%
Packaging                           : Bulk
Composition                       : Carbon Film
Temperature Coefficient : 350ppm/°C
Lead Free Status               : Lead Free
RoHS Status                        : RoHs Complient

    • Transistor NPN
 A. Spesifikasi :
Transistor Type : NPN
Voltage – Collector Emitter Breakdown (Max) : 45 V
Current- Collector (Ic) (Max) : 100mA
Power – Max : 625 mW
DC Current Gain (hFE) (Min) @ Ic, Vce : 110 @ 2mA, 5V
Vce Saturation (Max) @ Ib Ic : 300mV, @ 5mA, 100mA
Frequency – Transition : 300MHz
Current- Collector Cutoff (Max) : -
Mounting Type : Through Hole
Package / Case : TO-226-3, TO-92-3 (TO-226AA) Formed Leads
Packaging : Tape & Box (TB
Lead Free Status : Lead Free
RoHs Status : RoHs Compliant

    • Dioda
Dioda (diode) yaitu komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan punya fungsi buat menghantarkan arus listrik ke satu arah, tapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

    • Buzzer
Spesifikasi:

1. Tegangan kerja: 3v-12v DC
2. Resistansi dalam: 16 ohm (16R)
3. Ukuran: dia 12mm, tebal 8.5mm (12085)
4. Kekuatan suara: 80-85 dB
5. Warna: Hitam
    • Relay

 A. Spesifikasi :

Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC
Trigger Current (Nominal current) : 70mA
Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC
Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC
Compact 5-pin configuration with plastic moulding
Operating time: 10msec Release time: 5msec
Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

B. Konfigurasi Pin



    • Baterai
Baterai digunakan pada rangkaian ini berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menjalankan rangkaian.

Spesifikasi Baterai:

Sistem Kimia: Zinc-Manganese Dioxide (Zn / MnO2)
Penunjukan: ANSI 1604A, IEC-6LF22 atau 6LR61
Tegangan Nominal: 9.0 volt
Suhu Operasi: -18 ° C hingga 55 ° C
Berat Khas: 45 gram
Volume Umum: 21 sentimeter kubik
Shelf Life: 5 tahun pada 21 ° C
Terminal: Jepretan Miniatur

Konfigurasi Pin:

    • LED

A. Spesifikasi :
 
* Superior weather resistance
* 5mm Round Standard Directivity
* UV Resistant Eproxy
* Forward Current (IF): 30mA
* Forward Voltage (VF): 1.8V to 2.4V
* Reverse Voltage: 5V
* Operating Temperature: -30℃ to +85℃
* Storage Temperature: -40℃ to +100℃
* Luminous Intensity: 20mcd 
 
B. Konfigurasi Pin :
 
* Pin 1 : Positive terminal of LED
* Pin 2 : Negative terminal of LED

    • Motor/Kran air
 
DC motor digunakan pada rangkaian ini untuk menggerakkan kran air/kran air hidup.

Spesifikasi:

Konfigurasi:

    • Sensor Air  Hujan / Rain Sensor
Spesifikasi:

Vin : DC 5V
Indikator power dan indikator basah
Output : Analog dan Digital
Nilai output tegangan saat kering = 5V. Semakin basah nilai output tegangan semakin berkurang
Dimensi board sensor : 5,4 cm x 4 cm
Dimensi board pengkondisi sinyal : 3 cm x 1,6 cm
Berat : 10 gr

    • Sensor Air / Water Sensor
Spesifikasi Water Sensor

1. Tegangan kerja: 5V
2. Bekerja Saat Ini: <20ma
3. Antarmuka: Analog
4. Lebar deteksi: 40mm × 16mm
5. Suhu Kerja: 10 ℃ ~ 30 ℃
6. Berat: 3g
7.  Ukuran: 65mm × 20mm × 8mm
8. Antarmuka yang kompatibel dengan Arduino
9. Konsumsi daya rendah
10. Sensitivitas tinggi
11. Sinyal tegangan keluaran: 0 ~ 4.2V

3. Dasar Teori [kembali]

  • Sensor Sentuh

Simbol Sensor Sentuh

    Touch Sensor atau Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor sentuh merupakan sebuah saklar yang cara penggunaanya dengan cara disentuh menggunakan jari karena tubuh manusia terdapat aliran listrik sehingga sensor ini dapat bekerja. Sensor ini mempunya 3 buah pin yaitu pin SIG (signal/data), GND dan VCC. 

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 entuh 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. 


  • 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 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*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 adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar). Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan sumber listriknya.

Rumus Transistor:

hFE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

hFE = arus yang dicapai

  • Dioda
Simbol Dioda

    Dioda ialah komponen elektronika aktif yang terdiri dari dua kutub dan fungsinya sebagai penyearah arus dan untuk menghantarkan listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Elektronika memilki dua terminal yaitu anoda berarti positif dan katoda berarti negatif. Prinsip kerja dari anoda berdasarkan teknologi pertemuan p-n (positif dan negatif) semikonduktor yaitu dapat menghantarkan arus litrik dari sisi tipe p (anoda) menuju sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak dapat menghantarkan arus ke arah sebaliknya (katoda ke anoda). Cara mengukur Dioda ialah dengan menggunakan multimeter baik itu digital maupun analog.



  • Relay

Simbol Relay
    Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.

Kapasitas Pengalihan Maksimum:

  • Baterai

Simbol
Baterai
Baterai (Battery) adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti handphone, laptop, dan maianan remote control menggunakan baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya baterai, sehingga tidak perlu menyambungkan kabel listrik ke terimanal untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Setiap baterai terdiri dari terminal positif (Katoda) dan terminal negatif (Anoda) serta elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output arus listrik dari baterai adalah arus searah atau disebut juga dengan arus DC (Direct Current). Pada umumnya, baterai terdiri dari 2 jenis utama yakni baterai primer yang hanya dapat sekali pakai (single use battery) dan baterai sekunder yang dapat diisi ulang (rechargeable battery).

  • 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 menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan.


  • Motor

Simbol Motor

Disini kita menanggap motor sebagai penggerak untuk menghiudpkan dan mematikan kran air.





  • 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 Air

Simbol Sensor Air
Sensor air adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya air atau tidak, yang dapat difungsikan  dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari – hari. Cara kerja dari sensor air adalah ketika sensor terkena air, maka jalur port dan dan jalur ground terhubung sehingga tidak ada tegangan karena port langsung terhubung langsung dengan ground. Sensor air berfungsi untuk memberikan nilai masukan pada tingkat elektrolisasi air, dimana panel sensor air akan tersentuh oleh air hujan yang turun dan karena air termasuk dalam golongan cairan elektrolit yang dimana cairan tersebut akan menghantarkan arus listrik.

Pada sensor air ini terdapat ic komparator yang dimana output dari sensor ini dapat berupa logika high dan low (on atau off). Serta pada modul sensor ini terdapat output yang berupa tegangan pula.

Dengan singkat kata, sensor ini dapat digunakan untuk memantau kondisi ada tidaknya air di lingkungan luar yang dimana output dari sensor ini dapat berupa sinyal analog maupun sinyal digital


  • Sensor Suara

Simbol Sensor Suara
    Berfungsi untuk mendeteksi suara dan juga dapat mengubah sinyal suara menjadi sinyal elektrik sehingga dapat diproses untuk penggunaan selanjutnya. Modul Sensor Suara FC-04 yang dapat mendeteksi intensitas suara sekeliling, mengidentifikasi keberadaan atau ketidakberadaan suara (berdasarkan prinsip getaran suara).


Catatan:

1. Modul sensor suara sensitif terhadap intensitas suara sekitar lingkungan.

2. Ketika intensitas suara lebih kecil dari nilai yang ditentukan, DO menghasilkan nilai tinggi. Ketika intensitas suara luar lebih besar dari nilai yang ditentukan, DO menghasilkan nilai rendah.

3. Port DO dapat dihubungkan secara langsung dengan microcontroller untuk mendeteksi nilai tinggi dan rendah, sehingga dapat mendeteksi suara sekitar.

4. Digital output DO pada modul dapat difungsikan langsung sebagai saklar yang diaktifasi oleh suara (voice-activated switch)




Tabel Jenis bunyi dan Kekerasan Bunyi

4. Percobaan [kembali]

    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. Saat di play, jika rangkaian simulasi sudah benar dan sesuai, maka akan muncul output motor bergerak dan LED menyala.

    b. Rangkaian Simulasi [kembali]

Foto rangkaian simulasi

Rangkaian saat tidak ada arus

Prinsip kerja rangkaian simulasi [kembali]

Rangkaian saat sensor sentuh terkena
rangsangan berupa sentuhan yang membuat
air kran otomatis hidup ditandai dengan
adanya Motor bergerak

Saat sensor sentuh disentuh atau berlogika 1, maka output sensor tersebut mengeluarkan tegangan sebesar 4,99 volt lalu diumpankan ke resistor 10k ohm sehingga tegangan pada kaki base transistor menjadi 0,77 volt. Hal ini membuat transistor aktif sehingga ada arus yang mengalir dari DC ke relay lalu ke kaki kolektor transistor Q3 lalu ke kaki emitor Q3 dan ke ground. Akibatnya relay aktif dan switch berpindah ke kiri. Hal itu membuat ada arus mengalir dari baterai B1 ke motor yang membuat motor menyala.


Rangkaian saat sensor air terkena rangsangan berupa air yang membuat buzzer menyala/berbunyi

Saat water sensor  mendeteksi air, maka output sensor tersebut mengeluarkan tegangan sebesar 4.99 volt lalu diumpankan ke resistor 10k ohm sehingga tegangan  pada kaki base transistor menjadi 0,77 volt. Hal ini membuat transistor aktif sehingga ada arus yang mengalir dari DC ke relay lalu ke kaki kolektor transistor Q4 lalu ke kaki emiter Q4 dan ke ground. Akibatnya relay aktif dan switch berpindah ke kiri. Hal itu membuat ada arus mengalir dari baterai ke Buzzer yang membuat membuat buzzer hidup. (Arus water sensor ilang timbul karena water sensor kemungkinan harus menggunakan arduino dan memakai potensiometer untuk mengatur tegangannya.)


Rangkaian saat sensor suara mendeteksi
adanya suara buzzer dan sensor suara
 mengeluarkan output LED menyala
Saat sensor suara mendeteksi suara atau berlogika 1, maka output sensor tersebut mengeluarkan tegangan sebesar 4,99 volt lalu diumpankan ke resistor 10k ohm  sehingga tegangan pada kaki base transistor menjadi 0,77 volt. Hal ini membuat transistor aktif sehingga ada arus yang mengalir dari DC ke relay lalu ke kaki kolektor transistor Q1 lalu ke kaki emitor Q1 dan ke ground. Akibatnya relay aktif dan switch berpindah. Hal itu membuat ada arus mengalir dari baterai B2 ke lampu yang membuat lampu menyala.


Saat sensor air mendeteksi air, maka motor/kran
akan mati begitu pula buzzer

Saat rain sensor mendeteksi air atau berlogika 1, maka output sensor tersebut mengeluarkan tegangan sebesar 4,99 volt lalu diumpankan ke resistor 10k ohm sehingga tegangan pada kaki base transistor menjadi 0,77 volt. Hal ini membuat transistor aktif sehingga ada arus yang mengalir dari DC ke relay lalu ke kaki kolektor transistor Q2 lalu ke kaki emitor Q2 terus ke relay dan ground. Akibatnya relay aktif dan switch berpindah ke kanan. Hal itu membuat ada arus terputus dari baterai B1 ke motor mati dan buzzer mati.

    c. Video [kembali]




Electricity LightningElectricity Lightning