Aplikasi Encode dan Decoder

Alat Perkebunan Rumah Kaca

Menggunakan Flame Sensor, Pir Sensor dan Touch Sensor

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

   2.1. Alat

   2.2. Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

   4.1. Prosedur Percobaan

   4.2. Gambar Rangkaian

   4.3. Prinsip Kerja

   4.4. Video

   4.5. Download File

 

 

1. Tujuan[Daftar]

- Mengetahui dan memahami bagaimana prinsip kerja sensor

- Mengetahui dan memahami bagaimana prinsip kerja sensor PIR, Flame Sensor dan Touch Sensor

- Dapat mengaplikasikan sensor untuk Pertanian Rumah Kaca

 2. Alat dan Bahan[Daftar]

2.1 Alat[Daftar]

- Power Supply DC

- Voltmeter DC

Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.

 2.2 Bahan[Daftar]

- Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Pada rangkaian ini resistor juga berfungsi untuk mencari frekuensi pada IC.

Pin Out:

Spesifikasi:

 

- Transistor NPN
 

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

Konfigurasi Pin out:

Spesifikasi:

 - LED

 
LED ialah suatu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan dapat memancarkan cahaya apabila arus listrik melewatinya. LED (Ligth-Emitting Diode) memiliki fungsi utama dalam dunia elektronika sebagai indikator atau sinyal indikator/lampu indikator. Contohnya dapat kita jumpai pada rangkaian-rangkaian elektronika led digunakan sebagai indikator ON/OFF.

Spesifikasi:

 - 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.

- 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:

 

- Ground

Ground berarti sebuah titik referensi umum atau tegangan potensial sama dengan “tegangan nol”. Ground bersifat relatif, karena dapat memilih titik dimana saja dalam sirkuit untuk dijadikan ground untuk mereferensi semua tegangan dalam rangkaian.
Ground juga berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.
Sistem gronding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah memberikan perlindungan  pada seluruh sistem.

- Buzzer

Sebagai indikator penanda ada objek (motor/mobil) masuk kedalam garasi

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

a. Tegangan operasi 4-8V DC

b.Arus <30mA

c. Frekuensi Resonansi 2300Hz

- OpAmp

Operatinal amplifier atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah.

Konfigurasi  OpAmp:

Gelombang input dan output op amp:

 

- Sensor Touch

 

Sensor sentuh mendeteksi sentuhan atau jarak dekat tanpa mengandalkan kontak fisik. Sensor sentuh membuat jalan mereka ke banyak aplikasi seperti ponsel, remote control, panel kontrol, dll. Sensor sentuh saat ini dapat menggantikan tombol dan sakelar mekanis.

Spesifikasi:

Konfigurasi Pin:

Datasheet:

 

- Sensor Pir

Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu object.

Konfigurasi Pin Sensor PIR:

 Spesifikasi:

 
-Penggunaan catu daya 3.3 hingga 5 VDC; >3 mA
-Komunikasi: menggunakan keluaran bit tunggal high/low
-Suhu untuk beroperasi: 32 hingga 122 °F (0 to 50 °C)
-Dimensi : 1.27 x 0.96 x 1.0 in (32.2 x 24.3 x 25.4 mm)

Grafik Respon Sensor PIR: 

 

 

• Sensor Api
  

  Spesifikasi:

  Keluaran = Digital (D0)

  koneksi kerja: 3.3V hingga 5V

  Format keluaran: Keluaran digital (TINGGI/RENDAH)\

  Rentang deteksi panjang gelombang: 760nm hingga 1100nm

  Menggunakan komparator LM393

  Sudut deteksi: Sekitar 60 derajat, sangat sensitif terhadap spektrum nyala api

  Nyala api yang lebih ringan mendeteksi jarak 80cm

  Komparator yang baik, sinyalnya bersih, kemampuan mengemudi hebat, lebih dari 15Ma.

3. Dasar Teori[Daftar]

Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor 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

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Rumus dari Rangkaian paralel Resistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn 

Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

Berikut contoh cara menghitungnya :

Transistor NPN

Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide. Secara umum, Transistor dapat dibagi menjadi 2 kelompok Jenis yaitu Transistor Bipolar (BJT) dan Field Effect Transistor (FET).

Karakteristik dari masing-masing daerah operasi transistor tersebut dapat diringkas sebagai berikut:

•             Daerah Potong (cutoff):

Dioda Emiter diberi prategangan mundur. Akibatnya, tidak terjadi pergerakan elektron, sehingga arus Basis, IB = 0. Demikian juga, arus Kolektor, IC = 0, atau disebut ICEO (Arus Kolektor ke Emiter dengan harga arus Basis adalah 0).

•             Daerah Saturasi

Dioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda  Kolektor juga diberi prategangan maju. Akibatnya, arus Kolektor, IC, akan mencapai harga maksimum, tanpa bergantung kepada arus Basis, IB, dan βdc. Hal ini, menyebabkan Transistor menjadi komponen yang tidak dapat dikendalikan. Untuk menghindari daerah ini, Dioda Kolektor harus diberi prateganan mundur, dengan tegangan melebihi VCE(sat), yaitu tegangan yang menyebabkan Dioda Kolektor saturasi.

•             Daerah Aktif

Dioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda Kolektor diberi prategangan mundur. Terjadi sifat-sifat yang diinginkan, dimana:

                                                                                                    atau: 

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). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

 Cara kerja Relay:

  Setelah mengetahui pengertian serta fungsi dari relay, anda juga harus mengetahui cara kerja atau prinsip kerja dari relay. Namun sebelumnya anda perlu mengetahui bahwa pada sebuah relay terdapat 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar di bawah ini.

Kontak point relay terdiri dari 2 jenis yaitu:

1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi close (tertutup).
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berapa pada posisi open (terbuka)
   

 Berdasarkan gambar diatas, iron core(besi) yang dililitkan oleh kumparan coil berfungsi untuk mengendalikan iron core tersebut. Ketika kumparan coil di berikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet sehingga akan menarik Armature berpindah posisi yang awalnya NC(tertutup) ke posisi NO(terbuka) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi NO. Posisi Armature yang tadinya dalam kondisi CLOSE akan menjadi OPEN atau terhubung. Armature akan kembali keposisi CLOSE saat tidak dialiri listrik. Coil yang digunakan untuk menarik Contact Point ke posisi CLOSE umunnya hanyak membutuhkan arus llistrik yang relatif kecil.

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.

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)  

Rangkaian Dasar OP AMP

a. OP AMP Inverting

Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif.
  Vout = - (Rf / R1) Vin

b. OP AMP Non Inverting

Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa.

Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

Motor DC

 

Prinsip Kerja Motor DC

  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), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang). 

 

 Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika 0arus 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.

Led

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. LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. 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:

 

 Karakteristik:

 Sensor Pir

 

Diagram Sensor Pir:

PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.

Di dalam sensor PIR ini terdapat bagian-bagian yang mempunyai perannya masing-masing, yaitu Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator.

 Skematik:

 Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, 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. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yangterbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell. Sensor Magnetic Reed Switch

 

Sensor magnet adalah sensor yang mudah terpengaruh dan peka terhadap medan magnet kemudian memberikan perubahan kondisi output. Prinsip kerja Sensor magnet yaitu akan aktif ketika konduktor mempengaruhi medan magnet, sehingga magnet tersebut tertolak atau tertarik sesuai dengan pengaruh konduktor yang diberikan. 

Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.Sensor Magnet akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.
Sebuah sensor medan magnet langsung dapat merasakan medan magnet dari magnet permanen, elektromagnet, atau arus. Dalam merasakan kehadiran benda besi, magnet biasing sering digunakan. Magnet biasing magnetizes feromagnetik obyek seperti gigi gigi, dan sensor mendeteksi medan magnet gabungan dari magnet obyek dan magnet biasing. Sebuah magnet biasing ditempelkan ke sensor dalam posisi sedemikian rupa sehingga pengaruh langsung terhadap sensor minimal. Biasanya magnet biasing adalah dipasang di bagian atas sensor dengan sumbu tegak lurus magnet dengan sumbu sensitif dari sensor.

Reed switch adalah sensor yang berfungsi sebagai saklar aktif atau yang terhubung apabila di area jangkauannya terdapat medan magnet. Medan magnet yang cukup kuat jika melalui area sekitar reed switch, maka dua buah plat yang saling berdekatan tadi akan terhubung sehingga akan memberikan rangkaian tertutup bagi rangkaian yang dipasangkannya. Aplikasi umum dari reed switch adalah sebagai sensor otomotif, sensor keamanan, robotika, mainan, dan lain-lain.  

 

Prinsip Sensor Magnet : Sensor Magnet adalah berdasarkan Hukum Faraday dimana apabila sebuah penghantar memotong suatu medan magnet maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL)) atau Electromagnetic Force (Emf). Besaran Emf tersebut  adalah tergantung kepada kuat medan magnet dan kecepatan pemotongan. Apabila Sensor tersebut menerima getaran maka batang magnet tersebut akan ikut bergetar dan medan magnet tersebut akan terpotong-potong oleh gulungan kawat sehingga kedua ujung gulungan kawat tersebut akan menimbulkan tegangan.

Grafik Respon:

4. Percobaan[Daftar]

4.1. Prosedur Percobaan[Daftar] 

- Siapkan alat dan bahan yang diperlukan

- Disarankan untuk membaca datasheet setiap komponen terlebih dahulu

- Pasang 1 buah touch sensor, 1 buah sensor PIR dan 1 buah falme sensor, resistor, transistor , baterai, relay, buzzer, lamp, led, dan power suply sesuai gambar   rangkaian dibawah

- Coba dijalankan rangkaian apabila ouput hidup (led, lamp, buzzer) maka rangkaian bisa digunakan  

 

4.2. Gambar Rangkaian[Daftar] 

Kondisi kadaan alat dalam keadaan mati

 

Kondisi ketika alat dalam keadaan aktif 

 4.3. Prinsip Kerja[Daftar]

Rangkaian ini menggunakan falme semsor, pir sensor dan touch sensor yang mana dalam alat ini ada beberapa fungsi dimana falme sensor berfungsi sebagai pendeteksi api ketika terjadinya kebakaran di dalam rumah kaca, kemudian toush sensor berfungsi untuk menyiram tanaman dimana sang petani hanya mengaktifkan touch sensor ketika mau menyiram tanaman dan yang terakhir ada pir sensor yang berfungsi untuk mendeteksi maling yang ingin mengampil hasil didalam rumah kaca

Pada rangkaian saat pir sensor dihubungkan ke IC74147 dimana IC tersebut merupakan Encoder. Pada saat pir sensor berlogika 0, menandakan tidak ada maling yang memasuki Rumah kaca. saat pir sensor berlogika 1 maka terdapat input berlogika 1 untuk masuk ke sensor, akan tetapi karena disesuaikan dengan IC membutuhkan logika 0 untuk sebagai inputnya, maka pada logicstate dan sensor pir diberi gerbang logika NOT. Lalu saat pir sensor berlogika 1 maka output LED dan buzzer akan aktif sebagai penanda masuk nya maling.

Pada touch sensor berlogika 0, maka berarti waktu penyiraman belum dilakukan . Lalu pada saat touch berlogika 1, maka terdapat input dari rain sensor sehingga diteruskan pada IC 74154 sebagai decoder pada rangkaian. sehingga input diperlukan 1 saja menghasilkan beberapa output sehingga pada rangkaian tersebut motor aktif sebagai mengaktifkan saluran air untuk menyiram tanaman pada kebun rumah kaca tersebut.

Flame Sensor yang terletak paling atas sebelah kiri itu berfungsi sebagai mendeteksi terjadinnya kebakaran didalam ruangan. Yang mana ketika terjadinnya kebakaran maka Flame Sensor akan berlogika 1 HIGH lalu outputnya di hubungkan ke salah satu kaki inputan gerbang logika OR, maka sesuai dengan ketentuan gerbang logika OR, jika salah satu kaki inputan gerbang OR atau keduanya berlogika 1 HIGH maka keluaran logika gerbang logika OR akan berlogika 1 HIGH. Lalu di teruskan ke clock JK flipflop yang mana clock JK flipflop disini aktif tinggi. Pada JK flipflop, kaki J dan K nya dihubungkan ke VCC yang mana akan berlogika 1 HIGH. Sehingga sesuai dengan prinsip dari JK flipflop, apabila kaki J dan K berlogika 1 HIGH, serta  clocknya disini terinput logika 1 HIGH, maka keluaran dari JK flipflop disini yang akan aktif atau berlogika 1 HIGH adalah output Q. Sedangkan pada -Q akan berlogika 0 LOW. Keluaran dari -Q dihubungkan ke inverter sehingga terjadi pembalikan logika menjadi berlogika 1 HIGH lalu diterus kan ke kaki inputan A pada BCD decoder sehingga membentuk kode biner 0001 yang mana outputannya pada seven segmen akan menunjukkan angka 1 yang mana menandakan adanya terjadi kebakaran didalam ruangan. 

 
4.4. Video[Daftar]
 

4.5. Download File[Daftar]

Video: disini

File rangkaian: disini

Html & materi: disini

Datasheet resistor: disini

Datasheet transistor npn: disini

Datasheet op-amp: disini

Datasheet relay: disini

Datasheet buzzer: disini

Datasheet Led: disini

Datasheet Magnetic Reed Switch: disini

Datasheet Pir: disini 

Datasheet Flame Sensor disini

Library Sensor Pir: disini

 Library Touch Sensor disini