DISPENSER OTOMATIS

[menuju akhir]
DAFTAR ISI
4. Dasar Teori
    a) Prosedur percobaan
    b) Rangkaian simulasi dan prinsip kerja
    c) Video simulasi

1. Pendahuluan [kembali]

    Dalam era modern saat ini, kebutuhan akan otomatisasi semakin meningkat, termasuk dalam penggunaan dispenser otomatis. Dispenser otomatis adalah alat yang dirancang untuk mengeluarkan cairan atau bahan tertentu secara otomatis tanpa memerlukan interaksi langsung dari pengguna. Hal ini tidak hanya meningkatkan efisiensi, tetapi juga kebersihan dan higienitas, terutama dalam lingkungan yang memerlukan standar kebersihan tinggi seperti rumah sakit, laboratorium, dan restoran.
    Dispenser otomatis yang dirancang dalam proyek ini bertujuan untuk mengeluarkan cairan secara otomatis berdasarkan sensor yang mendeteksi keberadaan tangan atau objek lainnya. Mikrokontroler digunakan sebagai pengendali utama yang memproses sinyal dari sensor dan mengaktifkan aktuator (seperti pompa atau katup) untuk mengeluarkan cairan. Rangkaian ini juga dilengkapi dengan fitur-fitur tambahan seperti indikator level cairan, sistem pengisian otomatis, dan pengaturan volume cairan yang dikeluarkan.
    Proyek ini memberikan solusi praktis untuk kebutuhan otomatisasi dispenser serta pengalaman berharga dalam merancang dan mengimplementasikan rangkaian elektronik. Harapannya, proyek ini dapat menjadi referensi bagi pengembangan sistem otomatis lainnya yang lebih kompleks dan canggih di masa depan. 


2. Tujuan [kembali]

  a. Membuat rangkaian sederhana untuk dispenser otomatis

  b. Memahami dan mengetahui cara kerja dari rangkaian dispenser otomatis

3. Alat dan Bahan [kembali]

  • Alat
    a. DC Voltmeter 



    DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

    b. DC Amperemeter 





        Amperemeter atau ampermeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran arus listrik dalam suatu rangkaian. Satuan arus listrik yang diukur oleh amperemeter adalah ampere (A).

       c. Power Suply DC



        Power supply DC adalah perangkat yang mengubah tegangan AC dari sumber listrik utama menjadi tegangan DC yang stabil, yang digunakan untuk memberi daya pada berbagai perangkat elektronik.

  • Bahan

        a.  Resistor


        Resistor adalah komponen dasar  elektronika  yang berfungsi menghambat/membatasi jumlah arus input atau arus yang mengalir masuk ke dalam satu rangkaian, dimana kemampuan resistor dalam membatasi arus masuk sesuai dengan spesifikasi resistor tersebut. Sesuai  dengan  namanya  resistor  bersifat  resistif  dan umumnya  terbuat dari bahan karbon.

        b.  LED 
        
            
            Light-Emitting Diode atau LED adalah perangkat semikonduktor yang menghasilkan cahaya saat arus listrik mengalir melaluinya. LED bekerja berdasarkan fenomena elektroluminesensi, di mana elektron-elektron dalam bahan semikonduktor berenergi tinggi (dalam pita konduksi) jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah (pita valensi), dan melepaskan energi berlebih dalam bentuk foton (cahaya)​         
 

        c. Transistor NPN
            

            Pada transistor NPN, kaki basis memiliki kutub positif dan bersinggungan langsung dengan sumber listrik atau baterai. Sedangkan kaki emitor memiliki kutub negatif karena berhubungan langsung dengan massa. Kutub negatif juga ditemukan pada kaki kolektor yang menghubungkan massa di rangkaian listrik.

            1.       Bi-Polar NPN Transistor

2.       DC Current Gain (hFE) is 800 maximum

3.       Continuous Collector current (IC) is 500mA

4.       Emitter Base Voltage (VBE) is 5V

5.       Base Current(IB) is 5mA maximum

            6.       Available in To-92 Package
        
        
        d.  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,  Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

        e. Op-amp
            

            Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.

        f. Dioda
            
            Dioda adalah komponen pasif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Saat ini bahan semikonduktor pembuat dioda adalah semikonduktor silikon dan germanium. Semikonduktor bahan silikon merupakan bahan yang paling banyak digunakan pada jenis dan tipe dioda karena silikon menawarkan beberapa kelebihan seperti kinerja yang tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah. Biasanya tegangan jatuh dioda berbahan silikon berkisar 0,7 Volt.

        g. Motor
            
            Merupakan piranti elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. pada motor DC terdapat 2 Input yang jika diberikan input yang berbeda maka motor akan berputar CCW atau CW tergantung pada inputan yang dimasukan dan jika diberikan dua input dengan nilai sama maka motor dc akan berhenti. maksud nilai disini adalah HIGH atau LOW, jadi :

                HIGH HIGH = motor tidak berputar

                HIGH LOW = motor berputar

                LOW LOW = motor tidak berputar

                LOW HIGH = motor berputar


        h. Logicstate

            

            
       Gerbang logika atau logic gate adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.


        i. Sensor PIR

            


               Passive Infrared Receiver atau disebut juga dengan Sensor PIR adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu objek. Sesuai dengan namanya sensor PIR bersifat pasif yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR adalah alat yang dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek. 


·       Wide range on input voltage varying from 4.V to 12V (+5V recommended)

·       Output voltage is High/Low (3.3V TTL)

·       Can distinguish between object movement and human movement

·       Has to operating modes - Repeatable(H) and Non- Repeatable(H)

·       Cover distance of about 120° and 7 meters

·       Low power consumption of 65mA

·       Operating temperature from -20° to +80° Celsius


        j. Sensor infrared



            Sensor inframerah adalah jenis sensor cahaya yang digunakan untuk mengenali cahaya inframerah. Bahan baku pembuatannya ialah material piroelektrik dan material sensor foton. Fungsi utama dari sensor inframerah ialah media komunikasi bagi dua perangkat elektronik yang memuat sensor sebagai komponennya.

        k. Water Level Sensor



        
        Water level sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi dan memantau ketinggian air dalam suatu wadah atau tangki secara elektronik. Sensor ini mengubah tingkat air menjadi sinyal digital yang dapat dibaca oleh sistem elektronik

        l. Sensor Suhu
                
                Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dan dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian kontrol yang sangat mudah.

        m. Ground

    Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak-balik atau titik patokan (referensi) berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

        n. Sensor Magnet

    

        Sensor magnetic reed switch adalah perangkat elektronik yang menggunakan medan magnet untuk mengoperasikan sakelar di dalamnya. Sensor ini terdiri dari dua bilah logam feromagnetik yang terletak di dalam kapsul kaca hampa udara atau berisi gas inert. Dalam kondisi normal, bilah logam tersebut terpisah sehingga sirkuit listrik terbuka dan tidak ada aliran listrik. Ketika medan magnet didekatkan, bilah logam menjadi magnetik dan saling tertarik hingga bersentuhan, menutup sirkuit dan memungkinkan aliran listrik. Sensor magnetic reed switch banyak digunakan dalam aplikasi keamanan, otomasi industri, perangkat elektronik konsumen, dan transportasi karena kesederhanaan, keandalan, dan efisiensi energinya.           

4. Dasar Teori [kembali]


        a. Resistor
           

Simbol :
Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.



     









       b. Transistor NPN


        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-rumus transistor:
Spesifikasi :
    • Bi-Polar Transistor
    • DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
    • Continuous Collector current (IC) is 100mA
    • Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
    • Base Current(IB) is 5mA maximum

Konfigurasi Transistor
        Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

        Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

        Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

    FIXED BIAS 

        Rangkaian transistor NPN dengan fixed bias bekerja dengan mengatur arus dan tegangan melalui komponen-komponen seperti transistor NPN, resistor basis (RB), dan resistor kolektor (RC) yang terhubung ke sumber tegangan DC (VCC). Dalam rangkaian ini, basis transistor diberi tegangan melalui RB, menciptakan tegangan basis-emitor (VBE) sekitar 0.7V, sehingga transistor berada dalam kondisi aktif. Arus basis (IB) yang mengalir ditentukan oleh VCC dan RB. Arus kolektor (IC) diperbesar oleh faktor penguatan arus transistor (β), sehingga IC = β * IB. Tegangan kolektor-emitor (VCE) dihitung dengan mengurangkan tegangan jatuh pada RC dari VCC, yaitu VCE = VCC - IC * RC. Transistor dapat beroperasi dalam kondisi aktif (menguatkan sinyal), saturasi (sakelar tertutup), atau cut-off (sakelar terbuka), tergantung pada arus basisnya. Rangkaian ini sederhana namun memiliki stabilitas termal yang buruk dan kurang cocok untuk aplikasi yang memerlukan penguatan tinggi dan stabilitas baik.

    SELF BIAS

        Rangkaian transistor NPN dengan self bias menggunakan resistor emitor (RE) untuk memberikan stabilisasi termal dan pengaturan otomatis dari titik kerja transistor. Dalam konfigurasi ini, kolektor transistor terhubung ke sumber tegangan (VCC) melalui resistor kolektor (RC), basis terhubung ke VCC melalui resistor basis (RB), dan emitor terhubung ke ground melalui resistor emitor (RE). Tegangan VCC mengalir melalui RB untuk memberikan tegangan pada basis transistor, menciptakan tegangan basis-emitor (VBE) sekitar 0.7V untuk kondisi aktif. Arus basis (IB) mengalir melalui RB, dan arus emitor (IE) hampir sama dengan arus kolektor (IC), yang diperbesar oleh faktor penguatan arus transistor (β). Tegangan emitor (VE) yang dihasilkan oleh arus emitor melalui RE memberikan umpan balik negatif yang membantu menstabilkan arus emitor dan kolektor. Tegangan kolektor-emitor (VCE) dihitung sebagai VCE = VCC - IC * RC - VE. Resistor emitor (RE) membantu menstabilkan arus kolektor dengan mengurangi VBE ketika suhu meningkat, sehingga memberikan stabilisasi termal yang baik. Rangkaian ini efektif dalam mempertahankan titik kerja transistor yang stabil meskipun terjadi perubahan suhu atau variasi dalam parameter transistor.

    EMITER STABILIZE

        Rangkaian transistor NPN dengan emiter stabilize bekerja dengan menggunakan resistor emitor (RE) untuk meningkatkan stabilitas termal dan memastikan titik kerja yang konsisten. Dalam rangkaian ini, kolektor transistor terhubung ke sumber tegangan (VCC) melalui resistor kolektor (RC), basis terhubung ke VCC melalui resistor basis (RB), dan emitor terhubung ke ground melalui resistor emitor (RE). Tegangan VCC mengalir melalui RB untuk memberikan tegangan pada basis transistor, menghasilkan tegangan basis-emitor (VBE) sekitar 0.7V, sehingga transistor berada dalam kondisi aktif. Arus basis (IB) yang mengalir melalui RB dikendalikan oleh VCC dan VE, di mana VE adalah tegangan pada emitor yang dihasilkan oleh arus emitor (IE) melalui RE. Arus kolektor (IC) yang diperbesar oleh faktor penguatan arus transistor (β) hampir sama dengan arus emitor (IE), karena IE = IC + IB. Tegangan kolektor-emitor (VCE) dihitung sebagai VCE = VCC - IC * RC - VE. Resistor emitor (RE) memberikan umpan balik negatif yang menstabilkan arus kolektor dengan mengurangi VBE ketika suhu meningkat, sehingga memberikan stabilisasi termal yang baik. Dengan demikian, rangkaian ini mampu mempertahankan titik kerja transistor yang stabil meskipun terjadi perubahan suhu atau variasi dalam parameter transistor.

 

        c.  Water Level Sensor

            Water level sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi dan memantau ketinggian air dalam suatu wadah atau tangki secara elektronik. Sensor ini mengubah tingkat air menjadi sinyal digital yang dapat dibaca oleh sistem elektronik. Sensor ini merupakan perangkat yang bisa mematikan atau mengobarkan pompa air secara otomatis andai air mulai berakhir atau sudah nyaris penuh.









       d. PIR Sensor

            Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar.


Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.

Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

1. Fresnel Lens

Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama. Namun kini, lensa Fresnel pada mobil telah ditiadakan diganti dengan lensa plain polikarbonat. Lensa Fresnel juga berguna dalam pembuatan film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi juga karena intensitas cahaya yang relative konstan diseluruh lebar berkas cahaya.

2. IR Filter

IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.

3. Pyroelectric Sensor

    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. Material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.
  • Grafik respon sensor PIR
1. Respon terhadap arah, jarak, dan kecepatan


    Pada grafik tersebut ; (a) Arah yang berbeda mengasilkan tegangan yang bermuatan berbeda ; (b) Semakin dekat jarak objek terhadap sensor PIR, maka semakin besar tegangan output yang dihasilkan ; (c) Semakin cepat objek bergerak, maka semakin cepat terdeteksi oleh sensor PIR karena infrared yang ditimbulkan dengan lebih cepat oleh objek semakin mudah dideteksi oleh PIR, namun semakin sedikit juga waktu yang dibutuhkan karena sudah diluar jangkauan sensor PIR.

2. Respon terhadap suhu 


Dari grafik, didapatkan bahwa suhu juga mempengaruhi seberapa jauh PIR dapat mendeteksi adanya infrared dimana semakin tinggi suhu disekitar maka semakin pendek jarak yang bisa diukur oleh PIR.

        e.  Infrared sensor

            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.

Prinsip Kerja Sensor Infrared




Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.



Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:



Grafik Respon Sensor Infrared:

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.

        f.  Sensor Suhu LM35

            Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.



Gambar 3.1. LM35

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC.

Karakteristik Sensor LM35 :
  • Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
  • Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 º.
  • Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
  • Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
  • Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
  • Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
  • Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
  • Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

    Keistimewaan dari IC LM 35 :
  • Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.
  • Lineritas +10 mV/ º C.
  • Arus yang mengalir kurang dari 60 μA
  • Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.
  • Range +2 º C – 150 º C.
  • Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.
  • Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

    Grafik Respon Sensor LM35

Jika dilihat pada grafik, ketika suhu semakin meningkat maka tegangan yang dihasilkan pun semakin besar, dimana setiap perubahan 1º C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV

        g. Sensor Magnet

        Sensor magnetic reed switch adalah perangkat elektronik yang menggunakan medan magnet untuk mengoperasikan sakelar di dalamnya. Sensor ini terdiri dari dua bilah logam feromagnetik yang terletak di dalam kapsul kaca hampa udara atau berisi gas inert. Dalam kondisi normal, bilah logam tersebut terpisah sehingga sirkuit listrik terbuka dan tidak ada aliran listrik. Ketika medan magnet didekatkan, bilah logam menjadi magnetik dan saling tertarik hingga bersentuhan, menutup sirkuit dan memungkinkan aliran listrik. Sensor magnetic reed switch banyak digunakan dalam aplikasi keamanan, otomasi industri, perangkat elektronik konsumen, dan transportasi karena kesederhanaan, keandalan, dan efisiensi energinya. 

Grafik Respon : 


        h. Op Amp LM741


        Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Karakteristik penguat ideal adalah:


  • Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
  • Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
  • Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Konfigurasi PIN LM741 : 
Spesifikasi:
 
Respons karakteristik kurva I-O:

    Voltage Follower
        Op-amp LM741 berfungsi sebagai voltage follower dengan menghasilkan keluaran yang identik dengan tegangan masukan. Dalam konfigurasi dasarnya, tegangan masukan (Vin) terhubung ke input inverting melalui sebuah resistor, sementara output op-amp dihubungkan kembali ke input inverting melalui resistor lainnya. Prinsip utama dari voltage follower ini terletak pada tingkat penguatan yang sangat tinggi dari op-amp, memungkinkan tegangan output (Vout) mengikuti tegangan masukan (Vin) dengan presisi tinggi. Dengan impedansi input yang tinggi dan impedansi output yang rendah, rangkaian ini cocok untuk aplikasi di mana isolasi beban dari sumber tegangan atau penghindaran penurunan tegangan akibat resistansi output yang tinggi diperlukan.

    Non-Inverting Amplifier
        Rangkaian non-inverting amplifier menggunakan op-amp LM741 berfungsi untuk menguatkan tegangan masukan tanpa membalikkan fase sinyal. Konfigurasi dasarnya melibatkan sambungan langsung tegangan masukan (Vin) ke input non-inverting (+) op-amp. Dua resistor digunakan dalam rangkaian ini: satu resistor menghubungkan input non-inverting ke output (Vout), sementara resistor lainnya terhubung antara input non-inverting dan ground. Op-amp LM741, dengan tingkat penguatan yang tinggi dan karakteristik fase output yang identik dengan fase input, menghasilkan tegangan output (Vout) yang diperkuat sesuai dengan rumus gain Av = 1 + Rf/Rin, di mana Rf adalah resistor dari output ke input non-inverting, dan Rin adalah resistor dari input non-inverting ke ground. Rangkaian ini berguna dalam aplikasi di mana kelestarian fase sinyal penting, seperti dalam sistem audio atau komunikasi.

    Detektor Ingverting
        Rangkaian detektor inverting menggunakan op-amp LM741 berfungsi untuk mengubah sinyal input menjadi bentuk yang dapat diukur atau diproses dengan cara yang terbalik terhadap polaritasnya. Konfigurasi dasarnya melibatkan penggunaan input inverting (–) op-amp sebagai titik masukan sinyal, di mana sebuah diode terhubung antara input inverting dan output (Vout). Diode ini mengizinkan arus mengalir ke ground melalui resistor feedback saat tegangan input (Vin) positif, memungkinkan op-amp untuk menguatkan sinyal. Ketika Vin negatif, diode menghambat arus balik, menghasilkan tegangan output yang lebih rendah. Rangkaian detektor inverting ini bermanfaat dalam aplikasi yang memerlukan identifikasi polaritas sinyal atau deteksi perubahan polaritas untuk pengendalian, pemrosesan sinyal, atau aplikasi sensor yang membutuhkan konversi sinyal untuk analisis lebih lanjut.

    Detektor Non-Inverting
        Rangkaian detektor non-inverting menggunakan op-amp LM741 berfungsi untuk mengubah sinyal input menjadi bentuk yang dapat diukur atau diproses tanpa membalikkan polaritasnya. Konfigurasi dasarnya melibatkan penggunaan input non-inverting (+) op-amp sebagai titik masukan sinyal, di mana sebuah diode terhubung antara input non-inverting dan output (Vout). Ketika tegangan input (Vin) positif, diode mengizinkan arus mengalir ke output melalui resistor feedback, memungkinkan op-amp untuk menguatkan sinyal dan menghasilkan tegangan output yang sesuai. Saat Vin negatif, diode menghambat arus balik, menghasilkan tegangan output yang lebih rendah atau mendekati nol, tergantung pada konfigurasi resistor dan karakteristik diode. Rangkaian ini bermanfaat dalam aplikasi yang memerlukan deteksi sinyal tanpa perubahan polaritas, seperti dalam sistem kontrol, pemrosesan sinyal, atau pengukuran sensor yang membutuhkan konversi sinyal untuk analisis lebih lanjut.

5. Percobaan [kembali]

   a. Prosedur percobaan :

  • Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
  • Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
  • Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
  • Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
  • Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka LED atau Motor akan hidup yang berarti rangkaian bekerja
        b. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja :


              
Dispenser Otomatis

              Dispenser otomatis yang memiliki fitur panas-dingin adalah perangkat yang dirancang untuk mengatur suhu air yang diambil pengguna. Sistem ini dilengkapi dengan sensor suhu yang secara otomatis mengukur suhu air dalam tangki dispenser. Ketika pengguna memilih air panas, dispenser ini akan mengaktifkan elemen pemanas untuk meningkatkan suhu air sesuai keinginan. Sebaliknya, jika pengguna memilih air dingin, dispenser akan mengaktifkan pendingin atau mengatur aliran air dingin ke dalam wadah tanpa memerlukan campur tangan. Fitur otomatis ini memberikan kenyamanan dan kemudahan dalam penggunaan sehari-hari, memastikan pengguna selalu mendapatkan air dengan suhu yang diinginkan tanpa perlu menyesuaikan manual.



Gambar Rangkaian Pintu Galon

            Prinsip kerja rangkaian ini adalah ketika pintu dispenser ditutup, sebuah magnet yang dipasang pada pintu akan mendekati sensor magnet yang terletak di bingkai dispenser. Sensor magnet ini berfungsi sebagai saklar yang aktif saat mendeteksi medan magnet. Saat medan magnet terdeteksi, sensor magnet akan mengalirkan arus listrik ke input dari op-amp (operational amplifier) yang dikonfigurasi sebagai voltage follower.
            Konfigurasi voltage follower pada op-amp digunakan untuk memastikan bahwa sinyal keluaran yang dihasilkan memiliki impedansi rendah dan mampu menggerakkan beban lebih berat tanpa distorsi atau penurunan tegangan yang signifikan. Sinyal dari sensor magnet ini kemudian diperkuat oleh op-amp dan diteruskan ke relay.
            Relay adalah saklar elektromekanis yang dikendalikan oleh sinyal listrik. Saat menerima sinyal dari op-amp, relay akan aktif dan menutup sirkuit listrik yang terhubung ke perangkat lain, seperti pompa air atau pemanas air dalam dispenser. Dengan cara ini, ketika pintu dispenser tertutup dan magnet terdeteksi, sensor magnet mengirimkan sinyal ke op-amp, yang kemudian menyalakan relay dan mengaktifkan perangkat yang terhubung seperti  pompa air.

  

Gambar Rangkaian Penampungan Air Dalam

                Prinsip kerja rangkaian ini adalah saat bak penampungan air dalam dispenser terisi penuh, water level sensor digital akan mendeteksi ketinggian air yang mencapai batas maksimum. Sensor ini akan mengirimkan sinyal listrik ke op-amp detektor inverting. Op-amp ini berfungsi untuk mengubah sinyal dari water level sensor menjadi sinyal yang lebih kuat atau lebih sesuai untuk mengendalikan relay. 
                Ketika op-amp menerima sinyal dari sensor yang menunjukkan bahwa bak penampungan air telah penuh, op-amp akan membalikkan sinyal tersebut (inverting) sehingga outputnya menjadi berlawanan dengan inputnya. Hal ini mengakibatkan relay yang terhubung dengan op-amp akan dimatikan. Pemutusan relay ini mematikan aliran air dari sumber ke bak penampungan, mencegah overflow atau tumpahan air.

                Dengan prinsip ini, rangkaian dispenser dapat secara otomatis mengatur pengisian air ke dalam bak penampungan, mengoptimalkan penggunaan air tanpa risiko kebocoran atau tumpahan yang berlebihan.



Gambar Rangkaian Pendingin Air

            Prinsip kerja rangkaian ini adalah sensor suhu LM35 berfungsi untuk mendeteksi suhu air dalam dispenser. Ketika suhu air melebihi 0 derajat Celsius, sensor ini akan menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan suhu tersebut. Tegangan ini kemudian diteruskan ke input non-inverting dari op-amp.
            Op-amp yang diatur sebagai detektor non-inverting akan memperkuat sinyal tegangan dari sensor suhu. Ketika tegangan masukan mencapai ambang batas tertentu (threshold), op-amp akan mengalirkan arus ke relay yang terhubung. Relay ini akan mengendalikan daya listrik untuk menghidupkan atau mematikan water cooler dengan kebutuhan suhu air yang terdeteksi. Dengan demikian, sistem ini memastikan air dalam dispenser dipertahankan pada suhu yang aman atau sesuai dengan pengaturan yang diinginkan.



Gambar Rangkaian Pemanas Air

              Prinsip kerja rangkaian ini adalah sensor suhu LM35 digunakan untuk mendeteksi suhu air dalam dispenser. Ketika suhu air mencapai atau kurang dari 100 derajat Celsius, sensor suhu menghasilkan sinyal tegangan analog. Sinyal ini kemudian diteruskan ke op-amp detektor inverting, yang berfungsi sebagai pengubah sinyal analog menjadi arus yang menghidupkan relay. Relay yang diaktifkan oleh op-amp detektor inverting akan mengatur aliran listrik ke komponen elektronik dalam dispenser, seperti pompa air atau elemen pemanas, sesuai dengan kebutuhan untuk menjaga suhu air dalam dispenser tetap stabil dan aman untuk digunakan.



Gambar Rangkaian Kran Air Panas

               Prinsip kerja rangkaian ini adalah menggunakan sensor infrared dan op-amp non-inverting amplifier adalah sebagai berikut: Ketika sensor infrared mendeteksi adanya gelas di bawah dispenser, sensor akan menghasilkan sinyal listrik yang diteruskan ke op-amp non-inverting amplifier. Op-amp akan menguatkan sinyal tersebut sehingga mencukupi untuk mengaktifkan relay. Relay berfungsi sebagai saklar elektronik yang mengendalikan aliran listrik menuju pemanas air. Sehingga, ketika relay diaktifkan oleh op-amp, air panas dapat mengalir ke dalam gelas yang diletakkan di bawah dispenser. Proses ini memastikan air panas hanya keluar saat gelas terdeteksi, mengoptimalkan penggunaan energi dan memastikan kenyamanan pengguna.



Gambar Rangkaian Kran Air Dingin

        Prinsip kerja rangkaian ini adalah sensor PIR berfungsi sebagai detektor gerakan yang mengidentifikasi keberadaan tangan di dekat dispenser. Ketika sensor mendeteksi gerakan, sinyal keluarannya mengalir ke op-amp non-inverting amplifier. Op-amp bertindak sebagai penguat sinyal untuk memperkuat sinyal dari sensor PIR. Selanjutnya, op-amp mengontrol relay yang terhubung ke sistem pengaturan air panas dispenser. Ketika relay diaktifkan oleh op-amp, itu mengizinkan aliran listrik yang cukup untuk mengaktifkan pemanas air di dalam dispenser, sehingga memungkinkan air panas untuk keluar sesuai dengan kebutuhan pengguna. Dengan demikian, sensor PIR dan op-amp bekerja sama untuk memberikan respons yang cepat dan otomatis terhadap kehadiran tangan di dekat dispenser, meningkatkan efisiensi dan kenyamanan penggunaan.


c. Video simulasi

Penjelasan rangkaian pada pintu galon dispenser


Penjelasan rangkaian pada penampungan air dalam dispenser


Penjelasan rangkaian pendingin air dispenser


Penjelasan rangkaian pemanas air dispenser


Penjelasan rangkaian kran air panas dispenser


Penjelasan rangkaian kran air dingin dispenser


6. Download File [kembali]





































Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Image
    BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH ELEKTRONIKA 2024 OLEH: Alfi Syukri 2310957001 Dosen Pengampu: Dr. Darwison, MT JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2024/2025 Referensi:  1. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978- 602-9081-10-7, CFerila, Padang  2. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-   602-9081-10-7, CV Ferila, Padang 3 . Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013  4 . Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002.  5 . Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005  6 . Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007.  7. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2015.  
Read more