a. Mampu memahami prinsip kerja dari
sensor Ultrasonik dan sensor HIH 5030
b. Mampu mengaplikasikan sensor Ultrasonik
dan Sensor HIH 5030 dalam kehidupan sehari-hari.
2. Alat dan Bahan [KEMBALI]
a. Alat
Ø Power
Supply
Power supply digunakan untuk mengaliri arus listrik untuk komponen2 atau hardware pada komputer dengan arus DC (arus searah), arus listrik yang masuk ke dalam power supply berupa arus AC (arus bolak-balik ) kemudian dikonverter (dirubah) menjadi arus DC (arus searah).
Ø Dc
voltmeter
Volt
meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial
tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
b. Bahan
Ø Resistor
Resistor merupakan komponen elektronika yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunyai resistansi yang berbeda beda sesuai kebutuhan.
Resistor
disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus
listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( 1 M: (mega ohm) =
1000 K: (kilo ohm) = 106 : (ohm)). Kebanyakan rangkaian listrik menggunakan penghantar berupa kawat tembaga, karena
tembaga adalah bahan penghantar yang baik. Akan tetapi , sejumlah sambungan
pada rangkaian listrik memerlukan tahanan listrik yang lebih besar oleh
sebab itu perlu menggunakan tahan atau resistor. Foto dibawah ini memperlihatkan
resistor tersebut.
Ø Op-amp
Operational
Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari
bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik
Ø Relay
Relay adalah komponen yang
berfungsi untuk mengalirkan arus listrik yang besar dengan menggunakan kendali
listrik arus kecil. Relay memiliki fungsi sebagai saklar atau elektromagnetik
switch yang mana dikendalikan oleh magnet listrik.
Konfigurasi pin :
Spesifikasi relay :
Ø Motor
DC
Motor
DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah
motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC dapat
difungsikan sebagai motor DC.
Ø Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Padanya 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.
Spesifikasi:
- Tegangan operasi 4-8V DC
- Arus <30mA
- Frekuensi Resonansi 2300Hz
Ø Sensor
Ultrasonik
Sensor
HC-SR04 memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Ø Tegangan
: 5V DC
Ø Arus
statis : < 2mA
Ø Level
output : 5v – 0V
Ø Sudut
sensor : < 15 derajat
Ø Jarak
yg bisa dideteksi : 2cm – 450cm (4.5m)
Ø Tingkat
keakuratan : up to 0.3cm (3mm)
Sensor kelembaban adalah alat ukur yang digunakan
untuk membantu dalam proses pengukuran atau pendefinisian yang suatu kelembaban
uap air yang terkandung dalam udara. Sensor kelembaban yang digunakan pada
materi ini yaitu sensor HIH-5030.
Fitur/Kelebihan Sensor HIH-5030
·
Beroperasi hingga 2,7 V, ideal dalam
sistem tenaga baterai dengan tegangan 3 V
·
Didesain dengan daya rendah
·
Akurasi ditingkatkan
·
Waktu respon yang cepat
·
Stabil, dengan penyimpangan yang
rendah
·
Tahan dengan zat kimia
Karakteristik Sensor HIH-5030
·
Suhu Operasi -40°C- 85°C
(-40°F-185°F)
·
Histerisis ±2 RH(Relative Humidity)
·
Suplai Arus 5µA
·
Output sinyal Tegangan Analog
· Waktu Respon 5s (1/e dalam udara yang bergerak lambat)
Ø Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika.
3. Dasar Teori [KEMBALI]
a. Resistor
Resistor atau hambatan adalah salah
satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana
hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir
melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm
(simbol: O) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik.
Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan
hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan
keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.
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 menentukan nilai resistor dapat
dilihat dengan gelang warna pada tabel berikut:
Berikut contoh cara menghitungnya :
b. IC
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)
Grafik output dan input OP-AMP
Rangkaian dasar OP-AMP
a. OP-AMP inverting
Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negative
b. OP-AMP
non-inverting
Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa.
Vout = V1 (1 + Rf / R1)
c. Sensor Ultrasonik
Sensor Ultrasonik adalah sensor untuk mengubah suara (gelombang ultrasonik) menjadi arus listrik dan sebaliknya. Gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui piezoelektrik yang pada umumnya berfrekuensi 40kHz. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengirimkan (suara) gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu ke depan oleh Trigger (pengirim sinyal suara). Lalu, ketika ada objek yang melewati gelombang tersebut, maka suara tersebut akan terpantul dan kembali ke Echo (penerima sinyal suara). Kemudian, sensor akan menghitung selisih waktu ketika sinyal dikirim dengan waktu ketika sinyal kembali.
Pemilihan HC-SR04 sebagai sensor jarak yang akan digunakan pada alat ini karena memiliki fitur sebagai berikut; kinerja yang stabil, pengukuran jarak yang akurat dengan ketelitian 0,3 cm, pengukuran maksimum dapat mencapai 4 meter dengan jarak minimum 2 cm, ukuran yang ringkas dan dapat beroperasi pada level tegangan TTL. Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04 diperlihatkan pada Gambar.
Sensor
ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima.
Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal
piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan
diafragma penggetar. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz
– 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric
akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan
yang diberikan, dan ini disebut dengan efek piezoelectric.
Ø Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
Prinsip
kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai
berikut :
· Sinyal 40 kHz
dibangkitkan melalui mikrokontroler.
· Sinyal tersebut
dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal
tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
· Kemudian sinyal
tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2
buah dioda dan 2 buah transistor.
· Ketika sinyal
dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on),
kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan
mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
· Ketika sinyal
dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on),
kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan
mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
· Resistor R4 dan
R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar
ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V
(+2,5 V s.d - 2,5 V).
Ø Penerima Ultrasonik (Receiver)
Prinsip kerja rangkaian pemancar gelombang ultrasonik
tersebut adalah sebagai berikut:
· Pertama – tama
sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor
penguat Q2.
· Kemudian sinyal
tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz
oleh rangkaian transistor Q1.
· Setelah sinyal
tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan
oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
· Kemudian sinyal
tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz
melalui rangkaian filter C4 dan R4.
· Setelah itu
sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
· Jadi ketika ada
sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan
mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler
untuk menghitung jaraknya.
d. Sensor
Kelembaban (HIH 5030)
Sensor kelembaban adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk membantu
dalam proses pengukuran atau pendefinisian yang suatu kelembaban uap
air yang terkandung dalam udara.
jenis sensor kelembaban diantaranya Cspacitive Sensors, Electrical conductivity Sensors,
Thermal Conductivity Sensors, Optical Hygrometer, dan Oscillating Hygrometer.
Sensor HIH-5030
Spesifikasi teknis
- Suhu Operasi -40 ° C hingga 85 ° C [-40 ° F hingga 185 ° F]
- Histeresis ± 2% RH
- Output Sinyal Tegangan analog
- Waktu Respon 5 detik 1 / e dalam udara yang bergerak lambat
- Tegangan Suplai 3.3 Vdc typ.
- Akurasi (Best Fit Straight Line) ± 3.0% RH
- Tipe Paket Pasang permukaan
- Suplai Arus 500 µA
- Stabilitas pada 50% RH + 1,2% RH
Fitur Produk
· Beroperasi
hingga 2,7 V, sering ide dalam sistem bertenaga baterai di mana pasokan adalah
nominal 3 V
· Kemasan
tape dan reel memungkinkan untuk digunakan dalam memilih volume tinggi dan
menempatkan manufaktur (1.000 unit per tape dan reel)
· Moulding
perumahan plastik termoset
· Output
tegangan linear dekat vs% RH
· Dipertukarkan
laser-dipangkas
Desain daya rendah
· Akurasi
yang ditingkatkan
· Waktu
respons yang cepat
· Performa
melayang yang stabil dan rendah
Tahan kimia
Karakteristik
Sensor Kelembaban
Konfigurasi pin
spesifikasi sensor HIH-5030
Grafik sensor HIH-5030
4. Prosedur Percobaan dan Rangkaian Simulasi [KEMBALI]
a. Prosedur
percobaan
1. Siapkan
semua alat dan bahan yang diperlukan
2. Disarankan agar membaca datasheet setiap
komponen
3. Cari
komponen-komponen yang diperlukan di proteus
4. Pasang
sensor Ultrasonik, HIH 5030, battery, resistor, ic op-amp, relay, motor dc, diode,
dan sumber dc sesuai dengan gambar rangkaian di bawah
5. Atur
nilai resistor serta nilai sensor Ultrasonik serta HIH 5030
b.
Gambar Rangkaian
5. Prinsip Kerja [KEMBALI]
a. Sensor Ultrasonik
Saat
power supplay mengalirkan arus ke transistor Q2, maka transistor Q2 aktif
sehingga berlogika 1. Kaki trigger sebagai input dan kaki echo sebagai output.
Untuk mentrigger ultrasonic maka ada pantulan sinyal (gelombang ultrasonic)
dari transmitter. Apabila ada benda di depan sensor ultrasonic maksimal sejauh
10 cm dari sensor, maka gelombang bunyi (gelombang ultrasonic) akan dipantulkan
dan diterima oleh receiver ultrasonic. Karena menerima sinyal (gelombang
ultrasonic), maka akan ada output dari kaki echo lalu mengalirkan arus ke op-amp
penguat non inverting. Lalu arus mengalir ke resistor lalu masuk ke base
transistor Q1. Pada transistor Q1 bernilai >0.7 Volt maka transistor aktif.
Arus dari power supplay akan masuk ke emitter lalu ke kolektor dan ke ground.
Transistor aktif maka relay juga aktif sehingga switch berpindah ke kiri. Arus
dari power supplay akan masuk ke relay lalu ke motor lalu ke buzzerdan berakhir
di ground. Motor bergerakyang nantinya akan membuka tutup dari tempat sampah
dan buzzer aktif yang menandakan bahwa ada objek berupa benda yang akan dimasukkan
ke dalam tempat sampah.
b. Sensor Kelembaban
Sensor
HIH-5030 dibuat untuk menghandle kadar kelembapan. Kelembapan yang baik pada
tempat sampah adalah 50-55. Maka, saat melebihi tersebut akan menyalakan buzzer.
Pertama arus melalui pot dan masuk ke kaki non-inverting op-amp, dan dikaki
inverting ada tegangan reference untuk komparator opamp. saat Vin > Vreference
maka akan +Vsaturasi dan nilainya lebih dari 0.7V sehingga dapat membuat
transistor on dan arus dapat mengalir dari kolektor ke emitor dan jika Vin <
Vreference maka akan -Vsaturasi dan nilainya dibawah Vbe sehingga tidak meng on
kan transistor.
6. Video Simulasi [KEMBALI]
7. Link Download [KEMBALI]
Download Simulasi Rangkaian disini
Download Video disini
Download HTML disini
Download Materi disini
Download Data Sheet Ultrasonik disini
Download Data Sheet HIH 5030 disini
Download Data Resistor disini
Download Data Sheet Op Amp disini
Download Data Sheet Relay disini
Download Data Sheet Motor DC disini
Download Datasheet Buzzer disini
Download Library Sensor Ultrasonik disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar