Blog Kuliah: Aplikasi Aritmetik

[MENUJU AKHIR]

Payung Pintar pada Taman

DAFTAR ISI

1. Tujuan

1. Tujuan [Kembali]

a. Mengetahui tentang touch sensor infrared dan sound sensor

b. Mengetahui Simulasi rangkaian mux demux dan encoder decoder

c. Mengetahui tabel kebenaran dari jenis gerbang logika yang digunakan

d. Mengetahui prinsip kerja rangkaian arithmatic

2. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

1. Power Supply

2. Voltmeter DC

B. Bahan

1. Resistor

Data sheet resistor:

2. Baterai

3. Dioda

4. Transistor (BC547)

Spesifikasi Transistor:

1. DC Current gain(hfe) maksimal 800

2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V

4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

5. OP AMP

6. Kapasitor

7. Gerbang NAND

8. Gerbang AND

9. Gerbang OR (IC 7432)

10. Gerbang XOR (IC 4030)

11. Logic State

12. Sensor LDR

spesifikasi

13. Sensor Rain

spesifikasi

Mengadopsi bahan dua sisi RF-04 berkualitas tinggi
Area: pelat nikel 5cm x 4cm di samping
Anti-oksidasi, anti-konduktivitas, dengan waktu penggunaan yang lama
Potensiometer menyesuaikan sensitivitas
Tegangan bekerja 5V
Format keluaran: Output switching digital (0&1) dan output tegangan analog AO
Ukuran PCB papan kecil: 3,2 cm x 1,4 cm
Menggunakan komparator LM393 tegangan lebar

14. 7 Segment Anoda

15. IC Counter (IC 74193)

16. Decoder (IC 7447)

17. Relay

18. Motor DC

Spesifikasi item:

o Tanpa kecepatan beban 12000 ± 15% rpm

o Tidak ada arus beban =280mA

o Tegangan operasi 1.5 - 9 VDC

o Mulai Torsi =250g.cm (menurut blade yang dikembangkan sendiri)

o mulai saat ini =5A

o Resistansi Isolasi di atas 10O antara casing dan terminal DV 100V

o Arah Rotasi CW: Terminal [+] terhubung ke catu daya positif, terminal [-] terhubung ke nagative

o daya, searah jarum jam dianggap oleh arah poros keluaran

o celah poros 0,05-0,35mm

19. Lampu

20. Touch Sensor

21. Infrared Sensor

22. PIR Sensor

3. Dasar Teori [Kembali]

a. Sensor Infrared

Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Sensor infared terdiri dari led infrared sebagai pemancar sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.

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 diatas. 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 dibawah:

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.

b. Sensor PIR

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

c. Sensor Getar

Vibration sensor / Sensor getaran ini memegang peranan penting dalam kegiatan pemantauan sinyal getaran karena terletak di sisi depan (front end) dari suatu proses pemantauan getaran mesin. Secara konseptual, sensor getaran berfungsi untuk mengubah besar sinyal getaran fisik menjadi sinyal getaran analog dalam besaran listrik dan pada umumnya berbentuk tegangan listrik. Pemakaian sensor getaran ini memungkinkan sinyal getaran tersebut diolah secara elektrik sehingga memudahkan dalam proses manipulasi sinyal, diantaranya:

Pembesaran sinyal getaran
Penyaringan sinyal getaran dari sinyal pengganggu.
Penguraian sinyal, dan lainnya.

Sensor getaran dipilih sesuai dengan jenis sinyal getaran yang akan dipantau. Karena itu, sensor getaran dapat dibedakan menjadi:

Sensor penyimpangan getaran (displacement transducer)

Sensor kecepatan getaran (velocity tranducer)

Sensor percepatam getaran (accelerometer).

Pemilihan sensor getaran untuk keperluan pemantauan sinyal getaran didasarkan atas pertimbangan berikut:

Jenis sinyal getaran
Rentang frekuensi pengukuran
Ukuran dan berat objek getaran.
Sensitivitas sensor

Berdasarkan cara kerjanya sensor dapat dibedakan menjadi:

Sensor aktif, yakni sensor yang langsung menghasilkan tegangan listrik tanpa perlu catu daya (power supply) dari luar, misalnya Velocity Transducer.
Sensor pasif yakni sensor yang memerlukan catu daya dari luar agar dapat berkerja.

Grafik perbandingan frekuensi dengan sensitivitas sensor getaran :

d. Sensor LDR

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.

e. 7482

NTE7482 adalah penambah penuh biner 2-bit dalam paket tipe DIP 14-Lead yang melakukan penambahan dari dua bilangan biner 2 bit. Jumlah () output disediakan untuk setiap bit dan resultan carry (C2) diperoleh dari bit kedua. Dirancang untuk kecepatan sedang hingga tinggi, banyak bit, paralel tambahkan/serial−bawa aplikasi, sirkuit ini menggunakan logika transistor−transistor fan−out berkecepatan tinggi (TTL) dan kompatibel dengan keluarga logika DTL dan TTL. Implementasi inversi tunggal, sirkuit pembawa serial terhubung Darlington berkecepatan tinggi dalam setiap bit meminimalkan kebutuhan untuk sirkuit kaskade "melihat ke depan" dan membawa yang ekstensif.

f. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. 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

g. Relay

Relay adalah saklar elektro-magnetik yang menggunakan tegangan DC rendah untuk menghidupkan dan mematikan suatu alat atau sistem yang terhubung dengan tegangan DC yang tinggi atau tegangan AC. Susunan relay yang paling sederhana terdiri atas kumparan kawat penghantar yang dugulung pada inti besi. Susunan kontak relay, secara umum terdiri dari :

Normally Open (NO) : posisi saklar berada pada keadaan terbuka saat relay dalam keadaan tidak dialiri arus.
Normally Close (NC) : posisi saklar berada pada keadaan tertutup saat relay dalam keadaan tidak dialiri arus.

Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.

h. Transistor NPN

Transistor merupakan salah satu komponen elektronika yang banyak sekali dipakai di dunia industri. Transistor yang umum dipakai memiliki 3 (tiga) metode kerja yaitu :

Cut Off adalah kondisi dimana transistor tidak mengalirkan arus listrik.
Saturasi adalah kondisi dimana transistor tepat mengalirkan arus listrik.
Aktif adalah kondisi dimana transistor bisa disebut sebagai penguat.

Dari 3 metode kerja pada transistor tersebut, dapat dijelaskan juga pada gambar yang merupakan karakteristik transistor.

i. Transistor JFET

FET adalah suatu semiconductor device seperti halnya bipolar transistor. Perbedaan utamanya adalah arus yang melalui device di-kontrol oleh tegangan. Sedangkan pada bipolar transistor, arus arus yang melalui device di-kontrol oleh arus.

Apabila kita hubungkan tegangan bias dari gate ke source dengan polaritas seperti diperlihatkan pada gambar 11.2 (a), VGG = 1 Volt, maka akan menghasilkan tegangan gate-source VGS = -1 Volt. Sedangkan pada drain kita berikan tegangan supply (VDD) yang dapat diatur besarnya (variabel). Dengan mengatur VDD mulai dari nol sampai dengan nilai tertentu, maka akan dihasilkan kurva karakteristik drain, seperti diperlihatkan pada gambar 11.2 (b).

j. OP AMP

Komparator yang digunakan di sini adalah Op-Amp tipe 741 yang terdiri dari 8 kaki dan untuk membuat rangkaian ini, yang digunakan hanyalah kaki 2 yang merupakan kaki inverting, kaki 3 yaitu kaki non inverting, kaki 4 sebagai penghubung ke ground, kaki 6 mengarah kepada output yang mana output dalam rangkaian ini berupa tegangan yang dapat menyalakan LED, dan kaki 7 sebagai input tegangan atau tempat terhubung dengan VCC yang berfungsi sebagai supply energi bagi Op-Amp tersebut.

Tipe Op-Amp yang digunakan berupa Op-Amp non-inverting, ditandai dengan terhubungnya kaki inverting terhadap ground dan kaki non-inverting terhadap input. Fungsi Op-Amp di sini sebagai penguat tegangan bagi rangkaian yang akan dibuat.

k. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

Seperti dikatakan sebelumnya, 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).

l. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

Baterai dalam sistem PV mengalami berulang kali siklus pengisian dan pengosongan selama umur pakainya. Siklus hidup (cycle life) baterai adalah banyaknya pengisian dan pengosongan hingga kapasitas baterai turun (melemah) dan tersisa 80% dari kapasitas nominalnya. Pabrik baterai biasanya mencantumkan siklus hidup pada spesifikasi teknis baterai. Mencantumkan satu nilai siklus hidup (cycle life) sebenarnya terlalu menyederhanakan informasi, karena siklus hidup baterai juga tergantung pada suhu baterai.

m. Gerbang OR

Dapat dilihat bahwa pada gerbang OR, jika salah satu atau lebih input bernilai 1 maka output akan bernilai 1. Nilai output bernilai 0 hanya pada jika nilai semua input bernilai 0. Untuk gerbang OR memakai prinsip penjumlahan.

4. Percobaan [Kembali]

Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

Buka aplikasi Proteus

- Siapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat rangkaian

- Disarankan agar membaca datasheet tiap komponen terlebih dahulu

- Pasang Logicstate, Gerbang logika AND 2 input, gerbang logika OR 2 input, resistor, transistor NPN, relay, led, buzzer, sensor flame, thermocouple, L293D, decoder, 7-segmen, motor, ground, voltmeter DC, dan power supply seperti beberapa rangkaian dibawah

- Atur logicstate dan nilai resistor

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

Rangkaian Simulasi:

Prinsip Kerja Rangkaian:

Ketika Sensor Infrared mendeteksi adanya orang dan Sensor UV mendeteksi adanya cahaya matahari maka kaki A dan B akan berlogika 1,sehingga sesuai dengan tabel akan menghasilkan output S berlogika 0 dan C berlogika 1. kaki S pergi ke kaki B dan kaki C pada Full Adder sehingga pada kaki B dan C di full Adder menjadi berlogika 0 sedangkan kaki C pada half Adder pergi ke kaki A full Adder dan ke kaki A Full subtractor. karena pada Full Adder nilai A=1 , B=0, dan C=0. maka sesuai tabel output dari full adder untuk S adalah 1 dan Cout adalah 0. kaki S pada full adder terhubung ke resistor dan ke transistor. karena ada tegangan yang cukup untuk mengaktifkan transistor,maka ada arus dari collector ke emitor sehingga relay switch. karena relay switch maka motor sebagai Troli pembawa minuman Menyala.

Pada full subtractor kaki Bin terhubung ke sensor PIR,jika sensor PIR mendeteksi adanya lambai an tangan maka PIR akan berlogika satu sehingga kaki Bin berlogika 1 jika tidak maka akan berlogika 0, kaki B pada Full subtractor terhubung ke touch sensor,jika touch sensor ditekan maka pada kaki B akan berlogika 0 tapi jika tidak ditekan maka kaki B akan berlogika 1. nilai Bin,A,dan B pada full subtractor didapat tergantung input yang diinginkan,dan untuk outputnya akan keluar seperti di tabel,jika kaki D berlogika 1 maka akan ada tegangan yang mengalir resistor lalu ke transistor sehingga transistor aktif akibatnya ada arus dari collector ke emitor dan tegangan pada relay,karena cukup untuk mengaktifkan relay maka relay switch sehingga motor untuk membuka payung akan menyala

Ketika tidak ada orang atau tidak ada cahaya matahari,maka akan berlogika 0 dan mengalir ke half adder,full adder,dan full subtractor dan menghasilkan output sesuai tabel. sehingga kondisi yang terjadi adalah payung tertutup dan troli untuk membawa minuman tidak menyala.

half adder

Full adder

Full Substactor

Blog Kuliah

Aplikasi Aritmetik

Tidak ada komentar:

Posting Komentar