M4
MODUL 4
Kontrol GBK
1. Pendahuluan[Kembali]
Pada era teknologi modern, sistem otomatisasi semakin banyak diterapkan untuk meningkatkan kenyamanan dan efisiensi dalam berbagai aspek kehidupan. Salah satu penerapan yang penting adalah pada sistem pengendalian lingkungan dalam gedung atau ruang terbuka seperti Gedung Gelanggang Bulutangkis (GBK). Dalam proyek ini, dikembangkan sebuah sistem kontrol otomatis yang menggunakan sensor suhu dan sensor hujan untuk mengatur perangkat elektronik secara cerdas.
Sensor suhu berfungsi sebagai pengukur kondisi temperatur di lingkungan GBK. Ketika suhu mencapai ambang batas tertentu, sistem secara otomatis menyalakan LED sebagai indikator serta mengaktifkan kipas angin untuk menjaga kenyamanan pengunjung dan mencegah suhu berlebih. Selain itu, sensor hujan digunakan untuk mendeteksi curah hujan sehingga dapat mengontrol lampu penerangan dan membuka atau menutup atap secara otomatis. Dengan demikian, sistem ini tidak hanya memberikan kemudahan dalam pengelolaan gedung tetapi juga meningkatkan keamanan dan efisiensi energi.
Implementasi kontrol berbasis sensor ini diharapkan dapat menciptakan lingkungan yang adaptif dan responsif terhadap perubahan kondisi cuaca dan suhu, sehingga memberikan pengalaman yang lebih optimal bagi pengguna GBK.
2. Tujuan[Kembali]
- Mengendalikan dan mengkoordinasikan sistem kelistrikan dan mekanik di area Gelora Bung Karno untuk efisiensi dan keamanan operasional.
- Memastikan sistem pengaturan gelora (misalnya penerangan, suara, dan pengamanan) berjalan otomatis dan responsif sesuai kebutuhan event.
- Meningkatkan pengalaman pengguna dan pengunjung dengan sistem kontrol yang handal dan terintegrasi.
3. Alat dan Bahan [Kembali]
Breadboard
- Power Supply
- Voltmeter
- Adapter 12V
- Jumper
- Motor DC
B. Bahan
- Resistor
- Transistor
- Dioda
Spesifikasi
Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
- OP-AMP
- Relay
- 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)
- LED-RED
- Buzzer
- Potensiometer
- Sensor Hujan
Spesifikasi:
- Modul sensor ini menggunakan material dua sisi yang berkualitas baik.
- Anti-konduktivitas & oksidasi dengan penggunaan lama
- Luas sensor ini meliputi 5cm x 4cm dan dapat dibangun dengan pelat nikel di bagian sampingnya
- Sensitivitas dapat disesuaikan dengan potensiometer
- Tegangan yang dibutuhkan adalah 5V
- Ukuran PCB kecil 3,2cm x 1,4cm
- Untuk pemasangan yang mudah, menggunakan lubang baut
- Ini menggunakan komparator LM393 dengan tegangan lebar
- Keluaran komparator adalah bentuk gelombang bersih dan kapasitas penggerak di atas 15mA
- Sensor LM35
komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan
Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah :
- 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 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.
- 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.
4. Dasar Teori [Kembali]
1) 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%.
2) Dioda
Spesifikasi
Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.
Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.
Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.
Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:
1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.
Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:
Keterangan:
Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.
3) Transistor
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:
- 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.
4) Sensor LM35
Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mendeteksi temperatur lingkungan di area stadion atau ruangan terkait. Ketika suhu yang terukur mencapai atau melebihi ambang batas tertentu (misal 27°C), sensor suhu menghasilkan tegangan output yang proporsional dengan suhu. Tegangan ini masuk ke op-amp sebagai komparator:
- Jika suhu < 27°C, sistem dalam keadaan diam (keluaran op-amp rendah, kipas dan lampu kemungkinan mati).
- Jika suhu ≥ 27°C, op-amp keluarannya menjadi tinggi (Vsat), yang selanjutnya mengaktifkan relay. Relay ini kemudian menyalakan kipas dan lampu indikator sebagai tanda pendinginan otomatis mulai bekerja.Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar dibawah.
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk Ground.
Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah :
- 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 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.
- 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.
Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan seting tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan 10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC.
Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :
Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut :
Vout LM35 = Temperature º x 10 mV
Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut :
- LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature -55ºC hingga +150ºC.
- LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40ºC hingga +110ºC.
- LM35D memiliki range pengukuran temperature 0ºC hingga +100ºC. LM35
Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain :
- Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC
- Low self-heating, sebesar 0.08 ºC
- Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V
- Rangkaian menjadi sederhana
- Tidak memerlukan pengkondisian sinyal
Untuk lebih lengkap nya dapat dilihat pada datasheet yang ada di link download
Datasheet lm35
5. Sensor Hujan
Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, biasanya diletakkan di atap stadion. Sensor menghasilkan sinyal logika (HIGH/LOW, atau tegangan analog) sesuai keberadaan air di permukaannya. Sinyal sensor diproses oleh rangkaian voltage follower (op-amp buffer) lalu diteruskan ke transistor dan relay:
- Ketika hujan terdeteksi (permukaan sensor basah), tegangan output akan menyebabkan aktifnya relay.
- Relay yang aktif akan mengaktifkan LED biru (sebagai indikator) dan sistem aktuator seperti motor penutup atap stadion (terlihat dari label “atap stadion ditutup” pada rangkaian).
Fungsinya adalah otomatisasi penutupan atap stadion sehingga area dalam terlindung dari hujan tanpa perlu operator manual
6. OP AMP 741.
LM741 adalah salah satu IC (Integrated Circuit) Op-Amp (Operational Amplifier) yang memiliki 8 pin. IC Op-Amp ini terdapat 2 jenis bentuk, yaitu tabung (lingkaran) dan kotak (persegi), tetapi yang umum adalah yang berbentuk persegi. Op-Amp banyak digunakan dalam sistem analog komputer, penguat video/gambar, penguat audio, osilator, detector dan lainnya. LM741 biasanya bekerja pada tegangan positif/negatif 12 volt, dibawah itu IC tidak akan bekerja. Setiap pin/kaki-kaki pada IC LM741 mempunya fungsi yang berbeda-beda, keterangan pin/kaki-kaki LM741 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
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:
Op-Amp LM741 dapat membuat beberapa fungsi rangkaian seperti gambar berikut.
Macam-macam rangkaian yang dapat dibentuk LM741
- Detektor Penyilang Nol: mendeteksi tegangan-tegangan di atas nol
- Detektor Taraf Tegangan (positif dan negatif): mendeteksi tegangan-tegangan acuan pada tegangan positif maupun negatif yang sudah kita tentukan.
- Penguat (Buffer): memperkuat amplitudo pada pulsa output nya.
- Penguat 2 Tingkat: seperti rangkaian Buffer, tetapi mengalami 2 kali penguatan.
- Pembangkit Isyarat: untuk membangkitkan pulsa
- Rangkaian Diverensial: untuk pengukuran pengendalian instrumentasi dan penguat sinyal-sinyal yang sangat lemah.
- Rangkaian Instrumentasi: untuk memperbaiki penguat differensial.
Karakteristik elektrik
4. Dasar Teori [Kembali]
Komentar
Posting Komentar