Aplikasi Tugas Besar

 Aplikasi Kontrol Penyiram Tanaman

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

    a)Prosedur Percobaan

    b) Rangkaian Simulasi 

       1) Foto

       2) Prinsip Kerja

    c) Video

    d) Download File

 

 

1. Tujuan

1.     Untuk mengetahui pengertian sensor LDR dan PIR
2.     Untuk mengetahui fungsi komponen yang digunakan
3.     Untuk mengetahui grafik respon sensor LDR dan PIR
4.     Untuk dapat membuat rangkaian aplikasi gabungan sensor LDR dan PIR
5.     Untuk mengetahui prinsip kerja gabungan sensor LDR dan PIR

[kembali]

 

2. Alat dan Bahan

 

Alat:

1. Baterai 12 V

berfungsi sebagai sumber tegangan dari rangakain.

2. DC voltmeter

berfungsi sebagai alat ukur tegangan pada setiap keluaran dari sensor dan juga disetiap titik untuk menetukan tegangan yang dibutuhkan.

Bahan: 

1.     Sensor LDR
   
   
   LDR (Ligh Dependent Resistor) adalah suatu komponen elektronik yang resistansinya tergantung pada intensitas cahaya. LDR di buat dari bahan Cadium Sulfida yang peka terhadap cahaya. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1M ohm,
   
   
2.     Sensor Kelembaban (soil moisture)
   
   
                                                         Pada saat kondisi tanah :
   
       Basah : tegangan output akan turun
       Kering : tegangan output akan naik
   
       atau
       Vo=0-VCC tergantung kepada tingkat kelembaban tanah
   
   
   
3.     Sensor PIR
   konfigurasi
   
   spesifikasi
   

   Berikut spesifikasi sensor PIR pada umumnya.

Bentuk : Persegi
Output : Pulsa digital HIGH (3V) ketika mendeteksi pergerakan dan LOW ketika tidak ada pergerakan.
Rentang Sensitivitas : Sampai dengan 6 meter sebagaimana gambar berikut

Jangkauan Sensor PIR

Power Supply : 5V-12V (direkomendasikan 5VDC).
4. Baterai

 

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya.

 

5. Resistor

 

Resistor memiliki nilai resistansi atau hambatan yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Resistor memiliki dua pin untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu yang dapat menghasilkan tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

 

6. Transistor

 

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal (switching), stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor BC547 bertipe NPN. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis melebihi arus pada kaki kolektor  atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff (saklar tertutup).

 

 

7. Relay

 

 Prinsip kerja dari relay yaitu ketika arus mengalir ke relay maka relay terhubung, sedangkan ketika arus tidak ada, maka relay akan terputus.

 

8. Diode

 

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang bersifat semikonduktor yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke saru arah dan menghambat aliran arus listrik dari arah sebaliknya.

 

 

9. Op-Amp

 

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.

 

10. Motor DC

 

Motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik.

11. JFET

 

Konstruksi dasar komponen JFET (junction field-effect transistor) kanal-N adalah seperti pada gambar diatas. Terlihat bahwa sebagian besar strukturnya terbuat dari bahan tipe-N yang membentuk kanal. Bagian atas dari kanal dihubungkan ke terminal yang disebut Drain (D) dan bagian bawah dihubungkan ke terminal yang disebut Source (S). Pada sisi kiri dan kanan dari kanal-N dimasukkan bahan tipe P yang dihubungkan bersama-sama ke terminal yang disebut dengan Gate (G).

[kembali]

3. Dasar Teori 

 

A.  LDR

 

LDR (Ligh Dependent Resistor) adalah suatu komponen elektronik yang resistansinya tergantung pada intensitas cahaya. LDR di buat dari bahan Cadium Sulfida yang peka terhadap cahaya. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1M ohm, akan tetapi pada saat LDR mendapat cahaya hambatan LDR akan menurun menjadi beberapa puluh ohm saja.

 

Gambar 1. Bahan yang digunakan pada LDR

 

Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram pada LDR menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi pengantar arus yang kurang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup.

 

Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor atau bisa disebut juga LDR memilki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis adalah salah satu contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya  terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.

 

 

Rangkaian elektronik yang dapat digunakan untuk LDR adalah rangkaian yang dapat mengukur nilai resistansi dari LDR tersebut. Dari hukum ohm, diketahui bahwa:

 

V = I.R

 

Dengan V adalah beda potensial antara dua titik, I adalah arus yang mengalir di antara-nya, dan R adalah resistansi di antara-nya. Lebih lanjut dikatakan pula bahwa nilai R tidak bergantung dari V ataupun I. Sehingga, jika ada perubahan nilai resistansi dari R, maka nilai tegangan V-nya pun akan berubah. Jika beda potensial di-set tetap, maka perubahan resistansi hanya akan mempengaruhi besar arusnya. Dan persamaan tersebut akan menjadi:

 

I = V / R

 

Karakteristik Sensor LDR

 

 

Adapun spesifikasi atau karakteristrik umum dari sensor cahaya LDR adalah sebagai berikut :

 

    Tegangan maksimum (DC): 150V

    Konsumsi arus maksimum: 100mW

    Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ

    Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)

    Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms

    Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius

 

Dari grafik dapat disimpulkan bahwa besarnya hambatan atau resistansi dari sensor ldr dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang diberikan, dan dapat dilihat bahwa semakin besar intensitas cahaya maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan begitu sebaliknya.

 

 [kembali]

B.  PIR

 

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.

 

4. Amplifier

Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.

 

5. Komparator

Setelah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh komparator sehingga mengahasilkan output.

 

 

Gambar Diagram block PIR

 Grafik 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. 

 [kembali]

C. Soil Moisture

Pengertian

Sensor soil moisture merupakan sebuah sensor yang dapat mengukur kadar air atau kelembaban tanah.
Sensor kelembaban tanah mengukur kadar air volumetrik dalam tanah.

Soil Moisture Sensor merupakan module untuk mendeteksi kelembaban tanah, yang dapat diakses menggunakan microcontroller seperti arduino.Sensor kelembaban tanah ini dapat dimanfaatkan pada sistem pertanian, perkebunan, maupun sistem hidroponik mnggunakan hidroton.

Soil Moisture Sensor dapat digunakan untuk sistem penyiraman otomatis atau untuk memantau kelembaban tanah tanaman secara offline maupun online. Sensor yang dijual pasaran mempunyai 2 module dalam paket penjualannya, yaitu sensor untuk deteksi kelembaban, dan module elektroniknya sebagai amplifier sinyal.

 Bagian-bagian Sensor

Jika menggunakan pin Digital Output maka keluaran hanya bernilai 1 atau 0 dan harus inisalisasi port digital sebagai Input (pinMode(pin, INPUT)). Sedangkan jika menggunkan pin Analog Output maka keluaran yang akan muncul adalah sebauah angka diantara 0 sampai 1023 dan inisialisasi hanya perlu menggunkan analogRead(pin).

CARA KERJA SENSOR

Pada saat diberikan catudaya dan disensingkan pada tanah, maka nilai Output Analog akan berubah sesuai dengan kondisi kadar air dalam tanah.

Pada saat kondisi tanah :

• Basah : tegangan output akan turun
• Kering : tegangan output akan naik
  
  atau
  Vo=0-VCC tergantung kepada tingkat kelembaban tanah
  

grafik sensor kelembaban

Resistor

teori :  Besar arus dan tegangan pada sebuah rangkaian elektronika disesuaikan dengan kebutuhan setiap komponen pada setiap blok rangkaian, jangan sampai melebihi batas maksimalnya karena akan mempengaruhi kerja dari sebuah blok rangkaian seperti cacat sinyal atau bisa mengakibatkan kerusakan komponen, dan juga jangan terlalu rendah karena kemungkinan rangkaian tidak bekerja optimal ataumenghasilkan cacat sinyal. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan komponen yang mampu mengatur kebutuhan arus dan tegangan pada rangkaian, dan komponen tersebut adalah resistor.

simbol :

resistor di proteus | download

cara menentukan nilai : 

seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :

tabel warna dan nilai gelang resisitor | download

 

Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut.

Perhitungan untuk Resistor dengan kode angka :

membaca nilai Resistor yang berbentuk komponen Chip lebih mudah dari Komponen Axial, karena tidak menggunakan kode warna sebagai pengganti nilainya. Kode yang digunakan oleh Resistor yang berbentuk Komponen Chip menggunakan Kode Angka langsung jadi sangat mudah dibaca atau disebut dengan Body Code Resistor (Kode Tubuh Resistor)

resistor chip | download

 

Contoh :

Kode Angka yang tertulis di badan Komponen Chip Resistor adalah 4 7 3;

Contoh cara pembacaan dan cara menghitung nilai resistor berdasarkan kode angka adalah sebagai berikut :

Masukkan Angka ke-1 langsung = 4
Masukkan Angka ke-2 langsung = 7
Masukkan Jumlah nol dari Angka ke 3 = 000 (3 nol) atau kalikan dengan 10³
Maka nilainya adalah 47.000 Ohm atau 47 kilo Ohm (47 kOhm)

2. Transistor NPN

teori : Termasuk dalam komponen semikonduktor aktif adalah transistor, Transistor sebenarnya kepanjangan dari Transfer dan Varistor. Mengenal karakteristiknya transistor terbagi dua kategori ialah  Bipolar Junction Transistor (BJT)  dan Unipolar Transistor. Kerja transistor pada dasarnya difungsikan sebagai saklar elektronik (Switching) dan penguat sinyal (Amplifier).

simbol :

 [kembali]  

4. Percobaan

a) Prosedur Percobaan

1) Persiapkan semua alat dan bahan yang telah dijelaskan diatas

2) pertama kita bikin rangkaian soil moisture, kaki Vcc pada modul soilmoisture dihungkan ke suplay, kaki GND dihubungkan ke ground. dan kaki Ao dihubungkan ke sebuah solenoid kemudian paralel dengan sebuah kapasitor 1000uf. kemudian diserikan ke resistor untuk memperkecil tegangan ke sebuah opamp yang dibuat rangkaian detector. ouput dari opamp diteruskan ke rangkaian fixed bias-transistor. saklar relay akan digunakan untuk rangkaian pompa.

3) kedua kita bikin rangkaian sensor pir yg dihubungkan ke transistor bipolar yang dibuat rangkaian fixed bias

4) ketiga kita bikin rangkaian LDR yang dibuat seperti rangkaian voltage devider bias.

5) keempat kita bikin rangkaian vibration sensor yang ouput sensor diteruskan ke rangkaian transistor fixed bias.

b) Rangkaian Simulasi

1) Foto Rangkaian

2) Prinsip Kerja Rangkaian

pertama, ldr akan mendeteksi keadaan siang atau malam. saat ldr di siang hari( terkena cahaya) maka nilai resistansinya kecil. sehingga pada rangkaian voltage divider bias ldr sebagai droptegangan di relay, saat ldr terkena cahaya maka relay akan mendapatkan cukup tegangan sehingga bisa on. saat relay on maka rangkaian pompa air akan tertutup.

selanjutnya sensor pir yang diletakkan di dekat kran. tujuannya untuk mendeteksi ada atau tidaknya orang disekitar area tembakan air tidak tersiram. kemudian sensor kelambaban, soil moisture akan bekerja saat kadar air dalam tanah kecil maka output sensor akan besar. oupt sensor akan dikeluarkan dari pin out menuju solenoid dan kapasitor kemudian diteruskan ke opamp amplifier sehingga bisa menyalakan relay.

selanjutnya rangkaian antisipasi kebocoran akibat gempa. saat terjadi gempa. sensor vibration akan mendeteksi atau berlogika satu. sehingga ada output dari sensor menuju kaki base transistor sehingga transistor on dan relay bisa mendapat arus dan relay aktif sehingga motor penutup pipa utama berputar dan memutus aliran air. saat ada pipa yang pecah karena reruntuhan maka air tidak meluber kemana mana sehingga terjadi pemborosan air.

[kembali]

d) Video 

 

 

 [kembali]

e) Download File

 

    Materi download

    Rangkaian download

    Video download

    Datasheet LDR download

    Datasheet PIR download

    Datasheet relay download

    Datasheet Resistor download

    Library PIR download

    Library Soil Moisture download

    Library Vibration download

[kembali]