Kuliah Teknik Elektro

JEBAKAN TIKUS PINTAR DENGAN SENSOR ULTRASONIK DAN SENSOR PIR

A. Tujuan

· Untuk mengetahui apa itu sensor ultrasonic dan sensor PIR beserta prinsip kerjanya

· Untuk mengetahui pengaplikasian sensor ultrasonik dan sensor PIR

B. Alat dan Bahan

I. Alat

a. AC Power Supply

AC Power Supply adalah Power Supply yang mengubah suatu taraf tegangan AC ke taraf tegangan lainnya. Contohnya AC Power Supply yang menurunkan tegangan AC 220V ke 110V untuk peralatan yang membutuhkan tegangan 110VAC. Atau sebaliknya dari tegangan AC 110V ke 220V.

II. Bahan

a. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

b. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω).

c. Kapasitor

Capasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/ muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik atau komponen listrik yang mampu menyimpan muatan listrik yang dibentuk oleh permukaan (piringan atau kepingan) yang berhubungan yang dipisahkan oleh suatu penyekat.

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).

e. IC NE555

IC Timer atau IC Pewaktu adalah jenis IC yang digunakan untuk berbagai Rangkaian Elektronika yang memerlukan fungsi Pewaktu dan multivibrator didalamnya.

Konfigurasi pin IC NE555 :

1. GND, Ground

2. TR, Trigger berfungsi sebagai pemantik atau penyulut agar pewaktuan berkerja

3. Out, Output IC555 jadi selama dalam pewaktuan maka keluaran berada pada +VCC

4. Reset, berfungsi menyela atau menghentikan interval pewaktuan jika diberi tegangan 0 volt

5. CV, Control Voltage berfungsi sebagai pembagi tegangan sebesar 2/3 VCC

6. Threshold, berfungsi untuk menentukan akhir pewaktuan ( pewaktuan berakhir jika Vthr dibawah 2/3 VCC)

7. Discharge, bisanya disambungkan ke kapasitor dan berfungsi untuk pengosongan kapasitor. Selama pembuangan kapasitor menentukan interval pewaktuan

8. V+, supply tegangan postif untuk IC555 antara 3 Volt hingga 15 Volt DC

Spesifikasi IC 555:

· Tegangan masukan / Catu daya : 4.5 ∼ 15 V

· Besaran arus untuk 5 vdc : 3 ∼ 6 mA

· Besaran arus untuk 15 vdc : 10 ∼ 15 mA

· Maksimum output Arus : 200 mA

· Daya : 600 mW

· Suhu kerja antara : 0 to 70 °C

f. Ground

Ground adalah suatu system instalasi listrik yang bisa meniadakan beda potensial sebagai pelepasan muatan listrik berlebih pada suatu instalasi listrik dengan cara mengalirkannya ke tanah.

g. Potensiometer

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

h. Lampu

Merupakan Indikator yang dilihat perubahannya ketika rangkaian dijalankan.

h. Sensor Ultrasonik

Sensor jarak yang umum digunakan dalam penggunaan untuk mendeteksi jarak yaitu sensor ultrasonik. pengertian sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya.

Fungsi pin pada sensor ultrasonic :

1. VCC = 5V Power Supply. Pin sumber tegangan positif sensor.

2. Trig = Trigger/Penyulut. Pin ini yang digunakan untuk membangkitkan sinyal ultrasonik.

3. Echo = Receive/Indikator. Pin ini yang digunakan untuk mendeteksi sinyal pantulan ultrasonik.

4. GND = Ground/0V Power Supply. Pin sumber tegangan negatif sensor.

i. Dioda

Dioda adalah komponen komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor biasanya dari bahan silikon atau germanium. Karakteristik setiap jenisnya tentu berbeda beda. Ada diode yang menyearahkan arus bias, ada diode yang memancarkan cahaya, dan ada pula diode yang menerima cahaya.

j. Sensor PIR

Sensor PIR merupakan sensor yang dapat mendeteksi pergerakan, dalam hal ini sensor PIR banyak digunakan untuk mengetahui apakah ada pergerakan manusia/hewan dalam daerah yang mampu dijangkau oleh sensor PIR. Sensor ini memiliki ukuran yang kecil, murah, hanya membutuhkan daya yang kecil, dan mudah untuk digunakan.

k. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

C. Dasar Teori

a. Resistor

Rumus menghitung resitansi : R=V/I

Tabel warna resistor :

· Cara menentukan nilai resistor 4 gelang warna :

· Cara menentukan nilai resistor 5 gelang warna :

b. Kapasitor

Dibawah ini adalah beberapa fungsi daripada Kapasitor dalam Rangkaian Elektronika :

· Sebagai Penyimpan arus atau tegangan listrik

· Sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current)

· Sebagai Isolator yang menghambat arus DC (Direct Current)

· Sebagai Filter dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya)

· Sebagai Kopling

· Sebagai Pembangkit Frekuensi dalam Rangkaian Osilator

· Sebagai Penggeser Fasa

· Sebagai Pemilih Gelombang Frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator)

Berikut ini Contoh dari Rumus Kapasitor

Penjelasan:

Q = Muatan yang satuannya Coulumb
   C = Kapasitas yang satuannya Farad
   V = Tegangan yang satuannya Volt
    (1 Coulumb = 6,3*1018 elektron)

Jenis-jenis kapasitor :

c. IC NE555

Pengertian Integrated Circuit atau biasa disingkat dengan IC adalah sebuah komponen elektronika aktif yang terdiri dari gabungan ratusan, ribuan bahkan hingga jutaan transistor, dioda, resistor dan kapasitor yang diintegrasikan menjadi suatu rangkaian elektronika dalam sebuah kemasan kecil. Bahan utama dalam pembuatan sebuah Integrated Circuit (IC) adalah bahan semikonduktor. Silicon merupakan bahan semikonduktor yang paling sering digunakan dalam teknologi fabrikasi Integrated Circuit (IC).

Cara Kerja:

· Bagian trigger, berfungsi memberikan triger atau perintah ke IC 555 sebagai tanda proses timer dimulai

· Bagian THReshold, biasanya diberi kapasitor dan resistor variable untuk kecepatan waktu On Off agar dapat diatur sesuai keinginan.

Fitur Penting Pada IC 555

· Beroperasi dari berbagai rentang power supply mulai dari +5Volts hingga +18 volt tegangan pasokan.

· Sumber arus beban sebesar 200 mA

· Komponen eksternal harus dipilih dengan benar sehingga interval waktu dapat dibuat menjadi beberapa menit bersama dengan frekuensi melebihi beberapa ratus kilohertz.

· Output dari timer 555 dapat menggerakkan transistor-transistor logic (TTL) karena output arusnya yang tinggi.

· IC 555 memiliki stabilitas suhu 50 ppm per derajat perubahan suhu Celcius, atau setara dengan 0,005% / °C.

· Siklus tugas timer dapat disesuaikan.

· Pemborosan daya maksimum per-paket adalah 600 mW dan input pemicu serta resetnya memiliki kompatibilitas logika.

Konsep Dasar IC 555

IC 555 menggabungkan osilator relaksasi, dua komparator, R-S flip-flop , dan kapasitor discharge.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, dua transistor T1 dan T2 saling berpasangan. Kolektor transistor T1 menggerakkan basis transistor T2 melalui resistor Rb2. Kolektor transistor T2 menggerakkan basis transistor T1 melalui resistor Rb1.

Ketika salah satu transistor berada dalam keadaan jenuh, transistor lainnya akan berada dalam keadaan terputus atau cut-off. Jika kita menganggap transistor T1 jenuh, maka tegangan kolektor akan hampir nol.

Dengan demikian akan ada basis drive nol untuk transistor T2 dan akan masuk ke keadaan cut-off dan tegangan kolektornya mendekati +Vcc. Tegangan ini diterapkan ke basis T1 dan dengan demikian akan menjaganya tetap jenuh.

Sekarang, jika kita menganggap transistor T1 berada dalam keadaan terputus atau cut-off, maka tegangan kolektor T1 akan sama dengan + Vcc. Tegangan ini akan mendorong basis transistor T2 ke saturasi. Dengan demikian, keluaran kolektor jenuh dari transistor T2 akan hampir nol.

Nilai ini ketika diumpankan kembali ke basis transistor T1 akan membuatnya terputus. Maka, nilai saturasi dan cut-off dari salah satu transistor menentukan nilai Q tinggi dan rendah beserta komplemennya.

Dengan menambahkan lebih banyak komponen ke rangkaian, flip-flop R-S diperoleh. Flip-flop R-S adalah rangkaian yang dapat mengatur output Q ke level tinggi atau meresetnya menjadi rendah. Secara kebetulan, output Q komplementer (atau berlawanan) tersedia dari kolektor transistor lainnya.

Simbol skematis untuk flip flop S-R bisa dilihat di atas. Rangkaian akan terkunci baik dalam status Q atau kondisi pelengkapnya. Nilai input S yang tinggi akan menetapkan nilai Q menjadi tinggi. Nilai input R yang tinggi akan mengatur ulang nilai Q ke rendah, output Q tetap dalam keadaan tertentu sampai dipicu ke keadaan sebaliknya.

d. Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.

Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut.

Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.t/2

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04

e. Dioda

Pengertian dioda (diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

Berikut ini adalah jenis diode diantaranya:

Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan
Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali
Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya

Berikut ini adalah fungsi dari dioda antara lain:

Untuk alat sensor panas, misalnya dalam amplifier.
Sebagai sekering(saklar) atau pengaman.
Untuk rangkaian clamper dapat memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC.
Untuk menstabilkan tegangan pada voltage regulator
Untuk penyearah
Untuk indikator
Untuk alat menggandakan tegangan.
Untuk alat sensor cahaya, biasanya menggunakan dioda photo.

Cara kerja Dioda:

Dioda semikonduktor hanya bisa melewati satu arus yang searah, pada saat dioda memperoleh arus akan maju satu arah (forward Bias). Karena di dalam dioda ada junction yaitu pertemuan konduktor antara tipe p dan tipe n. kondisi ini dapat dikatakan bahwa konduksi penghantar masih tergolong kecil. Sedangkan bila dioda diberi satu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir.

Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai Penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier) dll.

f. Sensor 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.

Konfigurasi Pin :

1. Pengatur Waktu Jeda : Digunakan untuk mengatur lama pulsa high setelah terdeteksi terjadi gerakan dan gerakan telah berahir. *

2. Pengatur Sensitivitas : Pengatur tingkat sensitivitas sensor PIR *

3. Regulator 3VDC : Penstabil tegangan menjadi 3V DC

4. Dioda Pengaman : Mengamankan sensor jika terjadi salah pengkabelan VCC dengan GND

5. DC Power : Input tegangan dengan range (3 – 12) VDC (direkekomendasikan menggunakan input 5VDC).

6. Output Digital : Output digital sensor

7. Ground : Hubungkan dengan ground (GND)

8. BISS0001 : IC Sensor PIR

9. Pengatur Jumper : Untuk mengatur output dari pin digital.

(*) Catatan: Pin nomor 1 dan 2 digunakan untuk melakukan kalibrasi sensor PIR dengan mengatur posisi potentiometer pada posisi label MIN atau MAX.

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

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

g. Transistor

Transistor merupakan salah satu komponen terpenting dalam sebuah produk elektronika, hampir semua produk Elektronika menggunakannya sebagai Penguat sinyal, Saklar dan Penggerak atau driver. Dalam merangkai sebuah Transistor, terutama pada Transistor bipolar yang memiliki 3 terminal kaki ini terdapat 3 jenis rangkaian konfigurasi dasar yang digunakan. Ketiga jenis Konfigurasi dasar tersebut diantaranya adalah Common Base (Basis Bersama), Common Collector (Kolektor Bersama) dan Common Emitter (Emitor Bersama). Nama “Common” atau “bersama” ini menunjukan kaki terminal yang dipakai bersama untuk INPUT (masukan) atau OUTPUT (keluaran). Setiap konfigurasi memiliki respon yang berbeda-beda terhadap sinyal Input dalam rangkaiannya.

1. Konfigurasi Common Base (Basis Bersama)

Seperti namanya, yang dimaksud dengan Konfigurasi Common Base (CB) atau Basis Bersama 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.

2. Konfigurasi Common Collector (Kolektor Bersama)

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.

3. Konfigurasi Common Emitter (Emitor Bersama)

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.

h. Relay

Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal. Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang memiliki tegangan lebih tinggi.

Secara garis besar terdapat dua jenis relay, yaitu

· Relay elektromekanis : Relay yang menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar.

· Relay Solid State : Relay yang menggunakan teknologi semikonduktor (optocoupler) untuk melakukan switch ON dan OFF.

Pada gambar terdapat dua rangkaian elektronik, yang dinomeri (1) dan (2). Rangkaian (1) biasa disebut rangkaian picu (triggered circuit) yang (menggunakan prinsip elektromekanik) dapat mengendalikan apakah rangkaian (2) pada posisi ON ataupun OFF. Biasanya rangkaian (1) memiliki tegangan dan arus lebih rendah (karena terhubung dengan mikrokontroler atau rangkaian lain) daripada rangkaian (2) yang biasanya terhubung dengan tegangan AC 220V (untuk menyalakan lampu taman atau lainnya)

Ketika sinyal mengalir melalui rangkaian 1 (logika 1), sinyal tersebut mengalir pada kumparan dan menghasilkan gaya elektromagnetik dan menimbulkan medan magnet yang menarik kontak dan kemudian mengaktivasi rangkaian kedua (untuk bergerak ON ataupun OFF)

Ketika daya dari rangkaian 1 menghilang (logika 0), pegas akan menarik kontak kembali ke posisi awalnya, sehingga rangkaian (2) akan kembali off seperti semula.

D. Percobaan

a) Prosedur Percobaan

· Rangkai komponen seperti gambar rangkaian dibawah

· Jika sensor mendeteksi adanya tikus yang mendekat, maka sensor pir akan bekerja dan memutar motor rsehingga alat dapat menangkap tikus. Setelah tikus berada di dalam alat sensor ultrasonik akan mendeteksi dan menghidup lampu sebagai tanda bahwa tikus berada di dalam alat.

b) Rangkaian Simulasi

1. Gambar Rangkaian

Kondisi Ketika Sensor Tidak Bekerja

Kondisi Ketika Sensor Bekerja

2. Prinsip kerja

Jebakan tikus pintar ini bertujuan untuk menangkap tikus tanpa harus membunuhnya. Sensor PIR akan mendeteksi inframerah dari tikus. Jika sensor PIR mendeteksi adanya tikus, sensor akan aktif dan menggerakkan motor yang akan menangkap tikus. Jika tikus sudah berada didalam alat, sensor ultrasonik akan mendeteksi tikus dan memberi sinyal bahwasanya terdapat tikus didalam alat tersebut dengan indikator lampu akan manyala.

Kuliah Teknik Elektro

dropdown

Tidak ada komentar:

Posting Komentar