Otomatisasi Kran Air dengan Sensor Ultrasonik

 

A.    Tujuan

·         Untuk mengetahui apa itu sensor ultrasonic dan prinsip kerjanya

·         Untuk mengetahui pengaplikasian sensor ultrasonic

 

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.      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.

C.    Dasar Teori

a.    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).

Rumus mencari resitansi : R = V/I

Tabel warna resistor :

 

 

 

·         Cara menentukan nilai resistor 4 gelang warna :

 

·         Cara menentukan nilai resistor 5 gelang warna :

 

b.      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.

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

 

D.    Percobaan

a)      Prosedur Percobaan

·         Rangkai komponen seperti gambar rangkaian dibawah

·         Jika sensor mendeteksi adanya objek yang mendekat, maka sensor akan bekerja dan memutar motor pompa air

·         Pompa air akan bekerja dan mengalirkan air secara otomatis.

 

b)     Rangkaian Simulasi

1.      Gambar Rangkaian

 

2.      Prinsip kerja

               Perancangan kran air otomatis yang digunakan untuk menghemat pemakaian air dengan mengontrol pemakaian air. kran air otomatis ini menggunakan sensor ultrasonik sebagai pendeteksi keberadaan object atau anggota tubuh manusia yang sedang berwudhu. Prinsip kerja alat ini adalah ketika sensor ultrasonik mendeteksi keberadaan object dengan jarak ≤ 10 cm, maka relay akan aktif dan memutar motor pompa air sehingga air akan mengalir secara otomatis. Dan ketika sensor ultrasonik tidak mendeteksi keberadaan object dengan jarak ≤ 10 cm maka relay mati dan motor juga mati.

c)      Video

d)     Download File

- Materi disini

- Html disini

-Rangkaian disini

-Video disini

- Datasheet resistor disini

-Datasheet kapasitor disini

-Datasheet IC NE555 disini

-Datasheet sensor Ultrasonik HC-SR04 disini

- Datasheet Relay disini