UAS nomor 3

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Pengembangan Sistem Penyimpanan Alpukat Pasca Panen di dalam ruangan pendingin

DAFTAR ISI

1. Soal

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prinsip Kerja

5. Download File

1. Soal[Kembali]

1. Rancang, simulasikan dan jelaskan prinsip kerja rangkaian aplikasi sensor sesuai tugas kelompok anda dengan melibatkan kontrol yang memakai penguat transistor, op-amp. dan komponen dasar sistem digital. 2. Jelaskan prinsip kerja(+ grafik respon sensor) sensor-sensor yang dipakai dari no.1 berdasarkan sensor pasif/aktif, sensor analog/digital, sensor fisika/kimia/biologi, dan sensor thermal/mekanis/optic.

2. Alat dan Bahan[Kembali]

2.1 ALAT

  1. Gas Sensor

Sensor gas adalah perangkat elektronik yang dirancang khusus untuk mendeteksi keberadaan dan konsentrasi berbagai jenis gas dalam suatu lingkungan. Sensor ini bekerja dengan cara merespons perubahan sifat fisik atau kimia ketika berinteraksi dengan gas tertentu.

2. Load sensor

Load sensor atau sensor beban adalah perangkat elektronik yang berfungsi untuk mengukur besarnya gaya atau beban yang diberikan pada suatu objek. Perubahan gaya ini kemudian diubah menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca dan diinterpretasikan oleh sistem kontrol.

3. LDR sensor

LDR (Light Dependent Resistor) atau Resistor Bergantung Cahaya adalah komponen elektronik yang resistansinya berubah-ubah tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Semakin terang cahaya yang mengenai LDR, maka resistansinya akan semakin kecil, dan sebaliknya.

4. Sensor Suhu

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronik yang sangat berguna dalam berbagai aplikasi, terutama yang melibatkan pengukuran suhu. Sensor ini mengubah perubahan suhu menjadi sinyal listrik (tegangan) yang mudah dibaca dan diproses oleh mikrokontroler atau perangkat elektronik lainnya.

5. Sensor kelembapan

Sensor Kelembapan HIH adalah komponen elektronik yang dirancang khusus untuk mengukur tingkat kelembaban relatif di udara. HIH merupakan singkatan dari Humidity iNtegrated circuit. Sensor ini sangat populer karena akurasi, ukuran yang kompak, dan konsumsi daya yang rendah.

2.2 Bahan

1. Resistor

Spesifikasi resistor yang digunakan:

a. Resistor 10 ohm

b. Resistor 220 ohm

c. Resistor 10k ohm

            Datasheet resistor

 

2. Voltmeter

DC Voltemeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mnegukur tegangan DC. 

3. Baterai

     Digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.

     

4. Transistor NPN

                Transistor NPN merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, dan lain lain. 

    Spesifikasi dan konfigurasi pin:

Spesifikasi

5. 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). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. 

Spesifikasi tipe relay: 5VDC-SL-C

Tegangan coil: DC 5V

Struktur: Sealed type

Sensitivitas coil: 0.36W

Tahanan coil: 60-70 ohm

Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC

Ukuran: 196154155 mm

Jumlah pin: 5

Konfigurasi Pin

 Datasheet Relay

6. Dioda

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

7. LED

                         

 

8. OP-AMP

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah 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.

 

9. Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. 

Konfigurasi Pin

 Pin 1 : Terminal 1

 Pin 2 : Terminal 2

                Spesifikasi Motor DC

  

 10.  Switch 

Features 

• Constant ON resistance for signals ±10V and 100 kHz connection diagram

 • tOFF < tON. break before make action

 • Open switch isolation at 1.0 MHz -50 dB

 • < 1.0 nA leakage in OFF state • TTL. DTL. RTL direct drive compatibility

 • Single disable pin turns all sWitches in package OFF  

11. POWER SUPPLY

3. Dasar Teori[Kembali]

1. Sensor Gas

• Prinsip Kerja: Menggunakan elemen sensitif yang bereaksi dengan gas tertentu, menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan yang dapat diukur.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal untuk bekerja).
• Analog/Digital: Biasanya analog, karena menghasilkan tegangan sebanding dengan konsentrasi gas.
• Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (reaksi dengan molekul gas).
• Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung.

Grafik Respon

Grafik menunjukkan perubahan tegangan (V) yang mengikuti pola osilasi konsentrasi gas, disertai dengan sedikit noise untuk simulasi kondisi nyata.

---

2. Load Sensor (Strain Gauge)

• Prinsip Kerja: Mengukur perubahan resistansi akibat deformasi mekanis (tekanan atau gaya), yang diubah menjadi tegangan dengan jembatan Wheatstone.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Pasif.
• Analog/Digital: Analog (menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan).
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (deformasi mekanis).
• Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis.

Grafik Respon

Grafik menggambarkan tegangan (V) yang berubah sesuai dengan variasi beban (load) secara osilasi.

---

3. Sensor LDR (Light Dependent Resistor)

• Prinsip Kerja: Resistansi berubah sesuai intensitas cahaya yang diterima; resistansi berkurang saat intensitas cahaya meningkat.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Pasif.
• Analog/Digital: Analog (menghasilkan perubahan resistansi).
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (intensitas cahaya).
• Thermal/Mekanis/Optik: Optik.

Grafik Respon

Grafik menampilkan perubahan resistansi (Ohm) berdasarkan intensitas cahaya yang berosilasi, dengan noise realistis.

---

4. Sensor LM35

• Prinsip Kerja: Menggunakan elemen semikonduktor untuk menghasilkan tegangan keluaran yang proporsional dengan suhu.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal).
• Analog/Digital: Analog (menghasilkan tegangan linier terhadap suhu).
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (suhu).
• Thermal/Mekanis/Optik: Thermal.

Grafik Respon

Grafik menunjukkan tegangan (V) sebagai respon suhu yang berfluktuasi secara sinusoidal terhadap waktu.

---

5. Sensor Kelembapan HIH 5030

• Prinsip Kerja: Menggunakan elemen kapasitif untuk mendeteksi kelembapan relatif udara, menghasilkan tegangan proporsional.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal).
• Analog/Digital: Analog (tegangan berubah dengan kelembapan).
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (kelembapan udara).
• Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung

Grafik Respon

Grafik menunjukkan tegangan (V) yang berubah mengikuti variasi kelembapan relatif.

---

4. Prinsip Kerja[Kembali]

Gambar Rangkaian

C. Prinsip Kerja Rangkaian

Rangkaian ini adalah sistem otomatisasi berbasis dua sensor, yaitu sensor suhu (LM35) dan sensor kelembapan, untuk mengontrol perangkat pemanas dan pendingin. Sensor suhu LM35 menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan suhu yang diukur. Tegangan ini dialirkan ke detektor berbasis op-amp LM741 untuk dibandingkan dengan tegangan referensi. Tegangan referensi disesuaikan menggunakan potensiometer (RV) untuk menentukan ambang batas suhu. Pada detektor non-inverting, jika suhu melebihi 27°C, tegangan keluaran menjadi tinggi (logika "1"). Sebaliknya, pada detektor inverting, jika suhu di bawah 21°C, tegangan keluaran juga menjadi tinggi (logika "1"). Kedua keluaran ini akan digunakan sebagai sinyal kontrol untuk mengaktifkan pemanas atau pendingin.

Sensor kelembapan berfungsi serupa dengan menghasilkan tegangan keluaran berdasarkan kelembapan lingkungan. Tegangan ini dialirkan ke dua detektor LM741. Detektor non-inverting dirancang untuk mendeteksi kelembapan di bawah 60%, menghasilkan keluaran tinggi jika kondisi tersebut tercapai. Sebaliknya, detektor inverting mendeteksi kelembapan di atas 80% dan memberikan keluaran tinggi jika kondisi tersebut terpenuhi. Aliran arus dari kedua sensor ini melalui detektor memastikan bahwa kondisi kelembapan dan suhu dapat diukur secara bersamaan.

Output dari masing-masing detektor kemudian dialirkan ke encoder. Encoder bertugas menggabungkan sinyal logika dari detektor suhu dan kelembapan. Jika suhu lebih dari 27°C dan kelembapan kurang dari 60%, encoder mengaktifkan motor pendingin dengan memberikan sinyal logika yang sesuai. Sebaliknya, jika suhu kurang dari 21°C dan kelembapan lebih dari 80%, encoder memberikan sinyal untuk mengaktifkan motor pemanas. Aliran arus dari encoder ke motor memastikan bahwa perangkat yang sesuai diaktifkan.

Rangkaian ini menggunakan suplai daya sebesar +5V untuk sensor LM35 dan ±9V untuk op-amp LM741. Tegangan ini memastikan bahwa sensor dan detektor beroperasi dengan stabil. Tegangan dari sensor suhu dan kelembapan dialirkan ke input non-inverting atau inverting dari masing-masing op-amp melalui resistor. Potensiometer berfungsi untuk membagi tegangan suplai sehingga menghasilkan nilai referensi yang dapat diatur. Jika tegangan keluaran sensor melebihi atau kurang dari nilai referensi, op-amp menghasilkan tegangan keluaran tinggi yang digunakan untuk mengontrol perangkat.

Pada tahap akhir, aliran arus dari detektor diarahkan ke motor yang menggerakkan perangkat pendingin atau pemanas. Motor diaktifkan hanya jika kondisi logika dari encoder terpenuhi. Motor pendingin diaktifkan saat suhu tinggi dan kelembapan rendah, sedangkan motor pemanas diaktifkan saat suhu rendah dan kelembapan tinggi. Rangkaian ini juga dilengkapi indikator visual untuk menunjukkan status operasi, seperti pendingin aktif atau jendela dibuka. Dengan prinsip kerja ini, rangkaian mampu mengatur suhu dan kelembapan secara otomatis untuk menjaga kenyamanan ruangan.

Rangkaian ini menggunakan sensor Load Cell (LC1) untuk mendeteksi berat suatu benda, seperti durian. Ketika beban diletakkan pada Load Cell, sensor ini menghasilkan sinyal tegangan kecil yang proporsional terhadap berat benda. Tegangan ini kemudian diperkuat melalui amplifier non-inverting berbasis op-amp U13 (UA741). Tegangan keluaran dari amplifier ini dihitung menggunakan rumus Vo = (1 + RF/R1) × Vin, di mana RF dan R1 adalah resistor umpan balik yang menentukan tingkat penguatan.

Tegangan keluaran amplifier diteruskan ke input inverting op-amp U14, yang berfungsi sebagai detektor. Op-amp ini membandingkan tegangan keluaran Load Cell dengan tegangan referensi yang disetel menggunakan potensiometer RV5. Jika berat benda melebihi ambang batas (dalam hal ini 30 satuan berat), tegangan pada input inverting melebihi tegangan referensi, menghasilkan sinyal keluaran tinggi (logika "1") pada op-amp U14.

Sinyal dari op-amp U14 diteruskan ke basis transistor Q3 (BC547) melalui resistor bias RB2. Jika tegangan basis-emitor (Vbe) transistor mencapai ambang 0,6V, transistor akan aktif (saturasi), memungkinkan arus mengalir dari kolektor ke emitor. Aktivasi transistor ini menghidupkan relay RL3, yang terhubung dengan motor penggerak dan lampu indikator (LED hijau, D7). Motor kemudian mulai bekerja untuk memindahkan benda (durian), sementara lampu indikator menyala untuk menunjukkan bahwa proses sedang berlangsung.

Daya untuk motor dan lampu indikator disuplai melalui relay, yang diaktifkan oleh aliran arus dari transistor. Rangkaian ini memastikan bahwa motor hanya menyala ketika berat benda mencapai atau melebihi ambang batas yang telah ditentukan, membuat sistem efisien dan otomatis.

Pada rangkaian yang dimodifikasi untuk terhubung dengan sensor gas, proses aliran arus dimulai dari sensor gas, seperti MQ-series, yang mendeteksi konsentrasi gas di sekitarnya. Sensor ini mengubah konsentrasi gas menjadi sinyal tegangan analog yang bervariasi sesuai dengan tingkat gas yang terdeteksi. Sinyal tegangan tersebut kemudian diperkuat oleh amplifier non-inverting berbasis op-amp (U13), dengan penguatan yang ditentukan oleh konfigurasi resistor RF dan R1. Tegangan keluaran amplifier ini menjadi lebih besar dan proporsional terhadap konsentrasi gas. Tegangan keluaran dari amplifier selanjutnya diteruskan ke komparator berbasis op-amp (U14), di mana tegangan keluaran sensor dibandingkan dengan tegangan referensi yang disetel melalui potensiometer RV5. Jika tegangan keluaran sensor lebih besar dari tegangan referensi, op-amp menghasilkan logika tinggi pada outputnya, menandakan bahwa konsentrasi gas telah melebihi ambang batas yang ditentukan. Sinyal logika tinggi dari op-amp diteruskan ke basis transistor Q3 (BC547) melalui resistor RB2. Ketika tegangan pada basis transistor mencapai ambang 0,6V, transistor masuk ke mode saturasi, sehingga arus dapat mengalir dari kolektor ke emitor. Hal ini memungkinkan arus mengalir melalui kumparan relay RL3, sehingga relay menghubungkan sumber daya ke motor penggerak dan lampu indikator. Motor penggerak kemudian mulai beroperasi, menjalankan tindakan tertentu seperti mengaktifkan sistem ventilasi atau alat pengaman lainnya. Lampu indikator (D7) menyala untuk memberikan tanda bahwa sistem aktif dan berfungsi. Dengan demikian, rangkaian ini memastikan motor hanya menyala ketika konsentrasi gas melebihi ambang batas, memungkinkan pengoperasian yang efisien dan aman dalam kondisi darurat.

Video simulasi

5. Download File[Kembali]

Rangkaian proteus klik disini 

Video percobaan Klik disini

DataSheet Kelembapan Klik Disini  

Datasheet Lm35 Sensor Klik disini

DataSheet Resistor 10k  Klik disini 

DataSheet Dioda Klik disini

DataSheet Motor DC Klik disini 

DataSheet Relay 12V Klik Disini

DataSheet Resistor 10k  Klik disini 

DataSheet Dioda Klik disini

Datasheet Switch klik disini

Datasheet Seven Segment klik disini

Datasheet Potensiometer Klik disini

Datasheet LED klik disini

Datasheet Baterai klik disini

Datasheet 7432 (gerbang OR) klik disini

Download Datasheet Opamp [klik]

Datasheet IC 7447 Klik d]isini

Datasheet IC 555 Klik disini

Datasheet IC 4026 Klik disini

Datasheet IC 7482 Klik disini

Datasheet IC 4511 Klik disini

Library Load Cell Sensor Klik disini

Library Gas Sensor Klik disini

[menuju awal]