Teknik Elektro-Hauzan Rahman: Dispenser Otomatis

[MENUJU AKHIR]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

1. Tujuan [Kembali]

Mampu menjelaskan dan memahami prinsip kerja encoder-decoder, mux-demux.
Mampu mengaplikasikan transistor bipolar, op amp, water level sensor, Touch, Infra red, PIR, LM35, dan rain sensor pada rangkaian dispenser otomatis.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

- Alat

Baterai
DC Voltmeter
Power Supply

- Bahan

Resistor

Spesifikasi resistor
Kapasitor Pompa Air
Dioda

Spesifikasi dioda

1. arus searah jangka panjang maksimum pada 75 ° C - 1.0 A
2. arus pulsa maksimum dengan durasi pulsa 3,8 ms - 30 A
3. drop tegangan melintasi dioda pada arus 1,0A - 1,1 V
4. kisaran suhu operasi - -65 ... + 175 ° С
5. frekuensi kerja maksimum - 1 MHz
Transistor Bipolar BC547

Konfigurasi pin transistor BC547

Spesifikasi transistor BC547

1. DC current gain maksimal 800
2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V
4. Arus Base maksimal 5mA
Induktor

Spesifikasi induktor
Op Amp LM358

Konfigurasi pin Op Amp

Spesifikasi Op Amp

Gelombang I/O Op Amp
Decoder (7447)
Demux(4555)

- Komponen Input

Water Level Sensor

Konfigurasi pin water level sensor

"S" stand for signal input
"+" stand for power supply
"-" stand for GND

Spesifikasi water level sensor

1. Tegangan kerja: 5V
2. Bekerja Saat Ini: <20ma br=""> 3. Antarmuka: Analog
4. Lebar deteksi: 40mm × 16mm
5. Suhu Kerja: 10 ℃ ~ 30 ℃
6. Berat: 3g
7. Ukuran: 65mm × 20mm × 8mm
8. Antarmuka yang kompatibel dengan Arduino
9. Konsumsi daya rendah
10. Sensitivitas tinggi
11. Sinyal tegangan keluaran: 0 ~ 4.2V

Grafik respon water level sensor
Sensor PIR

Konfigurasi pin sensor PIR

Spesifikasi sensor PIR
1. Vin : DC 5V 9V
2. Radius : 180 derajat
3. Jarak deteksi : 5 7 meter
4. Output : Digital TTL
5. Memiliki setting sensitivitas
6. Memiliki setting time delay
7. Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm
8. Berat : 10 gr

Grafik respon sensor PIR
NTC

Spesifikasi sensor NTC

1. Resistance pada 25DegC = 10 Ohm
2. Max Steady State Current = 7A
3. Approx.R @ Max.Cur =0.130 Ohm
4. Dissipation factor ()(mW/) = 32
5. Thermal time constant (s) = 150

Grafik respon sensor NTC
Rain Sensor

Konfigurasi pin rain sensor

Spesifikasi rain sensor

1. Konsumsi daya sangat sedikit
2. Sensor ini bermaterial dari FR-04 dengan dimensi 5cm x 4cm berlapis nikel dan dengan kualitas tinggi pada kedua sisinya
3. Pada lapisan module mempunyai sifat anti oksidasi sehingga tahan terhadap korosi
4. Tegangan kerja masukan sensor 3.3V – 5V
5. Menggunakan IC comparator LM393 yang stabil
6. Output dari modul comparator dengan kualitas sinyal bagus lebih dari 15mA
7. Dilengkapi lubang baut untuk instalasi dengan modul lainnya
8. Terdapat potensiometer yang berfungsi untuk mengatur sensitifitas sensor
9. Terdapat 2 Output yaitu digital (0 dan 1) dan analog (tegangan)
10. Dimensi PCB yaitu 3.2 cm x 1.4 cm

Grafik respon rain sensor
Push Button

Konfigurasi pin dan spesifikasi push button

- Komponen Output

Relay

Konfigurasi pin relay

Spesifikasi relay
LED

Spesifikasi pin LED

Konfigurasi pin LED
Heater
Motor DC

Konfigurasi motor dc

Spesifikasi motor dc

1. Stepper motor tipe bipolar yang bekerja pada tegangan 9V.
2. Tipe: bipolar.
3. Kondisi: refurbished, sudah diuji @ 9V.
4. Tegangan kerja: 12V (new-rated), 259mA.
5. Resolusi: 7,5º/step (full step).
6. Torsi: 38,2 mN.m (new-rated).
Buzzer

Konfigurasi pin buzzer

Spesifikasi buzzer

- Komponen Lainnya

Ground
Logicstate

3. Dasar Teori [Kembali]

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. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V =I.R).
Simbol resistor

Cara menentukan nilai resistor dengan gelang warna :

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang keempat atau pangkatkan angk tersebut dengan 10 (10^n) dan dikalikan ke ketiga warna gelang tadi.
5. Gelang kelima ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

Rumus Resistor

Seri : Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n

Paralel: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n
Transistor Bipolar

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.

Jenis-jenis Transistor Bipolar

Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. • Transistor NPN adalah 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.
• Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

3 konfigurasi transistor bipolar

Cara membedakan transistor NPN dengan PNP

Karakteristik input
Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.
Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik output
Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor
Pemberian bias
Ada beberapa macam rangkaian pemberian bias, yaitu:
1. Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar 58. Karakteristik Output.

2.Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar 60.

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.
Kapasitor Pompa Air

Kapasitor pada motor listrik 1 fasa hanya berfungsi sebagai starter atau membantu motor untuk bisa memulai berputar. Didalam motor listrik 1 fasa kapasitor terdapat 2 koil/kumparan, yaitu koil utama dan koil bantu. Ketika steker listrik di tancapkan dan arus listrik masuk, maka ke 2 koil tersebut mendapatkan aliran listrik. Koil utama akan secara langsung dialiri listrik; sementara pada koil bantu arus listrik akan melewati kapasitor lebih dahulu sebelum mengalirinya. Pada saat ini terjadi tarik menarik medan magnit yang menyebabkan rotor mulai berputar, setelah motor berputar kapasitor akan memutuskan aliran listrik sehingga koil bantu saat ini sudah tidak menerima pasokan listrik lagi.

Pada intinya kapasitor hanya berfungsi untuk start atau memutar rotor untuk pertamakali. Jadi ketika kapasitor rusak maka arus tak bisa melewati koil bantu sehingga motor listrik pompa air tidak berputar.

a. Fungsi Kapasitor Pompa Air sebagai Kapasitor Start

Jika sobat hanya melihat satu kapasitor saja pada pompa air maka fungsi kapasitor pada pompa air ini adalah sebagai kapasitor start (capacitor start) untuk membantu putaran awal saat pompa pertama kali dinyalakan.

Perlunya kapasitor ini karena torsi putaran awal dinamo dengan supply listrik arus AC yang cukup besar sehingga tenaga dari jala listrik PLN saja tidak cukup. Oleh karena itu kapasitor pada pompa air dipasang pada bagian coil start gulungan dinamo pompa air.

Kurang lebih berikut ini secara umum adalah gambar rangkaian listrik pada pompa air, perlu diketahui mungkin pada beberapa model terdapat perbedaan :

Jika tidak ada kapasitor start atau kondisi kapasitor sudah dalam keadaan rusak pada pompa air maka dinamo hanya akan berdengung saja karena tidak cukup tenaga untuk memutar motor listrik. Untuk itulah fungsi kapasitor pada pompa air digunakan.

b. Fungsi Kapasitor Pompa Air sebagai Kapasitor Run

Selain sebagai kapasitor start, pada beberapa pompa air juga terdapat kapasitor running (capacitor running), fungsi kapasitor running pada pompa air adalah supaya putaran dinamo menjadi lebih halus sekaligus lebih bertenaga.

Kapasitor Run biasanya memiliki nilai kapasitas yang lebih rendah dari kapasitor start dan biasanya bukan dari jenis kapasitor elektrolit. Jika terdapat kerusakan pada run kapasitor maka harus diganti dengan nilai yang sesuai karena jika kapasitansi terlalu tinggi akan menyebabkan pergeseran fasa tidak sempurna. Berikut ini contoh diagram pompa air dengan kapasitor start dan running :

Jika kapasitor Run terlalu tinggi, maka akan menyebabkan pergeseran fasa kurang dari seharusnya, arus yang mengalir ke dinamo akan terlalu besar dan menyebabkan dinamo overheat.

Sebaliknya jika kapasitor Run terlalu rendah akan menyebabkan pergeseran fasa menjadi lebih besar, arus ke dinamo menjadi kurang yang menyebabkan performa dinamo pompa air menurun dan suara pompa menjadi kasar.
Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.

Dalam ilmu fisika dioda digunakan untuk penyeimbang arah rangkaian elektronika. Elektronika memiliki dua terminal yaitu anoda berarti positif dan katoda berarti negatif. Prinsip kerja dari anode berdasarkan teknologi pertemuan positif dan negative semikonduktor. Sehingga anode dapat menghantarkan arus litrik dari anoda menuju katoda, tetapi tika sebaliknya katoda ke anoda.

Dioda digambarkan seperti sebuah switch/saklar dimana saklar tersebut hanya akan bekerja di beri tegangan atau arah arus sesuai dengan polaritas kaki ioda itu sendiri. Pada arah bias maju, bias kaki anoda diberikan tegangan (+) dan tegangan (-) pada katoda maka dioda akan dapat mengalirkan arus pada satu arah. Sedangkan pada arah arus mundur bias dimana kaki anoda diberi tegangan (-) dan tegangan (+) pada katoda maka saklar menjadi terbuka atau saklar OFF.

Jenis-jenis dioda : 1. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan 2. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC. 3. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali 4. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan. 5. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya
Induktor

Induktor merupakan komponen Elektronika Pasif yang sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika, terutama pada rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi Radio. Induktor atau dikenal juga dengan Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan. Pada dasarnya, Induktor dapat menimbulkan Medan Magnet jika dialiri oleh Arus Listrik. Medan Magnet yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang relatif singkat. Dasar dari sebuah Induktor adalah berdasarkan Hukum Induksi Faraday.

Kemampuan Induktor atau Coil dalam menyimpan Energi Magnet disebut dengan Induktansi yang satuan unitnya adalah Henry (H). Satuan Henry pada umumnya terlalu besar untuk Komponen Induktor yang terdapat di Rangkaian Elektronika. Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Henry digunakan untuk menyatakan kemampuan induktansi sebuah Induktor atau Coil. Satuan-satuan turunan dari Henry tersebut diantaranya adalah milihenry (mH) dan microhenry (µH). Simbol yang digunakan untuk melambangkan Induktor dalam Rangkaian Elektronika adalah huruf “L”.
Op Amp

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian dasar Op Amp
Decoder (IC 7447)

IC BCD 7447 merupakan IC yang bertujuan mengubah data BCD (Binary Coded Decimal) menjadi suatu data keluaran untuk seven segment. IC 7447 yang bekerja pada tegangan 5V ini khusus untuk menyalakan seven segment dengan konfigurasi common anode. Sedangkan untuk menyalakan tampilan seven segment yang bekerja pada konfigurasi common cathode menggunakan IC BCD 7448.

IC ini sangat membantu untuk meringkas masukan seven segmen dengan jumlah 7 pin, sedangkan jika menggunakan BCD cukup dengan 4 bit masukan. IC BCD bisa juga disebut dengan driver seven segment. Berikut konfigurasi Pin IC 7447.

Konfigurasi Pin Decoder:

a. Pin Input IC BCD, memiliki fungsi sebagai masukan IC BCD yang terdiri dari 4 Pin, nama pin masukan BCD dilangkan dengan huruf kapital yaitu A, B, C dan D. Pin input berkeja dengan logika High=1.

b. Pin Ouput IC BCD, memiliki fungsi untuk mengaktifkan seven segmen sesuai data yang diolah dari pin input. Pin output berjumlah 7 pin yang namanya dilambangkan dengan aljabar huruf kecil yaitu, b, c, d, e, f dan g. Pin Output bekerja dengan logika low=0. Karena itulah IC 7447 digunakan untuk seven segment common anode.

c. Pin LT (Lamp Test) memiliki fungsi untuk mengaktifkan semua output menjadi aktif low, sehingga semua led pada seven segmen menyala dan menampilkan angka 8. Pin LT akan aktif jika diberi logika low. Pin ini juga digunakan untuk mengetes kondisi LED pada seven segment.

d. Pin RBI (Ripple Blanking Input) memiliki fungsi untuk menahan data input (disable input), pin RBI akan aktif jika diberi logika low. Sehingga seluruh pin output akan berlogika High, dan seven segment tidak aktif.

e. Pin RBO (Ripple blanking Output) memiliki fungsi untuk menahan data output (disable output), pin RBO ini akan aktif jika diberikan logika Low. Sehingga seluruh pin output akan berlogika High, dan seven segment tidak aktif.

Pada aplikasi IC dekoder 7447, ketiga pin (LT, RBI dan RBO) harus diberi logika HIGH=1 agar tidak aktif. Baik IC 7447 atau 7448 pada bagian output perlu dipasang resistor untuk membatasi arus yang keluar sehingga led pada seven segment bekerja secara optimal. Berikut ini rangkaian IC dekoder 7448 untuk konfigurasi seven segment common cathode.

Truth Table

Demux(4555)

4555 dapat digunakan sebagai Demultiplexer, yaitu dapat mengambil satu input dan menyediakan salah satu dari 4 saluran keluaran berdasarkan pin pilih saluran. Di sini pin input akan menjadi Q0, Q1, Q2, Q3.

4555 terdapat A,B, E sebagai input dan Q0, Q1, Q2, Q3 sebagai output dengan ketentuan berdasarkan truth table seperti berikut.

- Komponen Input

Water Level Sensor

Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Pada rangkaian ini bisa digunakan capcitor dan induktor agar switch relay tidak berpindah-pindah. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya.

Grafik respon water level sensor
Sensor PIR

Sensor PIR atau disebut juga dengan Passive Infra Red merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu object. Sensor PIR bersifat pasif, yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek dan karena semua objek memancarkan energi radiasi, sebagai contoh ketika terdeteksi sebuah gerakan dari sumber infra merah dengan suhu tertentu yaitu manusia mencoba melewati sumber infra merah yang lain 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, Lensa Fresnel, Penyaring Infra Merah, Sensor Pyroelektrik, Penguat Amplifier, Komparator.

a. Lensa Fresnel
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.

b. 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.

c. Pyroelectric Sensor
Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32˚C, 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.

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

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

Cara kerja sensor Passive Infra Red (PIR)

Sensor PIR bekerja dengan cara menangkap pancaran infra merah, kemudian pancaran infra merah yang tertangkap akan masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, sinar infra merah mengandung energi panas membuat sensor pyroelektrik dapat menghasilkan arus listrik. Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh sensor. Kemudian komperator akan membandingkan sinyal yang sudah diterima dengan tegangan referensi tertentu yang berupa keluaran sinyal 1-bit. Sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1. 0 saat sensor tidak mendeteksi adanya perubahan pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR hanya dapat mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Manusia memiliki suhu badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang antara 9-10 mikrometer, panjang gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR membuat sensor ini sangat efektif digunakan sebagai human detektor. Sensor PIR hanya akan mendeteksi jika objek bergerak atau secara teknis saat terjadi adanya perubahan pancaran infra merah. Pada umumnya sensor PIR memiliki jangkauan pembacaan efektif hingga 5 meter, namun sensor PIR memiliki jangkauan jarak dan sudut pembacaan yang bervariasi, tergantung karakteristik sensor.

Grafik respon sensor Passive Infra Red (PIR)

1. Respon terhadap arah, jarak, dan kecepatan

Grafik Pir 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

Grafik PIR 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.
NTC

Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient). Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika suhu di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik / Negatif). Sedangkan untuk Thermistor PTC, semakin tinggi suhu disekitarnya, semakin tinggi pula nilai resistansinya (berbanding lurus / Positif).

Pada umumnya Thermistor NTC adalah Komponen Elektronika yang berfungsi sebagai sensor pada rangkaian Elektronika yang berhubungan dengan Suhu (Temperature). Suhu operasional Thermistor berbeda-beda tergantung pada Produsen Thermistor itu sendiri, tetapi pada umumnya berkisar diantara -90°C sampai 130°C. Beberapa aplikasi Thermistor NTC di kehidupan kita sehari-hari antara lain sebagai pendeteksi Kebakaran, Sensor suhu di Engine (Mesin) mobil, Sensor untuk memonitor suhu Battery Pack (Kamera, Handphone, Laptop) saat Charging, Sensor untuk memantau suhu Inkubator, Sensor suhu untuk Kulkas, sensor suhu pada Komputer dan lain sebagainya. Thermistor NTC atau Thermistor PTC merupakan komponen Elektronika yang digolongkan sebagai Komponen Transduser, yaitu komponen ataupun perangkat yang dapat mengubah suatu energi ke energi lainnya. Dalam hal ini, Thermistor merupakan komponen yang dapat mengubah energi panas (suhu) menjadi hambatan listrik.
Grafik respon sensor NTC
Rain Sensor

Rain sensor merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi hujan turun atau tidak. Intinya sensor ini jika terkena air pada papan sensornya maka resistansinya akan berubah, semakin banyak semakin kecil dan sebaliknya. Pada sensor ini, terdapat integrated circuit atau IC (komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor, dan lain-lain) komparator yang berfungsi memberikan sinyal berupa logika ‘on’ dan ‘off’.

Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, yang dapat difungsikan dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari – hari. Dipasaran sensor ini dijual dalam bentuk module sehingga hanya perlu menyediakan kabel jumper untuk dihubungkan ke mikrokontroler atau Arduino.

Prinsip kerja dari module sensor ini yaitu pada saat ada air hujan turun dan mengenai panel sensor maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan. Dan karena air hujan termasuk dalam golongan cairan elektrolit yang dimana cairan tersebut akan menghantarkan arus listrik.

Pada sensor hujan ini terdapat ic komparator yang dimana output dari sensor ini dapat berupa logika high dan low (on atau off). Serta pada modul sensor ini terdapat output yang berupa tegangan pula. Sehingga dapat dikoneksikan ke pin khusus Arduino yaitu Analog Digital Converter.

Dengan singkat kata, sensor ini dapat digunakan untuk memantau kondisi ada tidaknya hujan di lingkungan luar yang dimana output dari sensor ini dapat berupa sinyal analog maupun sinyal digital.

Grafik respon rain sensor
Push Button

Push Button adalah saklar yang berupa tombol dan berfungsi sebagai pemutus atau penyambung arus listrik dari sumber arus ke beban listrik. Suatu sistem saklar tekan push button terdiri dari saklar tekan start, stop reset dan saklar tekan untuk emergency. Push button memiliki kontak NC (normally close) dan NO (normally open).

Prinsip kerja Push Button adalah apabila dalam keadaan normal tidak ditekan maka kontak tidak berubah, apabila ditekan maka kontak NC akan berfungsi sebagai stop (memberhentikan) dan kontak NO akan berfungsi sebagai start (menjalankan) biasanya digunakan pada sistem pengontrolan motor – motor induksi untuk menjalankan mematikan motor pada industri – industri.

Push button dibedakan menjadi beberapa tipe, yaitu:

a. Tipe Normally Open (NO)
Tombol ini disebut juga dengan tombol start karena kontak akan menutup bila ditekan dan kembali terbuka bila dilepaskan. Bila tombol ditekan maka kontak bergerak akan menyentuh kontak tetap sehingga arus listrik akan mengalir.

b. Tipe Normally Close (NC)
Tombol ini disebut juga dengan tombol stop karena kontak akan membuka bila ditekan dan kembali tertutup bila dilepaskan. Kontak bergerak akan lepas dari kontak tetap sehingga arus listrik akan terputus.

c. Tipe NC dan NO
Tipe ini kontak memiliki 4 buah terminal baut, sehingga bila tombol tidak ditekan maka sepasang kontak akan NC dan kontak lain akan NO, bila tombol ditekan maka kontak tertutup akan membuka dan kontak yang membuka akan tertutup

- Komponen Output

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.

Relay terdapat 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar di bawah ini.

Kontak point relay terdiri dari 2 jenis yaitu:

• Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi close (tertutup).
• Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berapa pada posisi open (terbuka).

Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.
LED

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna). LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

Tegangan maju LED
Heater

Heater merupakan alat yang digunakan sebagai pemanas air, alat ini menggunakan daya sebesar 100 watt yang yang nantinya daya terseput dikonversikan menjadi energi panas yang suhunya akan meningkaat 1 derajat setiap kenaikan tegangan 1V.
Motor DC

Motor yang beroperasi pada arus DC disebut sebagai Motor DC dan motor yang menggunakan arus AC disebut sebagai motor AC. Umumnya kamu tidak akan terlalu banyak menjumpai motor AC tetapi motor DC hampir digunakan dimana saja, yang mana di bidang listrik dinamai DC motor.

Motor DC adalah motor listrik yang merupakan perangkat elektromekanis yang menggunakan interaksi medan magnet dan konduktor untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik putar, dimana motor DC dirancang untuk dijalankan dari sumber daya arus searah (DC). Sudah lebih dari 100 tahun motor DC brush (disikat) digunakan dalam industri serta aplikasi domestik.

Prinsip Kerja Motor DC

Komponen utama dari Motor DC adalah Winding/liltan, Magnet, Rotors, Brushes, Stator dan sumber arus searah (Arus DC). Ketika armature ditempatkan dalam medan magnet yang dihasilkan oleh magnet maka armature diputar dengan menggunakan arus searah, hal ini menghasilkan gaya mekanik. Dengan memanfaatkan putaran motor DC banyak jenis pekerjaan yang dapat dikerjakan.
Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi kisaran 1-5 KHz hingga 100 KHz untuk aplikasi ultrasound. Buzzer ini biasa dipakai pada sistem alarm. Juga bisa digunakan sebagai indikasi suara. Buzzer adalah komponen elektronika yang tergolong tranduser. Sederhananya buzzer mempunyai 2 buah kaki yaitu positive dan negative. Untuk menggunakannya secara sederhana kita bisa memberi tegangan positive dan negative 3 - 12V.

Cara kerja buzzer

Tegangan Listrik yang mengalir ke buzzer akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut akan diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh manusia.

- Komponen Lainnya

Ground

Ground adalah suatu sistem instalasi listrik yang bisa meniadakan beda potensial sebagai pelepasan muatan listrik berlebih pada suatu instalasi listrik dengan cara mengalirkannya ke tanah sehingga istilah sehari hari yang sering digunakan yaitu pentanahan atau arde.
Logicstate

Logicstate berfungsi untuk menunjukkan keadaan logika o dan logika 1. Sinyal biner adalah sinyal digital yang hanya memiliki dua nilai yang valid. Dalam istilah fisik, pengertian logis dari sinyal biner ditentukan oleh level tegangan atau nilai arus sinyal, dan ini pada gilirannya ditentukan oleh teknologi perangkat. Dalam sirkuit TTL, misalnya, keadaan sebenarnya diwakili oleh logika 1, kira-kira sama dengan +5 volt pada garis sinyal; logika 0 kira-kira 0 volt. Tingkat tegangan antara 0 dan +5 volt dianggap tidak ditentukan.

4. Percobaan [Kembali]

Prosedur Percobaan

1. Buka aplikasi proteus
2. Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen led, buzzer, water level sensor, touch sensor, NTC, rain sensor, transistor bipolar dan mosfet, resistor, kapasitor, induktor, baterai
3. Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
4. Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
5. Jalankan simulasi rangkaian.
Rangkaian Simulasi
1. Saat water level sensor belum aktif

2. Saat water level sensor aktif

3. Saat rain sensor aktif mendeteksi kebocoran

4. Saat sensor PIR mendeteksi orang

5. Saat NTC mendeteksi suhu <25 maka heater aktif

6. Saat NTC mendeteksi suhu >25 maka pendingin air aktif

7. Tampilan Penuh
Prinsip Kerja

Rangkaian ini menggunakan water level sensor, touch sensor, NTC, dan rain sensor yang mana apabila dispenser otomatis hidup dan mati karena water level sensor dan apabila terjadi kebocoran dapa dideteksi dengan rain sensor. Kemudian sensor sentuh untuk mengaktifkan NTC dimana akan mengatur panas atau dingin air saat digunakan di kamar mandi.

water level saat air masih mengisi maka resistansi besar sehingga tegangan yang dikeluarkanpun kecil. Maka relay saat ini masih dalam keadaan mati karena Vbe yang masih belum bisa mengaktifkan transistor yang ditandai dengan hidupnya motor untuk memompa air dan led biru. Dan kemudian ketika air sudah mulai penuh maka resistansi akan kecil sehingga tegangan yang dikeluarkanpun besar yaitu +4,97 V diumpankan ke R1 maka Vbe +0,71 V cukup untuk mengaktifkan transistor. Dengan aktifnya transistor, maka ada arus dari power supply menuju relay diteruskan ke kaki kolektor transistor, kemudian menuju kaki emitor transistor, R2, dan diteruskan ke ground, sehingga relay menjadi akan berpindah. Dengan aktifnya relay, maka posisi switch berpindah dari kanan ke kiri yang menyebabkan terbentuk rangkaian loop tertutup dan arus mengalir mengaktifkan led hijau sebagai indikator bahwa air sudah penuh.

Ketika ada kebocoran maka sensor rain berlogika 1 sehingga tegangan yang masuk adalah 5V kemudian diperkuat dengan non inverting amplifier dimana penguatannya dua kali yaitu R20/R19+1 sehingga tegangan outputnya menjadi 10 V. Kemudian diteruskan ke resistor setelah itu tegangan Vbe sebesar 0,81 V akan mengaktifkan transistor sehingga dari supplai menuju relay lalu ke kolektor dan emitor lalu ke ground dengan adanya arus melewati relay maka switch relay bergeser dan akan megaktifkan buzzer sebagai peringatan telah terjadi kebocoran dan indikator led kuning menyala.

Ketika ada orang maka PIR logika menjadi 1 sehingga tegangan yang masuk adalah 5V diteruskan ke R31 kemudian diperkuat dengan non inverting amplifier dimana penguatannya dua kali yaitu R7/R6+1 sehingga tegangan outputnya menjadi 10 V. Kemudian diteruskan ke R8 setelah itu tegangan Vbe sebesar 0,81 V akan mengaktifkan transistor sehingga dari supplai menuju relay lalu ke kolektor dan emitor lalu ke ground dengan adanya arus melewati relay maka switch relay bergeser.
Ketika relay bergeser kemudian ada generator dc sebagai sumber tegangan yang akan mengaktifkan NTS. Di NTC ada pembagi tegangan dimana ntc 10 k dan resistor 10 k akan membagi tegangan sumber 10V menjadi setengahnya sekitar 5V pada suhu dasar 25oC. Kemudian ada rangkaian detektor inverting, tegangan masuk ke kaki inverting yang akan nantinya akan menjadi Vi. Untuk Vref pada diatur pada +6V. Ketika NTC mendeteksi suhu kecil dari 25 maka Vi sebesar +5,9V akan kecil dari Vref yaitu +6V maka untuk Vo yang dihasilkan adalah +Vsat atau Aol (V1-V2) yaitu +8,94V, kemudian diumpankan ke R25 dan Vbe sebesar +0,81V akan mengaktifkan transistor sehingga ada arus dari supplai menuju resistor relay lalu ke kolektor dan emitor, R26, lalu ke ground dengan adanya arus melewati relay maka switch relay bergeser dari kanan ke kiri, sehingga heater akan hidup ditandai dengan hidupnya led hijau. Kemudian ketika NTC mendeteksi suhu >25 ke atas maka Vi sebesar +6,11V akan besar daripada Vref yaitu +6V maka untuk Vo yang dihasilkan adalah -Vsat yaitu -9,93V. Kemudian diumpankan ke R25 namun Vbe -2,49V tidak bisa mengaktifkan transistor sehingga arus tidak mengalir ke relay dan relay kembali ke kondisi awal maka akan menghidupkan motor untuk pendingin air dengan indikator led merah.