Hafiz Patria Akbar: Pengukur Kecepatan Dengan Infrared dan Vibration sensor

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Rangkaian Simulasi

6. Video

7. Download file

1. Tujuan [Kembali]

- Dapat memahai cara kerja sensor fisika.

- Dapat mengaplikasikan sensor fisika pada rangkaian.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

2.1 Alat

1. Power supply

Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

2. Voltmeter

Berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik,dimana untuk penyusunannya dilakukan secara pararel terhadap posisi komponen.

2.2 Bahan

1. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Spesifikasi

10k 2 buah

20k 2 buah

Datasheet

2. Op-AMP

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai comparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :

a. Pin 1,7,8,14 (Output)

Merupakan sinyal output.

b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input.

c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan).

d. Pin 4 (+Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.

e. Pin 11 (-Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt

3. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

4.ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

5. Sensor Infrared

Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Sensor infared terdiri dari led infrared sebagai pemancar sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.

Konfigurasi pin infrared:

Konfigurasi pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah:

a. output (Out),

b. Vs (VCC +5 volt DC),

c. Ground (GND)

Grafik Respon Sensor Infrared:

Datasheet Infrared:

6. Vibration Sensor

Sensor getaran adalah suatu perangkat atau device yang mengubah besaran fisis berupa getaran menjadi besaran elektrik yang bisa berupa tegangan maupun arus. Pada umumnya getaran ini diubah menjadi arus karena pertimbangan bahwa jarak antara sensor dengan kontroler tidaklah sangat dekat, ada kemungkinan jaraknya jauh. Bila getaran tersebut diubah menjadi arus, maka arus yang dihasilkan sensor dengan arus yang diterima kontroler akan sama besarnya. Hal ini tentunya akan berbeda jika getaran diubah menjadi tegangan.Tegangan yang dihasilkan sensor akan tidak sama dengan tegangan yang diterima kontroler sebagai akibat dari adanya losses.

Sensor getaran mempunyai peranan yang sangat penting dalam berbagai penerapan, seperti alat untuk pendeteksi gempa bumi, analisa kerja mesin, analisa struktur bangunan gedung bertingkat, pengeboran tambang minyak, analisa kekuatan getaran jembatan, dan lain sebagainya yang tentunya segala penerapan yang berhubungan dengan getaran.

Macam-macam sensor getar adalah sensor geophone, piezoelectrik, akselerometer, sensor UGN 3503 dan lain sebagiannya. Transistor NPN, arus akan mengalir dari kolektor ke emitor jika basisnya dihubungkan ke ground (negatif). Arus yang mengalir dari basis harus lebih kecil daripada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor, oleh sebab itu maka ada baiknya jika pada pin basis dipasang sebuah resistor.

Komponen Output

a. Relay

Konfigurasi Pin

Spesifikasi

b. Motor DC

Motor DC adalah suatu peramgkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik (motion).

Grafik

Spesifikasi

c.Buzzer

Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

Pinout:

Spesifikasi:

3. Dasar Teori [Kembali]

1. Resistor

Cara menghitung nilai resistor

Tabel 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

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Parapel dan Seri

2. OP-AMP

Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya.

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :

Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +

Masukan pembalik (Inverting) –

Keluaran Vout

Catu daya positif +V

Catu daya negatif –V

Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)

Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)

Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)

Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)

Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)

Karakteristik tidak berubah dengan suhu

a. op-amp Inverting

Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif. Vout = - (Rf / R1) Vin

b.op-amp Non Inverting

Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa. Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

3. Buzzer

Seperti namanya, Piezoelectric Buzzer adalah jenis Buzzer yang menggunakan efek Piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator. Berikut ini adalah gambar bentuk dan struktur dasar dari sebuah Piezoelectric Buzzer.

Jika dibandingkan dengan Speaker, Piezo Buzzer relatif lebih mudah untuk digerakan. Sebagai contoh, Piezo Buzzer dapat digerakan hanya dengan menggunakan output langsung dari sebuah IC TTL, hal ini sangat berbeda dengan Speaker yang harus menggunakan penguat khusus untuk menggerakan Speaker agar mendapatkan intensitas suara yang dapat didengar oleh manusia. Piezo Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi di kisaran 1 – 5 kHz hingga 100 kHz untuk aplikasi Ultrasound. Tegangan Operasional Piezoelectric Buzzer yang umum biasanya berkisar diantara 3Volt hingga 12 Volt.

4.Infrared Sensor

Komponen led inframerah atau infra red (IR) pada dasarnya adalah led yang memancarkan sinar infra merah dengan panjang gelombang 850nm.

Infra red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier). Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP

Prinsip Kerja sensor infrared:

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

Rangkaian dasar sensor infrared common emitter yang menggunakan led infrared dan fototransistor Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3

Keadaan Basis Mendapat Cahaya Infra Merah dan Berubah Menjadi Saklar (Switch Close) Secara Sesaat

Grafik Respon Sensor Infrared:

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.

5. Vibration Sensor

Grafik Respon :

Skematik:

Pertama, mari kita mulai dengan SW1 yang di sudut kiri bawah. Sebenarnya, SW1 adalah modul getaran SW-420. Ketika modul dalam keadaan stabil, modul dihidupkan. Pin2 dari U1A terhubung ke GND melalui SW1.
VR1 adalah potensiometer, Pin2 dari potensiometer terhubung ke Pin3 dari U1A
U1A adalah comparators. Untuk komparator,

V_{o u t} = {\begin{matrix} H i g h, & if V_{+} > V_{-} L o w, & if V_{+} < V_{-} \end{matrix}

V+ terhubung ke Pin3, V- terhubung ke Pin2, V_out terhubung ke Pin1.
Untuk V+ Anda dapat menyesuaikannya dengan memutar potensiometer, misalnya, kita dapat membuatnya

V C C / 2

.
Untuk V-, itu tergantung pada SW1(SW-420):

Jika modul ini dalam keadaan stabil, SW1 akan bekerja, Pin2 dari U1A terhubung dengan GND melalui SW1. Itu akan terjadi seperti ini:

\begin{matrix} V - = 0 V V + = V C C / 2 \end{matrix}} V_{o u t} = H i g h

Jika modul bergetar atau miring, SW1 akan bekerja, tegangan pada V- akan ditarik oleh VCC hingga R1. Setelah V- lebih tinggi dari VCC / 2, maka:

\begin{matrix} V - > V C C / 2 V + = V C C / 2 \end{matrix}} V_{o u t} = L o w

Sekarang Anda bisa mengatur V+ untuk menyesuaikan nilai sensitifitasnya, perlu diingat: semakin rendah tegangan V+, semakin tinggi sensitifitasnya

6. 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. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Ada besi atau yang disebut dengan nama inti besi dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga kumparan kumparan yang diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik angker untuk pindah dari biasanya tutup ke buka normal. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru yang biasanya terbuka yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normal close.

Fitur:

1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 12V

2. Arus pemicu 70mA

3. Beban maksimum AC 10A @ 250 / 125V

4. Maksimum baban DC 10A @ 30 / 28V

5. Switching maksimum

7. Motor-DC

Prinsip Kerja Motor DC Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

4. Percobaan [Kembali]

4.1 Prosedur percobaan

a.Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan dalam percobaan

b.baca setiap datasheet program

c. Pasangkan semua kompenen didalam rangkaian percobaan

d.Beri sumber arus pada tegangan

e. Atur posisi ground

f. Jalankan rangkaian

4.2 Prinsip rangkaian

Jadi pada rangkaian ini saya membuat infrared sensor untuk menghidupkan motor-dc(pengukur kecepatan) dan vibratoin sensor sebagai penghenti dari pengukuran secara otomatis.

Pada saat Infrared sensor mendeteksi ada objek (kendaraan) yang melewatinya maka infrared akan berlogika satu dan akan mengeluarkan output sebesar 5 volt. Kemudian output akan diperkuat oleh opamp non inverting sebanyak 3 kali menjadi 15 volt dan akan mengaktifkan relay sehingga Motor dc sebagai pengukur kecepatan berjalan dan buzzer sebagai penanda akan berbunyi.

Pada saat vibration sensor mendeteksi bagian belakang objek maka vibration sensor akan berlogika 1 dan mengeluarkan output sebsar 5 volt. Kemudian output akan diperbesar sebaykan 3 kali dan relay pada sensor vibration aktif sehingga memutus rangkaian pada motor dc dan buzzer sehingga buzzer dan motor dc berhenti.

5. Rangkaian Simulasi [Kembali]