UAS Pribadi

 

 

Tongkat Tunanetra Modern

 

1. Tujuan[kembali]

  1. Mengetahui perihal sensor ultrasonic dan sensor pir
  2. Mengetahui prinsip kerja dari sensor ultrasonic dan sensor pir
  3. Dapat mensimulasikan rangkaian sensor ultrasonic dan sensor pir

 

2. Alat dan Bahan[kembali]

1. DC Voltmeter

 

 

       Alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik.

 

2. Power Suplay DC

 

 

Berfungsi untuk mensuplai tegangan DC pada rangkaian.

 

B. Bahan

1. Sensor Ultrasonik

            Sensor HC-SR04 memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Tegangan : 5V DC

Arus statis : < 2mA 

Level output : 5v – 0V 

Sudut sensor : < 15 derajat 

Jarak yg bisa dideteksi : 2cm – 450cm (4.5m) 

Tingkat keakuratan : up to 0.3cm (3mm)

 

 

2. Sensor PIR

 

 

Spesifikasi :

  • Voltage : 5V – 20V
  • Power consumption : 65mA
  • TTL output : 3.3V, 0V
  • Delay time : adjustable (.3->5min)
  • Lock time : 0.2 sec
  • Trigger method : L – disable repeat trigger, H – enable repeat trigger
  • up to 20 feet (6 meters) 110° x 70° detection range
  • Temperature : -15 ~ +70
  • Dimension : 32*24 mm, distance between screw 28mm, M2, Lens dimension in diameter: 23mm

 

3. Resistor

 

 

 

4. Resistor Variabel / Potensiometer

 

 

 

5. Transistor NPN

 

 

  • Type - NPN
  • Collector-Emitter Voltage: 35 V
  • Collector-Base Voltage: 35 V
  • Emitter-Base Voltage: 5 V
  • Collector Current: 2.5 A
  • Collector Dissipation - 10 W
  • DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
  • Transition Frequency - 160 MHz
  • Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
  • Package - TO-126

 

 

6. IC Op-Amp

 

     

Konfigurasi PIN :

  • Pin-1 dan pin-8 adalah o / p dari komparator
  • Pin-2 dan pin-6 adalah pembalik i / id
  • Pin-3 dan pin-5 adalah non inverting i / id
  • Pin-4 adalah terminal GND
  • Pin-8 adalah VCC +

 

Spesifikasi :

  • Gain tegangan besar adalah 100 dB
  • Lebar pita lebar adalah 1MHz
  • Jangkauan pasokan listrik yang luas termasuk pasokan listrik tunggal dan ganda
  • Rentang catu daya tunggal adalah dari 3V ke 32V
  • Jangkauan pasokan listrik ganda adalah dari + atau -1.5V ke + atau -16V
  • Penyaluran arus pasokan sangat rendah, yaitu 500 μA
  • 2mV tegangan rendah i / p offset
  • Mode umum rentang tegangan i / p terdiri dari ground
  • Tegangan catu daya dan diferensial i / p tegangan serupa ayunan tegangan o / p besar.

 

7. Relay

 

 

Konfigurasi pin :

 

 

 

8. Dioda

 

Fitur:

  • Arus maju rata-rata 1A
  • Arus puncak non-repetitif 30A
  • Arus balik 5uA
  • Tegangan balik RMS 35V
  • Tegangan balik repetitif 50V

 

9. Motor

 

 

Konfigurasi pin :

 

 

Pin 1 : Terminal 1

Pin 2 : Terminal 2

 

Spesifikasi Motor DC

 

 

10. Buzzer

 

 

Spesifikasi :

- Tegangan Kerja : 9 -15 VDC

- Tegangan Karakteristik : 12 VDC

- Arus maksimal : 40 mA

- Frekuensi : 2.8 Khz

- Kenyaringan Minimal : 85 dBa

- Seri : KIB-18

   

3. Dasar Teori[kembali]

1) DC Voltmeter

 

 

       Sebuah voltmeter DC mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian DC kemudian dihubungkan paralel dengan sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian.

 

2) Power Supplay DC

 

 

       Fungsi power supply adalah untuk mengalirkan dan mengatur daya/energi untuk di suplai ke beban dalam hal ini biasanya komponen elektronika.

 

3) Sensor Ultrasonik

 

 

       Sensor Ultrasonik adalah sensor untuk mengubah suara (gelombang ultrasonik) menjadi arus listrik dan sebaliknya. Gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui piezoelektrik yang pada umumnya berfrekuensi 40kHz. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengirimkan (suara) gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu ke depan oleh Trigger (pengirim sinyal suara). Lalu, ketika ada objek yang melewati gelombang tersebut, maka suara tersebut akan terpantul dan kembali ke Echo (penerima sinyal suara). Kemudian, sensor akan menghitung selisih waktu ketika sinyal dikirim dengan waktu ketika sinyal kembali.

 

 

       Pemilihan HC-SR04 sebagai sensor jarak yang akan digunakan pada alat ini karena memiliki fitur sebagai berikut; kinerja yang stabil, pengukuran jarak yang akurat dengan ketelitian 0,3 cm, pengukuran maksimum dapat mencapai 4 meter dengan jarak minimum 2 cm, ukuran yang ringkas dan dapat beroperasi pada level tegangan TTL. Timing diagram pengoperasian sensor ultrasonik HC-SR04 diperlihatkan pada Gambar.

 

 

       Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini disebut dengan efek piezoelectric.

 

  1. Pemancar Ultrasonik (Transmitter)

 

 

                        Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

·       Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.

·       Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.

·       Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.

·       Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

·       Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

·       Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d - 2,5 V).

 

  1. Penerima Ultrasonik (Receiver)

 

 

       Prinsip kerja rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut:

·       Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.

·       Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.

·       Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.

·       Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.

·       Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.

·       Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.

 

4) 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.

 

       Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

a. Fresnel Lens

       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 derajat celcius, 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.

Gambar 4. Diagram block PIR

 

Grafik respon

a. Respon 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.

 

b. Respon 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.

 

5) Resistor

 

       Resistor merupakan salah satu komponen yang digunakan dalam sebuah sirkuit atau rangkaian elektronik. Resistor berfungsi sebagai resistansi/ hambatan yang mampu mengatur atau mengendalikan tegangan dan arus listrik rangkaian. Resistor 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  :

 

Penjelasan pita sensor

 

 

6) Resistor Variabel / Potensiometer

 

 

Berfungsi untuk mengatur besar tahan sesuai keperluan.

 

7) Transistor NPN BC547

 

 

 

       NPN artinya tipe transistor yang bekerja atau mengalirkan arus negatif dengan positif sebagai biasnya. Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari kaki emitor ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor diberikan arus positif pada basisnya.

 

  • Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
  • Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
  • Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

 

8) IC Op-Amp LM358

 

 

Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.

 

Karakteristik IC OpAmp

  • 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)
  • Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu

 

Bentuk gelombang :

 

 

   Non Inverting







    Komparator



 One shot Multivibrator

            Rangkaian One shot Multivibrator adalah rangkaian astable multivibrator yang mempunyai satu kondisi stabil dan akan kembali ke kondisi stabil kembali sesudah ditriger. Rangkaian One shot Multivibrator merupakan rangkaian  astable multivibrator dengan ditambahkan rangkaian triger yang terhubung ke kaki non inverting seperti gambar 15. Untuk membuat kondisi output VO menjadi tidak stabil dapat diberikan sinyal input trigger positif maupun negatif sesuai rancangan seperti gambar 16.



 Gambar 15 rangkaian One shot Multivibrator


Dari gambar 15 dapat dijelaskan bahwa pada saat keadaan steady state Vi = 0, Vo = +Vsat sehingga,



    maka kapasitor C mengisi (charge) dari VO melalui R3, D2, dan C ke ground.

    

    Tegangan kapasitor VC < VLT karena Vcmax = VD = 0,7 Volt.

 


         Gambar 16 : Bentung gelombang tegangan input trigger, tegangan kapasitor VC dan tegangan output  Vo (comparator).

 

            Ketika diberi trigger Vi yang besarnya Vip =2 (–VLT) (supaya bekerja baik) maka VO berubah dari +Vsat menjadi –Vsat sehingga C discharge atau arus discharge dari kapasitor C melalui D1 dan R4 ke output op-amp VO = -Vsat, sehingga :

 


         Pada input non inverting akan berharga minus dari penjumlahan tegangan Vip = 2 (–VLT) dengan VUT maka dihasilkan harga sama dengan VLT sehingga bila dibandingkan dengan input inverting         sebesar Vd akan membuat output VO berubah dari +Vsat menjadi –Vsat dan Vref berubah menjadi sebesar VLT.

 Kapasitor C mengalami discharge sampai VC £ VLT maka tegangan output VO berubah dari -Vsat menjadi +Vsat dan Vref berubah menjadi sebesar VUT  .

             Untuk membuat waktu kapasitor C saat charge (tC) lebih kecil adalah dengan memasang R yang lebih kecil. Misalkan R3=0,1 R4 maka tr (recovery time) = 0,1 t.


Gambar 17 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

 

9) Relay

 

 

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

 

10) Dioda

 

 

 

       Dioda (Diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan digunakan untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

 

11) Motor

 

 

                Motor Listrik atau Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi                 energi kinetik atau gerakan (motion).

 

12) Buzzer

 

 

     Buzzer adalah perangkat elektronika yang terbuat dari elemen piezoceramics pada suatu diafragma yang mengubah getaran/vibrasimenjadigelombang suara. Buzzer menggunakan resonansi untukmemperkuatintensitas suara. Buzzer atau beeper memiliki 2tipe :Resonator sederhana yang disuplai sumber AC dan melibatkan transistorsebagai micro-oscillator yang membutuhkan sumber DC.

 13) Kapasitor

       Kapasitor [C] gambaran sederhananya terdiri dari dua keping sejajar yang memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak yang sempit sejauh [d]. Seringkali kedua keping tersebut digulung menjadi silinder dengan sebuah insulator atau kertas sebagai pemisah kedua keping. Pada gambar rangkaian listrik, simbolnya dinotasikan dengan :


 

Berbagai tipe kapasitor, (kiri) keping sejajar, (tengah) silindris, (kanan) gambar beberapa contoh asli yang digunakan pada peralatan elektronik.

 

[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]

 

Dapat mencari nilai kapasitas atau kapasitansi suatu kapasitor, yakni jumlah muatan listrik yang tersimpan. Untuk bentuk paling umum yaitu keping sejajar, persamaan kapasitansi dinotasikan dengan:

 



 

Dimana:
C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)
Q = muatan listrik (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)

 

       Nilai kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai Q dan V. Besar nilai kapasitansi bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi kedua keping serta jenis material pemisahnya (insulator). Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Untuk jenis keping sejajar dimana keping sejajar memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak [d], dapat dinotasikan dengan rumus:

 


 4. Percobaan[kembali]

A. Prosedur Percobaan[kembali]

  • Pahami datasheet setiap komponen/bahan sebelum membuat rangkaian.
  • Persiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
  • Buatlah rangkaian seperti yang ada pada gambar rangkaian simulasi.
  • Cobalah mensimulasikan rangkaian yang dibuat hingga rangkaian tersebut bisa berjalan tanpa error.

 

B. Rangkaian Simulasi[kembali]

 


 

a. Sensor Ultrasonik ON

 




       Pada saat sensor ultrasonik berlogika 1 transistor yang terhubung pada kaki trigger pada sensor ultrasonik akan menyala yang menandakan bahwa adanya suatu benda yang menghalangi sensor. Lalu setelah diterima oleh sensor ultrasonik maka tegangan akan dikeluarkan di kaki echo dan diperkuat oleh op-amp (amplifier non inverting) lalu tegangan yang dikeluarkan dari op-amp  masuk ke kaki basis pada transistor. Karena besar tegangan transistor >0,7 volt maka transistor aktif. Maka  kaki kolektor mendapat tegangan pada power supply dan tegangan pada kaki emitor akan diteruskan ke ground. Transistor aktif maka relay pun juga aktif. Arus dari power supplay pada relay diteruskan buzzer, dan buzzer aktif (berbunyi) lalu diteruskan ke ground.

 

b. Sensor PIR ON




       Ketika sensor PIR mendeteksi adanya cahaya infrared atau keberadaan manusia pada jarak tertentu  (logika 1) maka tegangan yang dikeluarkan sensor akan diteruskan ke R8 dan R4, dari R8 akan menuju ground dan dari R4 akan diteruskan ke transistor Q1. Karena tegangan pada transistor > 0,7 Volt maka transistor aktif. Arus dari supplay akan masuk ke R17 lalu masuk ke kaki koltektor Q1 dan keluar dari kaki emitter Q1 menuju ground. Arus dari supplay akan diteruskan ke RV3 dan menuju op-amp. Op-Amp bertindak sebagai detektor dimana Vnon inverting > Vinverting. Setelah itu arus dari op-amp akan dilanjutkan ke R10 lalu masuk ke transistor Q6. Karena tegangan pada transistor >0,7 Volt maka transistor aktif. Arus dari suplay masuk ke kaki kolektor Q6 dan keluar dari kaki emitter Q6. Transistor aktif maka relay juga aktif. Lalu supplay dari relay akan diteruskan ke motor dan menyebabkan motor DC berputar lalu diteruskan ke ground.

      

C. Video[kembali]

 



 D. Download[kembali]

 

Perbaikan : next



Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)
  • (tanpa judul)
      BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH SISTEM DIGITAL B 2021       Oleh: Hariani Annisa ( 19 109510 04 )     Dosen Pengampu: ...
  • (tanpa judul)
    BAHAN PRESENSTASI UNTUK MATA KULIAH SENSOR A 2020 Oleh : Hariani Annisa 1910951004 Dosen Pengampu : Dr. Darwison, M.T. Mumuh...