ELECTRICAL ENGINEERING: Pintu dan Lampu Otomatis Kandang Ayam

Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu object. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar.

gambar sensor PIR

Spesifikasi :

Input Voltage: DC 4.5-20V
Static current: 50uA
Output signal: 0,3V (Output high when motion detected)
Sentry Angle: 110 degree
Sentry Distance: max 7 m
Shunt for setting overide trigger: H - Yes, L - No

b. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transmitor 2N2222

Spesifikasi

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V

4. Arus Base maksimal 5mA

c. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. 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:

V = I R

Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam komponen dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi.

resistor

Cara membaca resistor

Spesifikasi :

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). 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.

Fungsi bagian –bagian relay

Spesifikasi

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

Usia electrikal: 100,000x

Usia mekanikal: 10,000,000x

e. OP-AMP (LM741)

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. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

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

1. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +

2. Masukan pembalik (Inverting) –

3. Keluaran Vout

4. Catu daya positif +V

5. Catu daya negatif -V

f. Dioda

Dioda (diode) yaitu komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan punya fungsi buat menghantarkan arus listrik ke satu arah, tapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

Di ilmu Fisika dioda dipakai penyeimbang arah rangkaian elektronika. Elektronika ada 2 terminal yaitu anoda berarti positif dan katoda berarti negatif. Prinsip kerja dari anode berdasarkan teknologi pertemuan positif dan negative semikonduktor. Jadi, anode bisa menghantarkan arus litrik dari anoda menuju katoda, tapi kalo sebaliknya katoda ke anoda.

g. 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.

Spesifikasi :

h. Sensor LDR

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.

Adapun spesifikasi atau karakteristrik umum dari sensor cahaya LDR adalah sebagai berikut :

Tegangan maksimum (DC): 150V
Konsumsi arus maksimum: 100mW
Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ
Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)
Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms
Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius

3. Dasar Teori

a) Sensor PIR

Sensor PIR (Passive Infrared) adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengindra atau menangkap suatu besaran fisis (temperatur suhu tubuh manusia) dan merubahnya kebentuk sinyal listrik. Sesuai namanya, Passive Infrared, sensor ini bersifat pasif. Sensor ini menerima sinyal infrared yang dipancarkan oleh suatu objek yang bergerak (dalam hal ini tubuh manusia). Saat ini dipasaran banyak sekali terdapat jenis sensor PIR, seperti halnya peralatan elektronik yang lainnya, harganya tergantung dari negara pembuat, kwalitas dan juga Merk-nya. Salah satu model sensor PIR adalah dapat dilihat pada gambar.

Sensor PIR mempunyai dua elemen sensing yang terhubungkan dengan masukan, seperti gambar diatas. Jika ada sumber panas yang lewat di depan sensor tersebut, maka sensor akan mengaktifkan sel pertama dan sel kedua sehingga akan menghasilkan bentuk gelombang seperti ditunjukkan dalam gambar berikut.

Berikut ini adalah Karakteristik dari sensor PIR:

1. Tegangan operasi 4.7 – 10 Volt

2. Arus standby (tanpa beban) 300 µA

3. Suhu kerja antara -20o C – 50o C

4. Jangkauan deteksi 5 meter

5. Kecepatan deteksi 0.5 detik

Selain itu, sensor PIR juga sangat mudah digunakan karena hanya menggunakan satu pin I/O sebagai penerima informasi sinyal gelombang infra merah yang dapat dihubungkan ke Mikrokontroler.

Keterangan dari pin-pin sensor PIR :

Pin - (Vss) : Dihubungkan ke ground atau Vss

Pin + (Vdd) : Dihubungkan ke +5 Vdc atau Vdd

Pin OUT (Output ) : Diberikan untuk penyetelan keluaran yang diinginkan.

b) Transistor npn

Pada transistor npn, pergerakan pembawa Arus Negatif (Elektron) melalui wilayah Basis yang merupakan aksi transistor, karena elektron menyediakan hubungan antara sirkuit Collector dan Emitter. Hubungan antara rangkaian Input dan Output, Fitur aksi transistor karena transistor yang memperkuat properti berasal dari kontrol konsekuen yang diberikan oleh Base pada Collector ke Emitter.

Arus transistor dalam transistor NPN bipolar adalah rasio dari dua arus ini (Ic/ Ib), disebut Gain Arus DC dan simbol dari HFE atau sekarang Beta (β). Nilai β hingga 200 untuk transistor standar, Rasio antara Ic dan Ib menjadi penguat ketika digunakan diwilayah aktif karena Ib menyediakan Input dan Ic Output.

Arus Gain transistor terminal Kolektor dan Emitor, Ic/Ie, disebut Alpha (α), dan merupakan fungsi dari transistor (elektron menyebar di persimpangan). Karena arus emitor adalah jumlah dari arus basis yang sangat kecil ditambah arus kolektor yang sangat besar, nilai alfa (α), dan untuk transistor sinyal daya rendah khas, nilai ini berkisar 0,950 ke 0,999.

Hubungan α dan β dalam Transistor NPN

c) Transistor pnp

Transistor Positif-Negatif-Positif. Lapisan material N-Negatif diantara dua Lapisan P-Positif. Tiga terminal Basis (B), Kolektor (C) dan Emitor (E) dan menghubungkan transistor ke papan sirkuit.

Transistor PNP memiliki karakteristik sangat mirip dengan NPN Bipolar, kecuali Polaritas (Biasing) dari arah arus dan tegangan dibalik untuk salah satu dari tiga konfigurasi, Common Base, Common Emitter dan Kolektor Biasa.

Tegangan antara Base-Emitter (VBE), Negatif pada Base dan Positif pada Emitter untuk transistor PNP, Terminal Base selalu Bias Negatif terhadap Emitter. Juga Tegangan Suplai Emitor Positif sehubungan dengan Kolektor (VCE). Jadi untuk transistor PNP untuk melakukan Emitter selalu lebih Positif sehubungan dengan Basis-kolektor.

Emitter terhubung ke tegangan suplai VCC dengan Resistor Beban, RL yang membatasi arus maksimum yang mengalir melalui perangkat yang terhubung ke terminal Kolektor. Basis tegangan VB yang Bias Negatif terhadap Emitter dan terhubung ke Resistor Basis RB, untuk membatasi Arus Basis Maksimum.

Untuk menyebabkan Arus Base mengalir dalam transistor PNP, Base harus lebih Negatif daripada Emitter (Arus meninggalkan Basis) sekitar 0,7 volt (Silikon) atau 0,3 volt (Germanium). Rumus untuk menghitung Basis Resistor, Arus basis atau Arus Kolektor sama dengan Transistor NPN yang setara.

d) Kapasitor

Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik. Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersentuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkannya kembali, kegunaannya dapat kamu temukan seperti pada lampu flash pada camera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer yang kamu pakai maupun pada berbagai peralatan elektronik. simbol kapasitor adalah :

Berikut contoh cara membaca kapasitor
Kode : 473Z
Nilai Kapasitor = 47 x 10³
Nilai Kapasitor = 47 x 1000
Nilai Kapasitor = 47.000pF atau 47nF atau 0,047µF
Huruf dibelakang angka menandakan Toleransi dari Nilai Kapasitor tersebut, Berikut adalah daftar Nilai Toleransinya :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G= 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

untuk menentukan nilai kapasitor, dapat menggunakan rumus :

e) Relay

Pada dasarnya, relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu:

1. Electromagnet coil

2. Armature

3. Switch contact point (saklar)

4. Spring

5. Dioda

6. 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)

Grafik input dan output op-amp

7. Motor

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. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

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.

Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan kumparan motor DC ditunjukkan dalam persamaan berikut :

Gaya elektromagnetik : E = K Φ N

Torque : T = K Φ I_a

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal kumparan motor DC (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan.

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

I_a = arus kumparan motor DC

K = konstanta persamaan

8. Sensor LDR

LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus listrik akan mengalir(ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya(gelap) maka aliran listrik akan terhambat(OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.

Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada nisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.

9. Sensor Infrared

Keterangan :

Led Infa-red berfungsi sebagai pemancar atau transceiver
Led Photodiode sebagai penerima atau receiver
IC Comparator berfungsi sebagai pembanding tegangan input dengan tegangan dari photodiode
Led Power sebagai indikator adanya tegangan input yang masuk ke dalam module
Led status sensor sebagai indikator saat sensing sesuai dengan setting nilai trimpot maka menyala, sedangkan kondisi normal akan dalam kondisi mati
Untuk kaki pin dari module sensor yaitu antara lain GND, VCC,dan Digital Output

Spesifikasi lainnya :

Ukuran modul sensor : 3.1 x 1.5cm
Sensor dapat mendeteksi pada jarak 2 – 30 cm pada sudut deteksi 35°
Terdapat lubang baut untuk instalasi
Menggunakan ic comparator LM393

4. Prosedur Percobaan

A. Sensor PIR

Sensor PIR merupakan sensor yang dapat mendeteksi pergerakan, dalam hal ini sensor PIR banyak digunakan untuk mengetahui apakah ada pergerakan manusia dalam daerah yang mampu dijangkau oleh sensor PIR.

Pada percobaan kali ini sensor PIR digunakan untuk menghidupkan kran, jadi secara otomatis kran akan hidup atau berputar jika sensor mendeteksi adanya objek atau manusia didekatnya. Seperti gambar dibawah ini

Percobaan ini menjelaskan bahwa jika sensor PIR membaca atau mendeteksi objek seperti ayam, maka sensor akan memberikan tegangan yang akan mengaktifkan relay dan motor akan bergerak. Motor disini merupakan putaran kran sehingga jika motor bergerak pintu kandang ayam akan terbuka.

B. Sensor Infrared

Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Pada rangkaian ini sensor Infrared dipasangkan pada pintu kandang ayam , jadi ketika cahaya infra merah terhalang oleh objek atau ayam, sensor akan mengirimkan sinyal kepada relay lalu akan mengaktifkan LED.

C. Sensor LDR

Sensor LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.

Ketika sensor tidak mendeteksi adanya cahaya maka sensor akan mengirimkan sinyal lalu akan mengaktifkan atau menghidupkan LED. Sebaliknya ketika sensor mendeteksi adanya cahaya, maka LED akan redup.

5. Rangkaian Simulasi

A. Ketika Sensor Infrared OFF, Sensor PIR OFF, Sensor LDR OFF

Berikut merupakan rangkaian ketika belum dirun atau rangkaian belum dijalankan.

B. Ketika Infrared ON (Ayam Mendekati Kandang)

Ketika testpin pada sensor infrared berlogika 1 menandakan bahwa sensor infrared mendeteksi adanya ayam yang berada disekitar kandang tersebut. Output pada Sensor Infrared yang mengeluarkan tegangan sebesar 2,58 Volt mengalir ke arah Relay dan pada saat relay aktif, relay akan mengalirkan arus lalu LED-Yellow akan menyala. Ketika LED menyala ini akan memberi tahu bahwa adanya ayam disekitaran kandang tersebut.

C. Ketika Sensor LDR Tidak Terkena Cahaya (Malam Hari)

Ketika LDR tidak mendeteksi adanya cahaya disekitaran kandang ayam (Pada malam hari) , maka Sensor LDR akan mengirimkan sinyal ke transistor lalu dilanjutkan hingga menuju relay lalu selanjutnya LED akan ON atau meyala.

D. Ketika Sensor PIR ON (Ayam mendekati Pintu Kandang)

Ketika testpin pada sensor PIR berlogika 1 itu menandakan ada ayam yang mendekati pintu kandang, ketika itu juga tegangan yang keluar dari sensor PIR melalui output sensor akan menuju ke op-amp selanjutnya menuju ketransistor lalu keground. Dari sumber Vcc juga mengalirkan arus menuju relay, ketika relay aktif motor dc akan menyala atau bergerak. Ketika Motor bergerak maka pintu akan terbuka. sebaliknya jika ayam telah menjauhi sensor PIR maka motor akan berhenti dan pintu akan tertutup secara otomatis.

6. Video

7. Link Download

Data sheet OP-AMP : LINK

Data sheet Transistor 2N222 : LINK

Data sheet Sensor PIR : LINK

Data sheet resistor : LINK

Data sheet Relay : LINK

Data sheet Sensor LDR : LINK

Data sheet Sensor Infrared : LINK

Simulasi rangkaian : LINK

Video : LINK

Library Sensor PIR :LINK

Library Sensor Infrared : LINK

hmtl : LINK

ELECTRICAL ENGINEERING

dropdown

Pintu dan Lampu Otomatis Kandang Ayam

Tidak ada komentar:

Posting Komentar