KONTROL GARASI OTOMATIS DENGAN SENSOR INFRARED DAN LDR



1. Tujuan

a. Untuk mengetahui sensor infrared dan sensor LDR.

b. Untuk memahami prinsip sensor infrared dan sensor LDR.

c. Mengaplikasikan sensor infrared dan sensor LDR sebagai kontrol garasi otomatis

2. Alat dan Bahan

Alat:

1. Voltmeter DC

2. Ground

Berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.

3. Power supply

Power supply atau catu daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik maupun elektronika lainnya.

Bahan:

1. Resistor

Digunakan untuk menghambat arus agar tidak terlalu besar.

2. Sensor Infrared

3. Motor DC

Sebagai alat yang akan menggerakkan.


4. LDR

Sebagai sensor cahaya.

Spesifikasi:

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



5. Relay


6. Diode


7. Gerbang NAND


 8. Logic state

3. Dasar Teori

1.  Infrared

Infrared (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infrared, 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.

Konfigurasi pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah output (Out), Vs (VCC +5 volt DC), dan Ground (GND). Sensor penerima inframerah TSOP ( TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules ) memiliki fitur-fitur utama yaitu fotodiode dan penguat dalam satu chip, keluaran aktif rendah, konsumsi daya rendah, dan mendukung logika TTL dan CMOS. Detektor infra merah atau sensor inframerah jenis TSOP (TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules) adalah penerima inframerah yang telah dilengkapi filter frekuensi 30-56 kHz, sehingga penerima langsung mengubah frekuensi tersebut menjadi logika 0 dan 1. Jika detektor inframerah (TSOP) menerima frekuensi carrier tersebut, maka pin keluarannya akan berlogika 0. Sebaliknya, jika tidak menerima frekuensi carrier tersebut, maka keluaran detektor inframerah (TSOP) akan berlogika 1.

Dari grafik dapat disimpilkan bahwa semakin jauh jarak benda maka semakin kecil output nya, dan begitu juga sebaliknya.

Dari grafik dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi intensitass cahaya maka semakin rendah nilai resistansi dan sebaliknya.

2. LDR Sensor

LDR (Ligh Dependent Resistor) adalah suatu komponen elektronik yang resistansinya tergantung pada intensitas cahaya. LDR di buat dari bahan Cadium Sulfida yang peka terhadap cahaya. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1M ohm, akan tetapi pada saat LDR mendapat cahaya hambatan LDR akan menurun menjadi beberapa puluh ohm saja.

Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram pada LDR menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi pengantar arus yang kurang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup.

Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor atau bisa disebut juga LDR memilki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis adalah salah satu contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya  terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.

Rangkaian elektronik yang dapat digunakan untuk LDR adalah rangkaian yang dapat mengukur nilai resistansi dari LDR tersebut. Dari hukum ohm, diketahui bahwa:

Dengan V adalah beda potensial antara dua titik, I adalah arus yang mengalir di antara-nya, dan R adalah resistansi di antara-nya. Lebih lanjut dikatakan pula bahwa nilai R tidak bergantung dari V ataupun I. Sehingga, jika ada perubahan nilai resistansi dari R, maka nilai tegangan V-nya pun akan berubah. Jika beda potensial di-set tetap, maka perubahan resistansi hanya akan mempengaruhi besar arusnya. 

Karakteristik Sensor LDR

·                   Tegangan maksimum (DC): 150V

·                   Konsumsi arus maksimum: 100mW

·                   Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10O sampai 100KO

·                   Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)

·                   Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms

·                   Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius.

3. Resistor

Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik

 yang mengalir melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: O) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ..... + Rn

Rumus dari Rangkaian paralalResistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ..... + 1/Rn

Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I

Cara membaca resistor:


4. Transistor NPN

Termasuk dalam komponen semikonduktor aktif adalah transistor, Transistor sebenarnya kepanjangan dari Transfer dan Varistor. Mengenal karakteristiknya transistor terbagi dua kategori ialah  Bipolar Junction Transistor (BJT)  dan Unipolar Transistor. Kerja transistor pada dasarnya difungsikan sebagai saklar elektronik (Switching) dan penguat sinyal (Amplifier).

1.      Bipolar Junction Transistor (BJT)

Bi artinya dua dan Polar asal kata dari polarity yang artinya polaritas, dengan kata lain bipolar junction transistor (BJT) adalah jenis Transistor yang memiliki dua polaritas yaitu hole (lubang) atau elektron sebagai carier (pembawa) untuk menghantarkan arus listrik. Prinsip dasar konstruksinya disusun seperti dari dua buah dioda yang disambungkan pada kutub yang sama yaitu Anoda dengan anoda sehingga menghasilkan transistor jenis NPN atau Katoda dengan katoda yang menjadi transistor jenis PNP. 

 2. Unipolar Junction Transistor (UJT)

Pada transistor UJT hanya satu polaritas saja yang dijadikan carier/pembawa muatan arus listrik, yaitu elektron saja atau hole/lubangnya saja, tergantung dari jenis transistor UJT tersebut. Karena prinsip kerjanya transistor ini berdasarkan dari efek medan listrik, maka transistor UJT lebih dikenal dengan nama FET (Field Efect Transistor) atau Transistor Efek Medan. Karakteristik:


5.  Diode

Diode (diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Berikut ini adalah fungsi dari dioda antara lain:

· Untuk alat sensor panas, misalnya dalam amplifier.

· Sebagai sekering(saklar) atau pengaman.

· Untuk rangkaian clamper dapat memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC.

· Untuk menstabilkan tegangan pada voltage regulator

· Untuk penyearah

· Untuk indikator

· Untuk alat menggandakan tegangan.

· Untuk alat sensor cahaya, biasanya menggunakan dioda photo. 

Simbol dioda adalah :

Setiap kode pada dioda menetukan nilai dioda dengan nilai:

Untuk menentukan arus zener (IZ), berlaku persamaan :

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

7. Relay

Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

1. Electromagnet (Coil)

2. Armature

3. Switch Contact Point (Saklar)

4. Spring

 

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

- Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)

- Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)

8. LED

LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan  perbedaan warna yang dihasilkan disebabkan perbedaan bahan semikonduktor yang  digunakan. 

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.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. 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).

 

 

4. Prosedur percobaan

·         Buka aplikasi proteus

·    Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen sensor infrared,   sensor LDR, resistor, relay, lamp, motor, nand, logicstate, battery dan  speaker.

·         Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

·         Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

·         Tambahkan DC voltmeter untuk mengetahui besar tegangan yang dinginkan.

·         Jalankan simulasi rangkaian.

5. Gambar rangkaian

Prinsip kerja:

Ketika cahaya infrared sensor ir terhalang oleh benda misal mobil motor atau manusia, maka sensor akan berlogika satu lalu, tegangan pada sensor diteruskan menjadi input bagi gerbang nand 1 (U1) sehingga output U1 menjadi 0, selanjutnya akan diteruskan ke U2 sebagai input, oleh karena itu output terakhir yang dikeluarkan oleh U2 adalah logika 1 sehingga akan cukup untuk mengon kan transistor, sehingga arus mengalir akan mengalir dari kolektor ke emitter dan akan membuat relay berpindah ke kiri (on), sehingga motor dan led akan hidup sebagai indikator pagar terbuka. Dan apabila mobil sudah melewati cahaya infrared sensor, mak sensor akan kembali berlogika 0, sehingga tengangan di berikan tidak cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga relay tetap berada dikanan dan mengaktifkan motor sebagai indikator pagar telah tertutup.

Disisi lain, ketika mobil telah masuk ke garasi dan menghalangi cahaya antara laser dan sensor ldr maka tegangan dari ldr akan berlogika 0 dan akan masuk ke gerbang nand u3 atas sebagai input, sehingga ouputnya menjadi berlogika 1, sedangkan gerbang nand dibawah, memiliki output berlogika 0, yg nntinya output ini akan menjadi input di u3. Oleh karena itu ouput pada u3 cukup untuk mengaktifkan q2 lalu akan membuag relay berpindah ke kiri, sehingga menyebabkan lampu menyala. Namun, jika mobil tidak lagi menghalangi cahaya pada sensor maka lampu tetap hidup sampai kita menekan tombol button sebagai resetnya.

6. Video

7. Download file

HTML: disini

Video: dis ini

File rangkaian: di sini

Datasheet LDR: disini

Datasheet IR: di sini

Datasheet transistor npn: disini

Datasheet NAND: disini

Datasheet resistor: disini

Library IR: disini

Datasheet Diode: disini

 


·