Modul 4 Project

 




MODUL 4
KONTROL KEAMANAN PABRIK KARET

1. Pendahuluan [Kembali]

    Sistem kontrol keamanan pabrik karet merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk memantau keselamatan dan keamanan area penyimpanan bahan baku secara otomatis. Sistem ini dirancang untuk memitigasi risiko kebakaran yang tinggi pada material karet serta memastikan keselamatan kerja karyawan dengan memanfaatkan sensor-sensor elektronik, yaitu sensor api (Flame Sensor) dan sensor cahaya (LDR). 

     Sensor api berfungsi untuk mendeteksi keberadaan percikan atau nyala api yang mungkin muncul dari tumpukan karet, kemudian tingkat intensitas api yang terdeteksi akan diproses dan ditampilkan sebagai indikator level bahaya pada tampilan 7-segment display. Sedangkan sensor LDR digunakan untuk memantau intensitas penerangan di dalam pabrik. Ketika kondisi ruangan menjadi gelap (misalnya akibat asap tebal menghalangi cahaya atau gangguan listrik), sistem akan secara otomatis menyalakan lampu darurat (LED) untuk memberikan pencahayaan visual bagi karyawan agar dapat menemukan jalur evakuasi dengan aman. 

    Dengan adanya sistem ini, pengawasan pabrik menjadi lebih efisien karena potensi bahaya kebakaran dapat diketahui tingkat keparahannya secara dini, serta keselamatan karyawan lebih terjamin dalam kondisi darurat. 

2. Tujuan [Kembali]

  1. Membuat sistem keamanan gudang pabrik karet otomatis menggunakan sensor Flame (Api) dan sensor LDR (Cahaya).
  2. Menampilkan tingkat bahaya kebakaran secara digital (skala 0-9) pada 7-segment display berdasarkan intensitas api yang terdeteksi.
  3. Mengontrol sistem penerangan darurat secara otomatis, dimana lampu indikator (LED) akan menyala saat intensitas cahaya di ruangan berkurang (gelap) untuk membantu visibilitas jalur evakuasi.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat :

1. Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.
 


Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter








2. Ampermeter


Ampermeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besar arus listrik (I) yang mengalir pada suatu rangkaian. Satuan yang digunakan adalah Ampere (A), sesuai dengan hukum Ohm dan konsep dasar arus listrik. Agar pembacaan akurat, ampermeter harus disusun secara seri dengan beban sehingga seluruh arus yang mengalir ke beban juga melewati ampermeter.


Spesifikasi:



3. Solder 

4. Lem Tembak 

Bahan :

1. LDR Sensor



2. Flame Sensor








3. 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 (V=I R). 
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

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%.

Spesifikasi


4. Sevent Segment


Pin Out :




5. Kabel Jumper 


6. IC 7432 (Gerbang OR)







 7. IC 4511



Pin Out :






Spesifikasi :


8. IC LM741


Konfigurasi PIN LM741:
Spesifikasi:

Respons karakteristik kurva I-O:



9. Motor DC (Waterpump)

 Sebagai keluaran (output) yang menyatakan rangkaian jalan ketika motor hidup.





 




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.
Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:





3. Dasar Teori [Kembali]

1. LDR Sensor



LDR atau Light Dependent Resistor merupakan salah satu komponen jenis resistor dengan nilai resistansi yang terus berubah sesuai intensitas cahaya yang mengenai sensor. Semakin banyak cahaya yang mengenai sensor LDR, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Nah, semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai resistansinya akan semakin besar, jadi arus listrik yang mengalir akan terhambat.


Pada umumnya, sensor LDR mempunyai nilai resistansi sebesar 200 KOhm di tengah kegelapan dan akan turun menjadi 500 Ohm saat terkena banyak cahaya. Oleh karena itu, menjadi hal biasa apabila komponen elektronika yang peka cahaya ini sering digunakan untuk lampu alarm, kamar tidur, penerangan jalan dan lain sebagainya.

 

LDR memiliki peran sebagai sensor cahaya di dalam aneka rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya. Jadi jika sensor terkena cahaya, maka arus listrik akan mengalir (ON) dan jika sensor berada di dalam kondisi minim cahaya alias gelap, maka aliran listrik akan terhambat (OFF). LDR sering digunakan untuk sensor lampu kamar tidur, penerangan jalan otomatis, alarm dan lain sebagainya.


2. Flame Sensor

Flame sensor atau sensor api merupakan alat pendeteksi kebakaran melalui adanya nyala api yang muncul secara tiba-tiba. Besarnya nyala api yang terdeteksi yaitu nyala api dengan panjang gelombang 760 nm hingga 1.100 nm. Transduser yang digunakan dalam mendeteksi nyala api yaitu infrared. Biasanya sensor api ini digunakan pada ruangan di perkantoran, apartemen atau perhotelan. Namun sering juga digunakan dalam pertandingan robot. Sensor ini berfungsi sebagai mata dari robot untuk mendeteksi nyala api. Dengan meletakkan sensor api sebagai mata, diharapkan robot bisa menemukan posisi lilin yang menyala. Sensor api memiliki manfaat yang cukup besar. Salah satu diantaranya yaitu bisa meminimalisir adanya alarm palsu sebagai sebuah tanda akan terjadinya kebakaran. Sensor ini dirancang khusus untuk menemukan penyerapan cahaya pada gelombang tertentu. 

3. Motor DC


       
     Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu

  

4. 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 (V=I R). 
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

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%.

5. Transistor

Transistor adalah komponen 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.

    Transistor Bipolar adalah salah satu jenis transistor yang terbentuk dari 2 dioda sehingga memiliki polaritas atau sisi positif dan sisi negatif. Biasanya transistor Bipolar atau disebut dengan BJT (Basis Junction Transistor) memiliki 2 jenis, diantaranya yaitu Transistor PNP dan Transistor NPN. Transistor ini memiliki 3 polaritas yang biasa disebut B (Basis), E (Emiter), C (Collector). Basis berfungsi sebagai base atau tempat berkumpulnya kumpulan aliran arus yang masuk ke transistor, Emiter dan Collector sebagai aliran arus masuk dan keluar.

Lambang Transistor BJT


Sudah jelas seperti gambar di atas bahwa transistor PNP memiliki simbol yang arah panahnya masuk dan sebaliknya untuk NPN arah panah dari emiter mengarah keluar.

Bentuk aliran arus pada sebuah transistor dapat dirumuskan dengan hukum KCL ( Kirchoff Current Law) Atau hukum Kirchoff I, yang dirumuskan sebagai berikut.

Ie = Ic + Ib  

Keterangan : 
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector
Ib = Arus Basis

Pada Transistor BJT nilai arus Ib relatif sangat kecil terhadap Ic, maka Ib ini dapat diabaikan. Sehingga persamaan diatas bisa berubah menjadi

Ie = Ic

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector

Karakteristik input merupakan karakteristik dari tegangan base dan emitter (VBE) sebagai fungsi arus base (IB) dengan VCE dalam keadaan konstan. Karakteristik ini merupakan karakteristik dari junction emitter-base dengan forward bias atau sama dengan karakteristik diode pada forward bias. Pada BJT seluruh pembawa muatan akan melewati junction Base-Emittor menuju Collector maka arus pada basis menjadi jauh lebih kecil dari diode P-N dengan adanya faktor hfe. Penambahan nilai VCE megakibatkan arus IB akan berkurang. Arus IB akan mengalir jika tegangan VBE > 0,7 V

Karakteristik output merupakan karakteristik dengan tegangan emitter (VCE) sebagai fungsi arus kolektor (IC) terhadap arus base (IB) yang tetap seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat IB=0, arus IC yang mengalir adalah arus bocor ICB0 (pada umumnya diabaikan), sedangkan pada saat IB ≠ 0 untuk VCE kecil (<< 0,2 V), pembawa muatan di basis tidak efisien dan transistor dikatakan dalam keadaan saturasi dengan IB > IC / hfe . Pada saat VCE diperbesar IC pun naik hingga melewati level tegangan VCE saturasi (0,2 -1 V) hingga transistor bekerja dalam daerah aktif dengan IB = IC / hfe. Pada saat ini kondisi arus IC relatif konstan terhadap variasi tegangan VCE.

Gelombang input dan output transistor



Jenis-jenis transistsor yang digunakan
    1. Fixed Bias
Fixed bias pada transistor BJT adalah metode yang sangat sederhana di mana tegangan basis transistor ditetapkan oleh sumber tegangan eksternal melalui sebuah resistor basis (RB). Konfigurasi dasar rangkaian ini melibatkan tegangan suplai (VCC), resistor kolektor (RC), dan resistor basis yang terhubung ke sumber tegangan bias (VBB). Kelebihan dari metode ini adalah kesederhanaannya, namun kelemahannya adalah stabilitas yang rendah. Fixed bias sangat sensitif terhadap variasi parameter transistor seperti β (gain) dan perubahan suhu, sehingga titik kerja transistor dapat mudah bergeser.
Gambar Rangkaian Fixed Bias

Rumus Untuk Rangkaian Fixed Bias


    2. Self Bias
Self bias meningkatkan stabilitas dengan menambahkan resistor emitor (RE) yang memberikan umpan balik negatif. Dalam konfigurasi self bias, tegangan basis diatur melalui resistor basis (RB) dan tegangan pada emitor yang dikendalikan oleh arus emitor (IE) yang mengalir melalui RE. Ini membantu menstabilkan arus kolektor (IC) karena perubahan dalam arus kolektor akan mempengaruhi tegangan emitor dan, pada gilirannya, menyesuaikan tegangan basis-emitor (VBE). Metode ini menawarkan stabilitas yang lebih baik dibandingkan fixed bias, tetapi masih relatif sederhana.

Gambar Rangkaian Self Bias

Rumus untuk Rangkaian Self Bias


    3. Emitter Bias
Emitter bias menggabungkan pembagi tegangan untuk basis dan resistor emitor untuk mencapai stabilitas yang lebih tinggi. Konfigurasi ini melibatkan dua resistor pembagi tegangan (RB1 dan RB2) yang menetapkan tegangan basis, serta resistor emitor (RE) yang menyediakan umpan balik negatif. Pembagi tegangan memastikan tegangan basis tetap stabil meskipun ada perubahan dalam tegangan suplai atau parameter transistor. Sementara itu, resistor emitor menambah stabilitas termal dengan mengurangi efek perubahan suhu pada arus kolektor. Emitter bias adalah metode yang sangat stabil dan cocok untuk aplikasi yang memerlukan titik kerja yang sangat stabil.

Gambar Rangkaian Emitter Bias

Rumus untuk Rangkaian Emitter Bias


6. OP-AMP

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.

 Simbol 

  Konfigurasi pin:

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)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu 


Inverting Amplifier


Rumus:


Non Inverting 


Rumus:


Komparator


Rumus:


Adder


Rumus:



Bentuk Gelombang
7. Gerbang OR

Secara umum, gerbang logika OR adalah komponen dasar dalam elektronika dan sistem digital yang beroperasi dengan dasar prinsip aljabar Boolean.  Lebih lanjut, gerbang ini mengambil dua atau lebih input dan menghasilkan satu output. Fungsi utama dari gerbang OR adalah memberikan output bernilai tinggi jika setidaknya satu dari bernilai tinggi. Dengan kata lain, jika salah satu atau lebih dari input-nya ‘true’ atau ‘1’, maka output-nya akan ‘true’ atau ;1’.


Hanya ketika semua input-nya ‘false’ atau ‘0’, output-nya akan ‘true atau ‘1’. Secara keseluruhan, gerbang OR sangat penting dalam pembangunan sirkuit digital. Pasalnya, gerbang ini memungkinkan pelaksanaan fungsi logika dasar yang digunakan dalam berbagai aplikasi komputasi. Hal tersebut meliputi pemrosesan data sederhana hingga operasi yang lebih kompleks dalam sistem komputer dan elektronik.


8. Sevent Segment 

Seven segment merupakan bagian-bagian yang digunakan untuk menampilkan angka atau bilangan decimal. Seven segment tersebut terbagi menjadi 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda). Seven segment bisa menunjukan angka-angka desimal serta beberapa bentuk tertentu melalui gabungan aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment.

Supaya memudahkan penggunaannnya biasanya memakai sebuah sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Bentuk tampilan modern disusun sebagai metode 7 bagian atau dot matriks. Jenis tersebut sama dengan namanya, menggunakan sistem tujuh batang led yang dilapis membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf yang dilihatkan dalam gambar itu ditetapkan untuk menandai bagian-bagian tersebut.

Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 bagian, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder tersebut terbentuk  dari pintu-pintu akal yang masukannya berbetuk digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.

Tabel Pengaktifan Seven Segment Display


7-Segment Display adalah komponen penampil angka (0–9) yang tersusun dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) berbentuk huruf “8”. Setiap LED disebut segmen, diberi nama a, b, c, d, e, f, g, dan dapat dinyalakan secara kombinasi untuk menampilkan angka tertentu.


Pada 7-segment Common Cathode, setiap LED menyala jika:

  • Katoda dihubungkan ke GND (0V)
  • Anoda segmen diberi logika HIGH (+5V)

Misalnya, untuk menyalakan segmen “a”, cukup beri logika 1 ke pin “a”.

Counter digital (IC 4026, 74LS90 + 74LS47)

Display penghitung langkah atau waktu

  Sistem kontrol penyiram tanaman otomatis (seperti milikmu)

→ IC 4026 menghitung jumlah penyiraman dan menampilkannya pada 7-segment Common Cathode


4. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

1. Rangkailah alat seperti pada rangkaian di Proteus. 

b) Hardware [Kembali]


c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]



Prinsip Kerja : 

  • Sensor Cahaya (LDR) & Komparator

Rangkaian pendeteksi cahaya bekerja menggunakan prinsip pembagi tegangan antara sensor LDR dan resistor tetap yang terhubung ke input Op-Amp LM741. Pada kondisi ruangan terang, resistansi LDR sangat rendah sehingga tegangan input pada kaki non-inverting Op-Amp lebih kecil dibandingkan tegangan referensi, menghasilkan keluaran logika LOW (0) yang membiarkan sistem penerangan mati. Sebaliknya, ketika ruangan menjadi gelap atau tertutup asap tebal, resistansi LDR meningkat drastis yang menyebabkan lonjakan tegangan input melebihi batas referensi. Kondisi ini memicu Op-Amp mengeluarkan sinyal logika HIGH (1) yang secara otomatis menyalakan LED Kuning sebagai lampu penerangan darurat untuk membantu evakuasi.

 

  • Sensor Api (Flame) & Driver Beban

Sistem proteksi kebakaran aktif ketika Sensor Flame mendeteksi adanya radiasi gelombang inframerah dari sumber api. Saat api terdeteksi, sensor langsung mengirimkan sinyal digital berlogika HIGH (1) menuju rangkaian driver. Arus sinyal ini mengaktifkan transistor yang berfungsi sebagai saklar elektronik untuk memicu koil Relay. Ketika Relay aktif, kontak saklar internalnya menutup dan mengalirkan arus daya besar ke Water Pump, sehingga pompa menyala menyemprotkan air secara otomatis. Secara bersamaan, sinyal bahaya ini juga diteruskan melalui gerbang logika OR untuk membunyikan Buzzer sebagai alarm peringatan dini kepada seluruh karyawan.

 

  • Indikator Digital (Encoder & Decoder)

Untuk memudahkan pemantauan status keamanan secara visual, seluruh sinyal dari sensor LDR dan Flame diproses oleh blok logika digital. Sinyal kondisi gelap dari Op-Amp dan sinyal bahaya dari Sensor Flame masuk sebagai input data ke dalam IC 4511 (BCD to 7-Segment Decoder). IC ini menerjemahkan kombinasi logika biner dari kedua sensor tersebut menjadi sinyal desimal yang dapat dibaca manusia. Hasil terjemahan ini ditampilkan secara real-time pada layar 7-Segment berupa angka kode: '0' untuk kondisi aman, '1' untuk kondisi gelap saja, '2' untuk kebakaran, dan '3' untuk kondisi kritis dimana terjadi kebakaran dalam keadaan gelap.

 

d) Flowchart [Kembali]





e) Video Demo [Kembali]


f) Download File [Kembali]

Download File Rangkaian                     klik disini

Download Datasheet Motor DC            klik disini

Download Datasheet 7 Segment          klik disini

Download Datasheet Gerbang OR       klik disini 

Download Datasheet Resistor              klik disini

Download Datasheet LDR Sensor       klik disini

Download Datasheet Flame Sensor    klik disini


Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Komentar (Atom)

  BAHAN PRESENTASI UNTUK MATAKULIAH ELEKTRONIKA 2024 Oleh : MUHAMMAD FADLI NIM. 2310952007   Dosen Pengampu : Dr. Darwison, S. T., M. T. NID...

  • (tanpa judul)
      BAHAN PRESENTASI UNTUK MATAKULIAH ELEKTRONIKA 2024 Oleh : MUHAMMAD FADLI NIM. 2310952007   Dosen Pengampu : Dr. Darwison, S. T., M. T. NID...