Tugas Besar "Dispenser Otomatis"

 TUGAS BESAR 

DISPENSER OTOMATIS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

    1. Tujuan
    2. Alat dan Bahan
    3. Dasar Teori
    4. Percobaan

    5. Video

    6. Download

1. Tujuan [Kembali]

1. Mengetahui dan memahami aplikasi rangkaian penguat non inverting mengguanakan op-amp pada sebuah rangkaian 
2. Memahami dan mengetahui prinsip kerja dispenser otomatis
3. Mampu mengerti dam mebuat rangkaian pada dispenser otomatis

2. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Baterai
    
   Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.
   Spesifikasi dan Pinout Baterai

   • Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
   • Output voltage: dc 1~35v
   • Max. Input current: dc 14a
   • Charging current: 0.1~10a
   • Discharging current: 0.1~1.0a
   • Balance current: 1.5a/cell max
   • Max. Discharging power: 15w
   • Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
   • Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
   • Ukuran: 126x115x49mm
   • Berat: 460gr
   
       
    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). 
   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
   
   
   1. Sensor suhu Lm35
   
   
   

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. 

Karakteristik :

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam. 

1. 
   
   
   Potensiometer adalah resistor yang resistansinya dapat diatur sesuai kebutuhan, biasa desebut sebagai tahanan geser.


2. Operational Amplifier LM358
   
   
   

   

   
   
   
   LM358 adalah rangkaian terintegrasi penguat operasional ganda berdaya rendah

        6.   Transistor NPN

                Transistor NPN merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, dan lain lain. 

    Spesifikasi dan konfigurasi pin:

Spesifikasi

                7.  Relay

 

Spesifikasi 

Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.

• Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V
• GND dihubungkan ke GND
• IN1/Data dihubungkan ke pin 2

            8. Dioda

            Dioda fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

  

            9. LED

LED

            LED berfungsi sebagai indikator air telah penuh dan suhu telah sesuai.

            10. Sensor Infrared

                Berfungsi untuk mendeteksi benda yang berada didekatnya.

             11. Saklar

            Berfungsi sebagai switch dalam rangkaian.

            12. Push button

 

              Berfungsi sebagai pemutus dan penyambung arus listrik dalam rangkaian.

            13. Ground

            Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.

            14. NTC

            Berfungsi sebagai penghitung suhu sehingga mempengaruhi resistansinya.

            15. Op amp

            Berfungsi sebagai penguat tegangan pada rangkaian.

            16. Buzzer

            Berfungsi sebagai indikator yang hidup jika air pada galon habis.

            

            17. Sensor air

            

                perangkat water level yang sanggup mengukur level air, tekanan mutlak, tekanan barometrik, suhu dan ketinggan air                     bersama akurasi tinggi

 Power Suply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. Spesifikasi :

Input voltage: 5V-12V
Output voltage: 5V
Output Current: MAX 3A
Output power:15W
conversion efficiency: 96%

3 Dasar Teori [Kembali] 

a. Transistor

Selain digunakan sebagai penguat, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor.

 

b. Sensor inframerah/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).

Sistem sensor infra merah pada dasarnya menggunakan infra merah sebagai media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan bekerja jika sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda yang mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh penerima.

 

c. NTC

Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).

Contoh perubahaan Nilai Resistansi Thermistor NTC saat terjadinya perubahan suhu disekitarnya (dikutip dari Data Sheet salah satu Produsen Thermistor MURATA Part No. NXFT15XH103), Thermistor NTC tersebut bernilai 10kΩ pada suhu ruangan (25°C), tetapi akan berubah seiring perubahan suhu disekitarnya. Pada -40°C nilai resistansinya akan menjadi 197.388kΩ, saat kondisi suhu di 0°C nilai resistansi NTC akan menurun menjadi 27.445kΩ, pada suhu 100°C akan menjadi 0.976kΩ dan pada suhu 125°C akan menurun menjadi 0.532kΩ. Jika digambarkan, maka Karakteristik Thermistor NTC tersebut adalah seperti dibawah ini :

d. LM35

     Prinsip kerja LM35 yaitu suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu. Suhu lingkungan akan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan outputnya,

f. Penguat Non-inverting (Op Amp)
Rangkaian untuk penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (3).

Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :



Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741.

e. sensor air (Water sensor)

Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya.

Penguat Non-inverting (Op Amp)
Rangkaian untuk penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (3).

Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :



Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741.

G. Cara kerja peltier adalah, jika peltier disambungkan ke arus DC , lempengan pertama akan menyerap panas, dan lempengan kedua akan mengeluarkan panas. Lempengan yang menyerap panas akan memberikan efek pendinginan atau pembekuan. Sedangkan lempengan di baliknya akan menghasilkan panas. 

Lempengan yang mengahasikan efek pendinginan atau pembekuan, berada di bagian yang bertuliskan kode angka peltier. Sedangkan lempengan di baliknya yang berfungsi untuk membuang panas, berada di baliknya, biasanya di sambungkan dengan heatsink dengan tambahan thermal paste.

H. Detektor Non inverting

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa

gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti

gambar 78.

Gambar 78 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga

bentuk gelombang tegangan output Vo 

Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

4. Percobaan [Kembali]

 Gambar Rangkaian

 Prinsip kerja

A. Prinsip Kerja Sensor Infrared

Saat logic state berlogika 0, artinya sensor Infrared belum mendeteksi adanya gelas kosong, .Kemudian tegangan yang dikeluarkan di kaki Vout sebesar 0 V, Kemudian diteruskan ke rangkaian op-amp non  inverting amplifier dan menggunakan rumus Vo = (R7/R25+1).Vin, Vo = (20k/10k + 1).0 sehingga tegangan yang keluar dari Vo sebesar 0 volt. Kemudian diumpankan ke R5 dan diteruskan ke rangkaian detektor dan tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar 0 mV sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +925 mV. Kemudian dengan menggunakan rumus Detektor yaitu ED= tegangan di kaki non inverting-tegangan di kaki inverting di kali Aol, sehingga hasilnya ED=0-(+925) dikali Aol yang sangat besar dan didapatkan tegangan output yang terbaca sebesar -15V. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R4 dan diteruskan ke rangkaian Fixed Bias , dan tegangan yang terbaca di kaki base transistor Q2 sebesar -1,01V. Seperti yang kita ketahui bahwa tegangan tersebut belum cukup untuk mengaktifkan transistor Q2 dan menyebabkan tidak adanya arus yang mengalir dari power supply +12V kemudian diteruskan ke relay, ke kaki collector dan kaki emitor dan diteruskan ke ground. Dengan tidak adanya arus yang mengalir maka switch relay masih berada di sebelah kanan dan rangkaian tidak membentuk loop dan buzzer dan pompa air pun off.

Saat logic state berlogika 1, artinya sensor Infrared mendeteksi adanya gelas kosong, .Kemudian tegangan yang dikeluarkan di kaki Vout sebesar 5 V, Kemudian diteruskan ke rangkaian op-amp non  inverting amplifier dan menggunakan rumus Vo = (R7/R25+1).Vin, Vo = (20k/10k+ 1).5 sehimgga tegangan yang keluar dari Vo sebesar 15 volt. Kemudian diumpankan ke R5 dan diteruskan ke rangkaian detektor dan tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar 15V sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +925 mV. Kemudian dengan menggunakan rumus Detektor non inverting yaitu ED= tegangan di kaki non inverting-tegangan di kaki inverting di kali Aol, sehingga hasilnya ED=15-(+0,925) dikali Aol yang sangat besar dan didapatkan tegangan output yang terbaca sebesar +15V.

Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R4 dan diteruskan ke rangkaian Fixed Bias, dan tegangan yang terbaca di kaki base transistor Q2 sebesar 0,98V. Seperti yang kita ketahui bahwa tegangan tersebut sudah cukup untuk mengaktifkan transistor Q2 dan menyebabkan adanya arus yang mengalir dari power supply +12V kemudian diteruskan ke relay, ke kaki collector dan kaki emitor dan diteruskan ke ground. Dengan adanya arus yang mengalir maka switch relay masih berada di sebelah kiri dan rangkaian membentuk loop dan buzzer dan pompa air pun on.

B. Prinsip Kerja Sensor Water

Saat sensor water belum mendeteksi adanya air yang penuh di gelas, maka tegangan yang keluar di kaki s sensor water yang diteruskan ke induktor L1 dan kapasitor C1 dan tegangan yang terbaca sebesar 0 V .Kemudian diteruskan ke R16 dan tegangan inputnya juga terbaca 0 V. Kemudian arus diteruskan rangkaian op-amp non inverting amplifier dan menggunakan rumus Vo = (R21/R22+1).Vin, Vo = (20k/10k + 1).0 sehingga tegangan yang keluar dari Vo sebesar 0 volt. Kemudian Vo rangkaian opamp non inverting amplifier diumpankan ke R20 dan diteruskan ke rangkaian detektor dan tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar 0 mV sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +1000 mV. Kemudian dengan menggunakan rumus Detektor yaitu ED= tegangan di kaki non inverting-tegangan di kaki inverting di kali Aol, sehingga hasilnya ED=0-(+1000) dikali Aol yang sangat besar dan didapatkan tegangan output yang terbaca sebesar -15V. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R19 dan diteruskan ke rangkaian Fixed Bias, dan tegangan yang terbaca di kaki base transistor Q3 sebesar -14,4V. Seperti yang kita ketahui bahwa tegangan tersebut belum cukup untuk mengaktifkan transistor Q2 dan menyebabkan tidak adanya arus yang mengalir dari power supply +12V kemudian diteruskan ke relay, ke kaki collector dan kaki emitor dan diteruskan ke ground. Dengan tidak adanya arus yang mengalir maka switch relay masih berada di sebelah kanan dan rangkaian tidak membentuk loop dan LED mati dan pompa air masih hidup.

Saat sensor water mendeteksi adanya air yang penuh di gelas, maka tegangan yang keluar di kaki s sensor water yang diteruskan ke induktor L1 dan kapasitor C1 dan tegangan yang terbaca sebesar 2,77 V .Kemudian diteruskan ke R16 dan tegangan inputnya juga terbaca 2,77 V. Kemudian arus diteruskan rangkaian op-amp non inverting amplifier dan menggunakan rumus Vo = (R21/R22+1).Vin, Vo = (20k/10k + 1).2,77 sehingga tegangan yang keluar dari Vo sebesar 8,29 volt. Kemudian Vo rangkaian opamp non inverting amplifier diumpankan ke R20 dan diteruskan ke rangkaian detektor dan tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar 0 mV sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +1000 mV. Kemudian dengan menggunakan rumus Detektor yaitu ED= tegangan di kaki non inverting-tegangan di kaki inverting di kali Aol, sehingga hasilnya ED=8,29-(+1000) dikali Aol yang sangat besar dan didapatkan tegangan output yang terbaca sebesar +15V. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R19 dan diteruskan ke rangkaian Fixed Bias, dan tegangan yang terbaca di kaki base transistor Q4 sebesar 0,91V. Seperti yang kita ketahui bahwa tegangan tersebut belum cukup untuk mengaktifkan transistor Q4 dan menyebabkan  adanya arus yang mengalir dari power supply +12V kemudian diteruskan ke relay, ke kaki collector dan kaki emitor dan diteruskan ke ground. Dengan  adanya arus yang mengalir maka switch relay masih berada di sebelah kiri dan rangkaian  membentuk loop dan LED hidup dan pompa air mati.

C. Prinsip Kerja Sensor LM35

Saat belum memilih air panas, maka LM 35 aka bersuhu di bawah 80℃ yaitu 78℃ dan output yang keluar dari kaki vout LM35 diteruskan ke R13 dan masuk ke ke kaki non inverting, sehingga tegangan yang terbaca sebesar +828mV sedangkan di kaki inverting terbaca sebesar +833mV.  Kemudian dengan menggunakan rumus opamp detektor yaitu ED=(Vnon inverting - V inverting).Aol yang sangat besar dan didapatkan hasil tegangan output yang terbaca sebesar -11,9 V dan merupakan -Vsaturasi. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R27 dan arus yang terbaca di kaki Gate Transistor Q1 yaitu sebesar -11,9 V. Seperti yang kita ketahui, bahwa tegangan tersebut belum cukup untuk mengaktifkan transistor Q1 dan menyebabkan tidak adanya arus yang mengalir dari power supply +12V ke relay, ke kaki drain dan ke kaki source terus ke ground. Dengan tidak adanya arus yang mengalir, maka switch relay masih berada di sebelah kanan dan rangkaian tidak membentuk loop dan Oven mati dan pompa air juga tidak mengeluarkan air panas .

Saat memilih air panas, maka sensor LM 35 akan aktif pada suhu 80℃ dan output yang keluar dari kaki vout transistor akan diteruskan ke resistor R3 dan diperkecil arusnya. Kemudian diteruskan ke kaki non inverting, sehingga tegangan yang terbaca adalah +849mV sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +833mV. Kemudian dengan menggunakan rumus opamp detektor yaitu ED= (Vnon inverting- Vinverting). Aol yang sangat besar, didaptkan tegangan output yang terbaca sebesar +11 V. Kemudian, dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke Resistor R27 dan diperkecil arus dan diteruskan ke kaki Gate Transistor Q1. Sehingga tegangan yang terbaca adala +11 V. Seperti yang sudah kita ketahui bahwa tegangan tersebut sudah cukup untuk mengaktifkan transistor Q1 dan menyebabkan adanya arus yang mengalir dari power supply +12V ke relay, ke kaki drain, ke kaki source, dan kemudian diteruskan ke ground. Dengan adanya arus yang mengalir, maka switch relay akan berpindah ke kiri dan menghidupkan oven dan pompa air mulai mengeluarkan air panas.

D. Prinsip Kerja NTC

Saat belum memilih air dingin, maka NTC akan bersuhu di bawah 3℃ dan output yang keluar dari kaki NTC yang diteruskan ke resistor R13 dan diatur resistansinya di pot hg rv5, sehingga tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar +440mV. sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +650mV. Kemudian dengan menggunakan rumus opamp detektor yaitu ED=(Vnon inverting - V inverting).Aol yang sangat besar dan didapatkan hasil tegangan output yang terbaca sebesar -12 V dan merupakan -Vsaturasi. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R10 dan arus yang terbaca di kaki Gate Transistor Q3 yaitu sebesar -12 V. Seperti yang kita ketahui, bahwa tegangan tersebut belum cukup untuk mengaktifkan transistor Q3 dan menyebabkan tidak adanya arus yang mengalir dari power supply +12V ke relay, ke kaki drain dan ke kaki source terus ke ground. Dengan tidak adanya arus yang mengalir, maka switch relay masih berada di sebelah kanan dan rangkaian tidak membentuk loop dan LED mati dan pompa air juga tidak mengeluarkan air dingin.

Saat memilih air dingin, maka NTC akan bersuhu  3℃ dan output yang keluar dari kaki NTC yang diteruskan ke resistor R13 dan diatur resistansinya di pot hg rv5, sehingga tegangan yang terbaca di kaki non inverting sebesar +660mV. sedangkan di kaki inverting tegangan yang terbaca sebesar +650mV. Kemudian dengan menggunakan rumus opamp detektor yaitu ED=(Vnon inverting - V inverting).Aol yang sangat besar dan didapatkan hasil tegangan output yang terbaca sebesar +11 V dan merupakan -Vsaturasi. Kemudian dari Vo rangkaian detektor diumpankan ke resistor R10 dan arus yang terbaca di kaki Gate Transistor Q3 yaitu sebesar +11 V. Seperti yang kita ketahui, bahwa tegangan tersebut cukup untuk mengaktifkan transistor Q3 dan menyebabkan adanya arus yang mengalir dari power supply +12V ke relay, ke kaki drain dan ke kaki source terus ke ground. Dengan adanya arus yang mengalir, maka switch relay masih berada di sebelah kanan dan rangkaian membentuk loop dan LED hidup dan pompa air juga  mengeluarkan air dingin.

5. Video

Berikut video simulasi rangkaian 

Link: Klik disini

6. Download

Download File HTML klik disini
Download Rangkaian Klik Disini
Download Video klik disini
Download Data Sheet Resistor 220 klik disini
Download Data Sheet Resistor 10k klik disini
Download Data Sheet Transistor NPN BC547 klik disini
Download Datasheet 2N7000 klik disini
Download Data Sheet LM358 Klik Disini
Download Data Sheet Relay 12V klik disini
Download Data Sheet Buzzer klik disini
Download Datasheet LED klik disini
Download Data Sheet Motor DC klik disini
Download Data Sheet LM35 klik disini
Download Data Sheet NTC klik disini
Download Data Sheet Water Sensor klik disini
Download Data Sheet Sensor Infrared klik disini
Download File Library Water Sensor klik disini
Download File Library Sensor Infrared klik Disini