Sensor Fisika
- Untuk mengetahui sensor infrared dan sensor LDR.
- Untuk memahami prinsip sensor infrared dan sensor LDR.
- Mengaplikasikan sensor infrared dan sensor LDR sebagai kontrol garasi otomatis.
2. Alat dan Bahan [kembali]
Alat:
1. Voltmeter DC
Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.
Berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.
Bahan:
1. Resistor
Digunakan untuk menghambat arus agar tidak terlalu besar.
2. Potensiometer
Berfungsi untuk mengatur tegangan dengan menaikan atau menurunkan resistansi.
Berfungsi sebagai detektor.
4. Sensor Infrared
Sebagai sensor cahaya inframerah
5. Transistor NPN
Berfungsi untuk penguat arus.
6. Motor DC
Sebagai alat yang akan menggerakkan.
7. LDR
Sebagai sensor cahaya.
1. Infrared
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). 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.
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
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.
Op-amp LM324 adalah IC dengan 14 pin yang memiliki 4 op-amp didalam dengan single-supply mulai dari 3 Volt sampai 32 Volt dan jika menggunakan supply simetris +/-16 Volt. IC op-amp LM324 banyak digunakan untuk ragam aplikasi selain rangkaian audio dikarenakan harganya sangat murah.
Detektor Penyilang nol tak pembalik ( non-Inverting zero crossing Detector/NIZCD) Sinyal masukan masuk pada (+) op amp dan membandingkan dengan nol (-) op Amp.
Ed = (+) input – (-) input= Vi – 0
Vi > 0 maka Vo = + Vsat
Vi < 0 maka Vo = - Vsat
Detektor taraf membalik (Inverting voltage level detector / IVLD). Sinyal masukan masuk pada (-) op amp dan membandingkan dengan nol (+) op Amp.
Ed = (+) input – (-) input= Vref – vi.
Vi > Vref maka Vo = + Vsat.
Vi < Vref maka Vo = - Vsat.
4. 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: Ω) 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:
5. 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).
Sekitar tahun 1947an, Tiga orang ilmuwan fisika asal Amerika yaitu William Shockley beserta rekannya John Barden, dan W. H Brattain yang tergabung sebagai peneliti pada sebuah laboratorium milik perusahaan AT&T Bell, merekalah yang berhasil pertama kali menemukan Transistor. Transistor adalah nama yang diberikan oleh ilmuwan John Robinson karena sifat kerjanya komponen ini yang dapat menghantarkan energi dengan kekuatan daya hantar dapat ditentukan dengan cara mengatur nilai tahanan pada bias pengontrolnya. Pernyataan ini sesuai dengan kepanjangan kata dari transistor yaitu Transfer (Pemindahan) dan Varistor (Variable Resistor). Dan sekitar tahun 1958an, komponen transistor mulai digunakan pada rangkaian elektronik dalam projek-projek penelitian para ilmuwan tersebut. Jenis Transistor:
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:
Rumus:
6. Komparator
· Buka aplikasi proteus
· Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen sensor infrared, sensor LDR, resistor, relay, lamp, motor, lm324, 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.
Ketika sensor menerima pantulan cahaya infrared (dari mobil) atau sensor berlogika 1, maka akan ada tegangan keluar dari sensor sebesar 5 volt dan arus akan mengalir ke kaki non inverting U1 (LM324) dan kaki inverting U2 (LM324). Disini IC LM324 berfungsi sebagai komparator. Karena Vin dari besar dari pada Vref di U1, maka tegangan output U1 akan sebesar +Vcc Sedangkan di U1 karena Vin dari kecil dari pada Vref di U2, maka tegangan output U2 akan sebesar -Vcc. Tegangan Output yang dihasilkan U1 akan membuat arus mengalir ke R1 dan D1 menyala. Arus juga akan mengalir ke R3 dan R6 sehingga menakibatkan Q1 dan Q4 aktif. Aktifnya Q1 dan Q4 menyababkan motor menjadi berputar searah jarum jam yang ditandakan dengan berbunyi nya buzzer dan mobil pun masuk ke dalam garasi.
Namun Ketika sensor tidak menerima pantulan cahaya infrared atau sensor berlogika 0, maka tiadak akan ada tegangan keluar dari sensor dan arus tidak akan mengalir ke kaki non inverting U1 (LM324).Ketika mobil sudah masuk ke dalam garasi dan si pemilik mobil menghidupkan lampu garasi , maka resistansi dari LDR anak kecil dan menyebabkan ada arus mengalir ke kaki non inverting LM324. Disini IC LM324 juga berfungsi sebagai detektor. Karena Vref dari besar dari pada Vin di U1, maka tegangan output U1 akan sebesar -Vcc Sedangkan di U2 karena Vref dari kecil dari pada Vin di U2, maka tegangan output U2 akan sebesar +Vcc. Tegangan Output yang dihasilkan U2 akan membuat arus mengalir ke R2 dan D2 menyala. Arus juga akan mengalir ke R5 dan R4 sehingga menakibatkan Q2 dan Q3 aktif. Aktifnya Q1 dan Q4 menyababkan motor menjadi berputar berlawanan arah jarum jam ( garasi tertutup) .
c. Rangkaian simulasi
 |
Pagar Rumah terbuka |
 |
Pagar Rumah tertutup |
Video: disini
HTML: disini
File rangkaian: disini
Data sheet ldr: disini
Datasheet IR: disini
Datasheet transistor npn: disini
Datasheet lm 324: disini
Datasheet resistor: disini
Library IR: disini
Komentar
Posting Komentar