Kontrol Penyiraman Tanaman (Tugas Besar)



1. Tujuan [kembali]
  • Mempelajari tentang Rangkaian MUX-DEMUX
  • Mempelajari tentang Rangkaian Encoder-Decoder
  • Mengetahui tentang UV Sensor, Soil Moisturizer Sensor, dan Rain Sensor
  • Mampu mengaplikasikan sensor pada rangkaian.
  • Mempelajari prinsip kerja rangkaian Kontrol Penyiraman Tanaman.
2. Alat dan Bahan [kembali]

BAHAN
  1. UV Sensor (ML8511)


    UV Sensor adalah sensor yang mendeteksi adanya sinar ultraviolet. Sinar Ultraviolet diterima oleh sensor melalui photodioda yang sensitif terhadap sinyal ultraviolet. Semakin besar tegangan keluaran, berarti semakan kuat sinar UV yang diujikan. Konfigurasi pin:

    Data Sheet ML8511:


  2. Rain Sensor

    Rain Sensor adalah sensor untuk mendeteksi apakah hujan turun atau tidak. Papan sensor berfungsi sebagai resistor yang nilai nya berubah apabila terkena tetesan air. Semakin banyak air pada papan sensor, semakin besar resistansi nya. dan sebaliknya.
    Konfigurasi pin:

    Datasheet Rain Sensor:


  3. Soil Moisture Sensor

    Soil moisture sensor adalah sensor yang berfungsi sebagai pendeteksi kelembaban tanah. Mirip dengan Rain sensor, Soil moisture sensor bekerja layaknya resistor variabel. bagian sensornya ditanam di dalam tanah yang diuji, lalu kelembaban tanah mengakibatkan perubahan resistansi. Makin lembab tanah, makin besar resistansi nyda dan sebaliknya.
    Konfigurasi Pin:

    Datasheet: 


  4. Transistor (2N1711)
    Transistor adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai skalar, penguat sinyal, osilator, modulator, dst.  Transistor yang digunakan disini adalah 2N1711 (Bipolar NPN).
    Datasheet 2N1711:


  5. 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.
    Relay Datasheet: 


  6. Seven Segment Display

    Seven Segment Display adalah LED sebanyak tujuh buah yang disusun agar dapat menampilkan angka apabila beberapa LED dihidupkan secara bersama.
    Seven Segment Pinout:

  7. Multiplexer dan Demultiplexer (74HC4052)
    Multiplexer adalah rangkaian logika kombinasional yang dirancang khusus untuk mengalihkan salah satu dari beberapa jalur INPUT (masukan) ke satu jalur OUTPUT (keluaran). Jalur Input yang terpilih menentukan input mana yang akan terhubung ke output. Demultiplexer merupakan kebalikan dari multiplexer.
    Pinout:
    Datasheet:


  8. Encoder (74LS147)
    Encoder adalah rangkaian yang mengubah beberapa input biner menjadi beberapa output yang lebih kecil jumlahnya.
    Pinout:
    Datasheet:

  9. Decoder (7447)
    Decoder adalah rangkaian yang mengubah beberapa kecil input biner menjadi output biner yang lebih banyak. Decoder merupakan kebalikan dari encoder.
    Pinout:
    Datasheet:


  10. Op Amp (AD8551AS)
    OP-AMP adalah alat elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal analog. Op-Amp digunakan untuk membuat rangkaian detektor, comparator, penguat audio dan video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC dan lain-lain.
    Pinout:
    Datasheet:

  11. Gerbang Logika / Logic Gates (AND, NOT)
    Gerbang Logika/Logic Gates adalah rangkaian elektronika digital dasar yang berfungsi sebagai pemilih pilihan berdasarkan inputnya. Beberapa pilihan logika tersebut berupa 0 atau 1.

  12. Baterai
    Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik.

  13. Capacitor
    Capacitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan energi dalam bentuk arus listrik yang membentuk perbedaan potensial diantara dua plat nya.

  14. Induktor
    Inductor adalah komponen elektrikal pasif yang terdiri atas lilitan kabel yang didesain untuk mengambil keuntungan dari hubungan magnetisme dengan elektronika yang merupakan hasil dari arus melewati lilitan.

  15. Motor DC
    Motor DC adalah motor listrik yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanikal. 

  16. Potentiometer
    Potentiometer adalah resistor variatif dengan tiga terminal dimana besar resistansinya diatur secara manual, baik dengan cara digeser maupun dengan cara di putar

  17. Resistor
    Resistor adalah komponen elektronika pasif  yang memiliki fungsi untuk menghambat arus. Selain itu, resistor dapat berfungsi sebagai pembagi tegangan dan pengurang nilai tegangan.

ALAT
  1. Power Supply
    Power supply adalah alat elektronik yang berfungsi sebagai sumber tenaga pada rangkaian.

  2. Generator DC
    Generator DC adalah salah satu jenis mesin listrik yang berfungsi sebagai pembangkit daya pada rangkaian.

  3. Voltmeter DC
    Voltmeter DC adalah alat elektronik yang berfungsi untuk mengukur besar tegangan (beda potensial) pada dua titik di rangkaian listrik. Cara pemakaiannya adalah dengan menyambungkan voltmeter secara paralel.
  4. Ground
    Ground berfungsi sebagai penghilang beda potensial pada rangkaiana dengan mengalirkan arus ke ground.

  5. Logic Probe
    Logic Probe adalah alat simulasi yang berfungsi untuk membaca sinyal biner yang dikirimkan pada rangkaian

  6. Logic State
    Logic State adalah alat simulasi yang berfungsi untuk mensimulasikan status logika pada aplikasi simulasi. dapat bernilai 0 atau 1. Pada rangkaian TTL, 1 dapat bernilai 5V dan 0 bernilai 0V.

3. Dasar Teori [kembali]

  • Baterai
    Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable). Baterai simbol seperti gambar di bawah ini:


  • Power Supply
    Power supply atau pencatu daya adalah sebuah alat elektronik yang berfungsi memberikan tegangan dan arus listrik pada komponen-komponen lainnya. Pada dasarnya power supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi sumber daya yang dibutuhkan oleh berbagai perangkat elektronik lainnya. Arus listrik yang disalurkan oleh power supply ini adalah jenis arus bolak-balik (AC). Namun karena kelebihan dari power supply ini, maka alat ini juga dapat mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Power supply memiliki simbol sebagai berikut :

  • Resistor
    Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.

    Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
    1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
    2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
    3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
    4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
    5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.

  • Potensiometer
    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.

    Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :
    1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
    2. Element Resistif
    3. Terminal

    Berdasarkan bentuknya, Potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :
    1. Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
    2. Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
    3. Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.

    Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.

    Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

    Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).

  • Dioda
    Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

    a. Tanpa Tegangan

    Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p.

    b. Forward bias

    Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif.

    c. Reverse bias


    Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub.

  • Transistor
    Transistor NPN

    Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.

    Transistor PNP


    Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

    Transistor sebagai Saklar
    Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk 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. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan Rb = Vbe / Ib

    Transistor sebagai penguat
    Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.
    DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)

  • Operational Amplifier
    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).

    Rangkaian dasar op amp:
    a. Inverting

    Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif.

    Vout = - (Rf / R1) Vin

    b. Non Inverting

    Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa.

    Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

  • Seven Segment Display


    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:



4. Langkah Percobaan [kembali]

Step 1: Susun dan Siapkan Komponen 
Step 2: Rangkai Komponen
Step 3: Buat Simulasi Pada Proteus
Step 5: Mencoba Rangkaian
Step 5: Menerapkan Rangkaian


5. Gambar Rangkaian [kembali]

Kondisi 0 (Penyiraman)

Ketika Uv rendah (pagi atau malam) dan kelembaban tanah kurang dari 1/3, maka sensor UV mengeluarkan tegangan yang kecil (< 1.4 V tergantung besarnya UV)  menuju kaki non inverting dari op amp comparator. Pada kaki inverting (-) dipasang tegangan 1.4 V sebagai batas UV index tertinggi yang diperbolehkan untuk menyiram tanaman. Karena tegangan kaki non inverting lebih kecil daripada tegngangan kaki inverting, maka opamp mengeluarkan tegangan 0V dan berlogika 0 (false). Karena kita butuhkan adalah UV dibawah 1.4V, maka dipasangkan ke gerbang logika not sehingga nilai logika nya berbalik menjadi 1 sebelum menuju multiplexer. Karena Sensor kelembaban tanah membaca kelembaban tanah kecil dari 1/3, maka output tegangan sensor menjadi kecil (mendekati 0V). Dihubungkan ke Gerbang logika not sehingga logika output sensor menajdi 1 dan dihubungkan ke MUX-DEMUX pada pin select 0, sehingga data yang akan dikeluarkan pada multiplexer adalah data dari UV sensor. Data tersebut kemudian menuju ke DEMUX. Dari DEMUX, output akan menuju basis transistor. dari transistor menuju relay yang akhirnya menghidupkan pompa penyiraman tanaman.
Sensor hujan dihubungkan pada enabler MUX-DEMUX, sehingga apabila hujan, MUX-DEMUX akan mematikan sistemnya.
Untuk memberikan status rangkaian, Sinyal menuju pompa air juga dimasukkan ke data 1 encoder. Dan data 2 dihubungkan dengan output sensor kelembaban tanah. pin data 3 dan seterusnya pada encoder dihubungkan dengan power sehingga nilai nye menjadi 0 (NOT). Output dari endcoder dihubungkan dengan gerbang logika NOT sehingga data yang diterima oleh decoder berlogika terbalik dari output encoder. Dari decoder data yang membentuk angka 0 pada seven segment.

Kondisi 1 (UV Terlalu Tinggi)
Ketika UV tinggi dan kelembaban tanah kurang dari 1/3, Maka sensor UV mengeluarkan output 

6. Prinsip Rangkaian [kembali]

Kondisi

7. Video Simulasi [kembali]

VIDEO


download

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)