Modul 1 : Aplikasi I/O Sederhana (Kipas dan Suara)

Rifal Hidayat




RUANG TAMU OTOMATIS BERBASIS 
MIKROKONTROLER


1. Pendahuluan [Kembali]

Mikrokontroler merupakan inti dinamis dari proyek inovatif ini, berfungsi sebagai otak pintar yang memungkinkan integrasi sensor gas, suara, dan infrared untuk menghasilkan rangkaian sederhana yang responsif. Sebagai perangkat kendali yang kompak dan dapat diprogram, mikrokontroler memainkan peran sentral dalam memproses data yang diperoleh dari sensor-sensor tersebut. Penerapan mikrokontroler memungkinkan pengambilan keputusan otomatis untuk mengendalikan perangkat, seperti kipas dan suara, sesuai dengan kondisi lingkungan sekitar. Dengan demikian, proyek ini menggambarkan kemampuan dan fleksibilitas mikrokontroler dalam merancang aplikasi cerdas yang menjawab dinamika sekitarnya dengan efektif dan efisien.

2. Tujuan [Kembali]
  1. Memahami Prinsip Dasar Input dan Output pada mikrokontroller
    2. Menerapkan Prinsip Input dan Output pada penggunaan Kipas dengan input suara menggunakan            mikrokontroler

3. Alat dan Bahan [Kembali]

a. Alat

  • Power Supply



Spesifikasi :

Input voltage    : 5V-12V
Output voltage  : 5V
Output Current : MAX 3A
Output power   :15W

b. Bahan

  1. Arduino UNO



Spesifikasi : 

  • Motor DC


Spesifikasi :

    Operating temperature  : -10oC – 60oC
    Rated voltage                : 6.0VDC
    Rate load                       : 10 g*cm
    No-load current             : 70 mA max
    No-load speed               : 9100±1800rpm
    Loaded current              : 250 A max
    Loaded speed                : 4500±1500 rpm
    Starting torque              : 20 g*cm
    Starting voltage            : 2.0
    Stall current                  : 500 mA max
    Body size                      : 27.5mm x 20mm x 15mm
    Weight                           : 17.5 grams
  • Relay


Spesifikasi : 

Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC
Trigger Current (Nominal current)     : 70mA
Maximum AC load current                 : 10A @ 250/125V AC
Maximum DC load current                 : 10A @ 30/28V DC
Compact 5-pin configuration with plastic moulding
Operating time                                    : 10msec Release time: 5msec
Maximum switching                           : 300 operating/minute (mechanicall
  • Baterai 


Spesifikasi :

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

  • Dioda
Spesifikasi :


  • Transistor

Spesifikasi :


  • Resistor


Spesifikasi :


  •   Sensor Sound

    • Pin1 (VCC): 3.3V DC to 5V DC
    • Pin2 (GND): This is a ground pin
    • Pin3 (DO): This is an output pin

  •  LCD 20x4



gambar LCD



  • Sensor Gas MQ2

    Spesifikasi 

    • Sensitivitas tinggi dengan area deteksi luas
    • Long life
    • Detection gas : LPG, i-butane, Propane, Methane, Alkohol, Hidrogen
    • Concentration : 200 - 5000 ppm (LPG dan Propane), 300 - 5000 ppm (Butane), 5000 - 20000 ppm (Methane), 300 - 5000 ppm (Hidrogen), 100 - 2000 ppm (Alkohol)
    • Circuit Voltage (Vc) : 5V
    • Heating Voltage (Vh)  : 1.4V-5V
    • Heating Time Th (High) : 60s
    • Heating Time Th (Low) : 90s
    • Load Resistence (RL) : Adjustable
    • Heater resistance (Rh) : 33 ohm
    • Heater Consumption : <800 mW
    • Sensing resistance : 3K ohm - 30K ohm (pada 1000 ppm iso Butane)
    • Preheat time : >24 jam

  •  Infrared Sensor

    Spesifikasi :

    • Tegangan kerja 3-5 V DC
    • Konsumsi arus pada 3,3V = 23 mA dan pada 5V = 43mA
    • Ukuran board 3.2 x 1,4cm
    • Lubang sekrup 3mm
  •  Resistor


  • Modul PCF8574
Fitur:
- Antarmuka I2C, modul ekspansi I / O, dua skalabilitas I / O 8 I / O (hingga 8 penggunaan simultan
- PCF8574 diperluas menjadi 64 I / O)

Fitur paling penting:
1. Mendukung dua jenis antarmuka papan target akses: Pin atau kursi baris,
2. Mendukung kaskade bus I2C (dengan metode docking pin header row seat dapat digunakan secara bersamaan beberapa modul I2C)
3. Aplikasi umum: I / O kekurangan sumber daya Ekspansi I / O MCU
4. Sumber daya utama: antarmuka PCF8574 I2C, paralel 8-bit

  • Ground
    Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian



4. Dasar Teori [Kembali]

  1. Arduino UNO





    Arduino adalah platform perangkat keras (hardware) yang dirancang untuk memudahkan pengembangan dan prototyping proyek-proyek elektronik. Ini terdiri dari papan sirkuit cetak berukuran kecil yang dilengkapi dengan mikrokontroler dan sejumlah pin input/output yang dapat digunakan untuk menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen elektronik lainnya.

    Mikrokontroler pada papan Arduino adalah otak utama yang mengontrol berbagai komponen yang terhubung dengannya. Papan Arduino biasanya dilengkapi dengan berbagai macam varian mikrokontroler dari berbagai produsen, seperti ATmega yang diproduksi oleh Microchip Technology. Meskipun demikian, Arduino lebih sering dikaitkan dengan platform open-source yang dikelola oleh Arduino.cc.

    Arduino memiliki beberapa komponen utama yang membentuk papan sirkuit mikrokontroler. Berikut adalah penjelasan tentang komponen-komponen utama Arduino:

    1. Mikrokontroler: Ini adalah otak utama dari Arduino yang melakukan semua operasi pengolahan data dan kontrol. Arduino menggunakan mikrokontroler sebagai pusat kendali, yang berfungsi untuk membaca input, menjalankan kode program, dan mengontrol output. Beberapa varian Arduino menggunakan mikrokontroler dari berbagai produsen, seperti ATmega yang diproduksi oleh Microchip Technology.
    2. Pin I/O: Arduino memiliki sejumlah pin input/output (I/O) yang digunakan untuk menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen lainnya. Pin ini bisa berfungsi sebagai input untuk membaca data dari sensor atau output untuk mengontrol aktuator. Ada pin digital dan pin analog. Pin digital dapat berupa input atau output dengan nilai logika 0 (LOW) atau 1 (HIGH), sementara pin analog digunakan untuk membaca nilai analog seperti sensor suhu atau cahaya.
    3. Papan Sirkuit: Papan Arduino adalah substrat fisik tempat semua komponen terhubung. Papan ini biasanya terbuat dari bahan tahan lama dan dilengkapi dengan jalur tembaga yang menghubungkan komponen-komponen elektronik.
    4. Konektor USB: Banyak varian Arduino dilengkapi dengan konektor USB. Ini memungkinkan Anda untuk menghubungkan papan Arduino ke komputer, sehingga Anda dapat mengunggah kode program ke mikrokontroler dan berkomunikasi dengan papan melalui koneksi serial.
    5. Catu Daya: Arduino memerlukan catu daya untuk beroperasi. Ini bisa berasal dari komputer melalui kabel USB atau dari sumber daya eksternal seperti baterai atau adaptor listrik. Beberapa papan Arduino memiliki regulator tegangan yang memungkinkan papan menerima berbagai tingkat tegangan masukan.
    6. Konektor Listrik: Arduino umumnya memiliki pin header atau konektor yang memungkinkan Anda untuk menghubungkan kabel atau kawat ke pin I/O. Ini memudahkan Anda dalam menghubungkan sensor, aktuator, dan komponen lainnya ke papan Arduino.
    7. Kristal Osilator: Kristal osilator digunakan untuk menghasilkan sinyal osilasi yang diperlukan oleh mikrokontroler untuk menjalankan perhitungan waktu dan operasi lainnya.
    8. Tombol Reset: Tombol reset memungkinkan Anda untuk mengulang proses booting papan Arduino atau menghentikan eksekusi program yang sedang berjalan.
    9. Indikator LED: Beberapa varian Arduino memiliki indikator LED yang terhubung ke pin tertentu. LED ini dapat diatur dalam kode program untuk memberi tahu status atau kondisi papan, seperti aktif atau dalam mode tidur.



    Pin (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

    Pin pada Arduino adalah tempat dimana untuk menyambungkan kabel anatara pin Arduino dengan perangkat-perangkat input/output (biasanya menghubungkan dengan rangkaian project pada breadboard). Pin Arduino biasanya berupa female header sehingga untuk mendapatkan koneksi dari pin Arduino hanya cukup colokan kabel ke dalam lubang pin header tersebut. Terdapat beberapa pin pada Arduino dengan fungsi yang berbeda-beda, masing-masing pin diberi label sesuai nama dan fungsinya pada PCB.

    GND : Kependekan dari ‘Ground’. Terdapat beberapa pin ground dan semuanya dapat digunakan.

    5V & 3.3V: 5V pin memberikan supply tegangan 5 volt, dan 3.3V pin memberikan supply tegangan 3.3 volt. Kebanyakan yang digunakan dengan Arduino bekerja pada tegangan 5 atau 3.3 volt.

    Analog: Pin yang berada di bawah tulisan ‘Analog In’ (A0 sampai A5 pada Arduino UNO) adalah pin Analog Input. Pin ini dapat membaca sinyal dari sensor analog (seperti sensor suhu) dan mengkonversinya kedalam nilai digital yang dapat kita baca.

    Digital: Terletak disisi lain dari analog pin terdapat pin digital (0 sampai 13 pada UNO). Pin ini dapat difungsikan sebagai digital input (seperti memberitahukan apabila button dipencet) dan digital output (seperti menyalakan sebuah LED).

    PWM: Kamu bisa melihat simbol (~) pada beberapa pin digital (3, 5, 6, 7, 9, 10, dan 11 pada UNO). Pin ini berfungsi sebagai pin digital biasanya, tapi bisa digunakan untuk Pulse-Width Modulation (PWM), sederhananya pin ini dapat mengeluarkan keluaran tegangan Analog.

    AREF: Singkatan dari Analog Reference. Pin ini digunakan untuk mengatur tegangan referensi external (antara 0 dan 5 volt) sebagai batas untuk pin analog input.

    Tombol Reset

    Seperti komputer pada umumnya, Arduino mempunyai tombol reset (10). Menekan tombol ini akan menghubungkan pin reset dengan ground dan merestart semua kode program yang ada di dalam Arduino. Reset ini akan sangat membantu jika kode tidak berjalan berulang-ulang, tapi kamu ingin menjalankannya beberapa k ali.

    Power LED Indicator

    Tepat di bawah dan di sebelah kanan kata “UNO” di board Arduino, ada LED kecil di samping kata ‘ON’ (11). LED ini harus menyala setiap kali Anda memasukkan Arduino Anda ke sumber tegangan. Jika lampu ini tidak menyala, ada kemungkinan ada sesuatu yang salah.

    TX RX LED

    TX adalah singkatan dari transmit, RX adalah singkatan dari receive. Kata ini cukup familiar dalam istilah elektronik untuk menunjukkan pin sebagai komunikasi serial. Dalam board Arduino terdapat dua tempat tulisan TX dan RX – pertama pada pin digital 0 dan 1, dan yang kedua di samping indikator LED TX dan RX (12). LED ini akan memberi kita beberapa indikasi visual setiap kali Arduino menerima atau mentransmisikan data (seperti saat kita memasukan program baru ke board Arduino).

    IC Utama

    Berwarna hitam terdapat banyak kaki logam disampingnya adalah IC, atau Integrated Circuit (13). Anggap saja itu sebagai otaknya Arduino. IC utama pada Arduino UNO berbeda dengan jenis board Arduino lainnya tapi biasanya merupakan IC keluarga ATmega yang diproduksi oleh perusahaan ATMEL. Untuk mengetahui jenis IC yang dipakai bisa ditemukan secara tertulis disisi atas IC. Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang perbedaan antara IC tersebut, dapat dilihat pada datasheet.

    Voltage Regulator

    Regulator tegangan berfungsi untuk membatasi jumlah tegangan yang masuk ke board Arduino. Anggap saja itu sebagai semacam gatekeeper; ini akan menghilangkan tegangan lebih yang mungkin membahayakan sirkuit. Tentu saja, ini memiliki batas, jadijangan menghubungkan Arduino Anda dengan yang lebih besar dari 20 volt.

    Rangkaian Reset

     Rangkaian ini berguna bagi mengembalikan program sistem mikrokontroler ke nilai awalnya (Address Memory = 0). Dengan demikian, jika terdapat kesalahan atau gangguan pada saat menjalankan program, dapat diulang kembali dengan menekan saklar reset ini.


    2.Sensor Infrared

  • Sensor inframerah adalah perangkat elektronik yang dirancang khusus untuk mendeteksi dan mengukur radiasi inframerah (IR). Radiasi inframerah adalah jenis radiasi elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang di antara spektrum cahaya tampak dan gelombang radio. Sensor inframerah sangat berguna dalam berbagai aplikasi, termasuk penginderaan jarak, penginderaan gerakan, pengendalian jarak jauh, pengukuran suhu, dan banyak lagi.


    Berikut adalah komponen penting dan prinsip kerja umum dari sensor inframerah:

    1. Komponen Sensor Inframerah:
       - Fotodioda: Merupakan elemen penerima yang mengubah cahaya inframerah menjadi sinyal listrik.
       - Filter: Digunakan untuk memblokir cahaya tampak dan hanya memungkinkan inframerah melewatinya.
       - Penguat: Memperkuat sinyal listrik yang dihasilkan oleh fotodioda untuk memudahkan pengolahan lebih lanjut.
       - Output Interface: Melakukan konversi sinyal listrik menjadi bentuk yang sesuai untuk penggunaan lebih lanjut.

    2. Prinsip Kerja Sensor Inframerah:
       Ketika cahaya inframerah mencapai sensor, fotodioda yang sensitif terhadap inframerah menghasilkan arus listrik sebanding dengan intensitas radiasi inframerah yang diterimanya. Arus ini kemudian diperkuat oleh penguat dan diubah menjadi sinyal yang dapat diolah atau diukur.

    3. Jenis-jenis Sensor Inframerah:
       - Sensor Pendeteksi Gerakan: Menggunakan inframerah untuk mendeteksi perubahan suhu yang dihasilkan oleh pergerakan objek di sekitarnya.
       - Sensor Jarak: Menggunakan inframerah untuk mengukur jarak dengan memantulkan cahaya inframerah ke objek dan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk pantulan kembali.
       - Sensor Suhu: Mengukur suhu dengan mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek.
       - Sensor Komunikasi: Menggunakan inframerah untuk mentransmisikan dan menerima data dalam aplikasi pengendalian jarak jauh.

    4. Keuntungan Sensor Inframerah:
       - Tidak memerlukan kontak fisik dengan objek yang akan dideteksi.
       - Dapat bekerja dalam berbagai kondisi cahaya dan lingkungan.
       - Konsumsi daya yang rendah.
       - Ukuran kecil dan biaya yang relatif rendah.
       - Tanggap terhadap perubahan suhu yang cepat.

    berikut adalah grafik respon dari sensor infrared


 3.Sound Sensor

Sensor suara, atau yang sering disebut sebagai sound sensor, adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk mendeteksi dan merespons gelombang suara dalam lingkungan. Sensor suara bekerja berdasarkan perubahan tekanan suara di sekitarnya.Gelombang suara menciptakan variasi tekanan udara, dan sensor ini merespons perubahan tersebut.Output dari sensor suara biasanya berupa sinyal listrik yang dapat diukur, dan tingkat sinyal ini dapat mencerminkan tingkat intensitas suara di sekitarnya.pin yang terdapat pada sensor Sound sensor yaitu
 
1. VCC (Voltage Common Collector): 
Merupakan pin untuk memberikan tegangan pasokan (supply voltage) ke sensor.
  • 2. GND (Ground): Merupakan pin tanah atau ground yang terhubung ke terminal ground pada sumber tegangan dan mikrokontroler.
  • Prinsip kerja :
  • Prinsip kerja sound sensor, atau sensor suara, bergantung pada kemampuannya mendeteksi gelombang suara dalam lingkungan sekitarnya. Umumnya dilengkapi dengan mikrofon atau elemen piezoelektrik, sensor ini merespons perubahan dalam tekanan udara yang dihasilkan oleh gelombang suara. Ketika gelombang suara mencapai sensor, elemen sensor mengubah energi akustik menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang dihasilkan kemudian dapat diukur atau diolah untuk mencerminkan intensitas suara atau karakteristik suara tertentu. Prinsip ini memungkinkan sound sensor digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk sistem pengawasan kebisingan, pengenalan suara, atau dalam perangkat yang merespons pada stimulus audio tertentu.
  • grafik sound sensor

4. Motor DC

    



    Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

    Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti


Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

5. 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:

Gambar Baterai pada Proteus
6. 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 memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :



    Gambar Simbol Relay

       
    Kapasitas Pengalihan Maksimum:

Cara Kerja Relay
    1. Apabila coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnetik yang dapat menarik armature untuk merubah switch contact point.
    2. Apabila coil tersebut sudah tidak dialiri arus listrik, maka Armature akan kembali lagi ke posisi Normally Close.
    3. Umumnya, coil yang digunakan oleh relay untuk mengubah switch contact point ke posisi NC hanya membutuhkan arus listrik yang kecil
7. Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. 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. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:
Simbol Transistor NPN BC547


Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

Rumus dari Transitor adalah :

hFE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

hFE = arus yang dicapai


Rumus dari Transitor adalah :

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

 Karakteristik Output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

 Pemberian bias 
        Ada beberapa macam rangkaian pemberian bias, yaitu: 
 1. Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar 58. Karakteristik Output.


2.Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar 60.


8. Dioda
Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.Dioda memiliki simbol sebagai berikut :
Gambar Simbol Dioda

Cara Kerja 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. Kondisi 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. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

B. Kondisi tegangan positif (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. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

C. Kondisi tegangan negatif (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. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

9. Gas Sensor
  Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakann untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke.
Sensor Gas MQ2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gas yang mudah terbakar seperti LPG, propana, metana, karbon monoksida, hidrogen, dan beberapa gas lainnya. Prinsip kerja sensor ini didasarkan pada perubahan resistansi listrik dari elemen sensitif ketika terpapar gas yang diinginkan.
Sensor Gas MQ2 terdiri dari elemen sensitif yang terbuat dari bahan yang peka terhadap gas tertentu. Elemen sensitif ini biasanya terbuat dari bahan semikonduktor seperti SnO2 (timah dioksida). Ketika sensor terkena gas yang spesifik, gas-gas tersebut bereaksi dengan elemen sensitif dan mengubah resistansi listriknya.
Sensor Gas MQ2 juga memiliki komponen pemanas yang bertugas untuk memanaskan elemen sensitif. Pemanasan ini membantu dalam mendeteksi gas dengan lebih efektif dan meningkatkan responsivitas sensor terhadap gas yang diukur. Ketika elemen sensitif dipanaskan, ion-ion yang ada di dalamnya akan bergerak secara bebas, dan ketika gas yang spesifik masuk ke dalam sensor, reaksi kimia terjadi di permukaan elemen sensitif, mengubah jumlah elektron yang bergerak dan akhirnya mengubah resistansi listriknya.
Perubahan resistansi listrik diukur dan diinterpretasikan oleh sirkuit elektronik dalam sensor. Umumnya, sensor ini dilengkapi dengan komparator atau sirkuit pemrosesan lainnya yang membandingkan nilai resistansi dengan ambang batas tertentu. Jika resistansi melebihi ambang batas yang ditentukan, sensor mengeluarkan sinyal yang menandakan adanya keberadaan gas yang terdeteksi.
Penting untuk dicatat bahwa sensor Gas MQ2 hanya dapat mendeteksi gas-gas yang spesifik dan peka terhadap elemen sensitif yang digunakan. Setiap gas memiliki karakteristik reaktif yang berbeda terhadap elemen sensitif, oleh karena itu, sensor ini dirancang untuk mendeteksi gas tertentu dan tidak dapat mendeteksi semua jenis gas. Juga, sensor ini rentan terhadap gangguan dari gas-gas lain atau faktor lingkungan lainnya, seperti kelembaban atau suhu yang tinggi, yang dapat mempengaruhi akurasi deteksi gas.
 Sensor MQ2 memiliki symbol seperti gambar di bawah ini :
Gambar Simbol Sensor MQ2

Berikut ini adalah gambar grafik respon sensitifiras sensor MQ2

10. LCD 20x4
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menampilkan suatu data dapat berupa karakter, huruf, symbol maupun grafik. Karena ukurannya yang kecil maka LCD banyak dipasangkan dengan Mikrokontroller. LCD tersedia dalam bentuk modul yang mempunyai pin data, control catu daya, dan pengatur kontras tampilan.
gambar LCD 20x4
spesifikasi LCD 20x4
11. Modul PCF8574

Merupakan modul expansion board untuk mengatur hingga 8 pin I/O. menggunakan komunikasi secara I2C, artinya dengan 2 pin (SDA/SCL) maka kita dapat mengatur hingga 8 pin yg dapat dijadikan input output. modul ini juga dapat di cascade, hingga 8 modul atau hingga 64 pin input output.

12. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :


Simbol Resistor

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :


Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :



Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :
1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi
2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.
3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.


Rumus Resistor:

Seri : Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n

Paralel: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n

13. 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 :
Gambar simbol power supply

    14. Ground
    Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

    5. Percobaan [Kembali]

    A. Prosedur [Kembali]

    Step 1: Susun dan siapkan komponen-komponen yang akan digunakan
    Step 2: Mulailah merangkai rangkaian
    Step 3: Kemudian, buat simulasinya di proteus
    Step 4: Terakhir, mencoba rangkaian yang dibuat dari proteus dengan me-run-kannya

    B. Hardware dan Diagram Blok [Kembali]



    C. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]


    Cara kerja sistem dimulai dengan pembacaan nilai dari tiga jenis sensor yang digunakan, yaitu sensor-suara, sensor-IR (infrared), dan sensor-gas. Sensor-suara, ketika mendeteksi suara, memberikan sinyal tinggi (HIGH), sedangkan sensor-IR memberikan sinyal tinggi saat mendeteksi adanya objek di depannya. Sementara itu, sensor-gas memberikan sinyal tinggi jika kadar gas di lingkungan melebihi ambang tertentu.

    Setelah pembacaan nilai sensor, program mikrokontroler menggunakan struktur pengkondisian untuk menentukan langkah selanjutnya. Jika sensor-IR mendeteksi objek, kipas dimatikan, dan LED hijau dinyalakan, sedangkan pesan "Sensor Infrared Aktif" ditampilkan di layar LCD. Jika sensor-IR tidak mendeteksi objek, program melanjutkan dengan mengevaluasi kondisi sensor-suara dan sensor-gas.

    Jika keduanya, sensor-suara dan sensor-gas, aktif bersamaan, kedua kipas diaktifkan dan LED hijau dimatikan. Pesan "Suara dan Gas Aktif" ditampilkan di layar LCD. Jika hanya sensor-suara yang aktif, kipas pertama diaktifkan dengan LED hijau dimatikan, dan pesan "Suara Terdeteksi" ditampilkan di LCD. Jika hanya sensor-gas yang aktif, kipas kedua diaktifkan dengan LED hijau dimatikan, dan pesan "Gas Terdeteksi" ditampilkan di LCD.

    Jika tidak ada sensor yang aktif, kedua kipas dimatikan, dan LED hijau dimatikan. Pesan kosong ditampilkan di LCD. Program kemudian menunggu selama 1 detik sebelum memulai loop berikutnya. Dengan demikian, cara kerja sensor pada sistem ini memberikan respons dinamis terhadap kondisi lingkungan sekitar, dan hasilnya ditampilkan dengan jelas melalui tampilan pada mikrokontroler.

    D. Flowchart dan Listing Program[Kembali]

    a. Flowchart


    b. Listing Program

    1.    Include Libraries:

    #include <Wire.h>

    #include <LiquidCrystal_I2C.h>

       - Menggunakan Wire.h dan LiquidCrystal_I2C.h sebagai pustaka (libraries) untuk komunikasi I2C dan mengontrol LCD I2C.

     

    2.      Deklarasi Pin:

     const int pinSensorSuara = 2;

    const int pinSensorIR = 3;

    const int pinSensorGas = 4;

    const int pinKipas1 = A0;

    const int pinKipas2 = A1;

    const int pinLEDHijau = 7;

     

       - Mendeklarasikan variabel konstanta untuk menetapkan nomor pin yang digunakan untuk sensor suara, sensor infrared, sensor gas, LED dan dua kipas.

     

    3.      Inisialisasi Objek LCD:

    LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

       - Membuat objek LiquidCrystal_I2C dengan alamat I2C 0x27 dan ukuran LCD 20x4.

     

    4.      Fungsi Setup:

    void setup() {

      lcd.begin(20, 4);

      lcd.print("Sistem Kontrol");

      lcd.setCursor(0, 1);

      lcd.print("Kipas dan Suara");

      pinMode(pinSensorSuara, INPUT);

      pinMode(pinSensorIR, INPUT);

      pinMode(pinSensorGas, INPUT);

      pinMode(pinKipas1, OUTPUT);

      pinMode(pinKipas2, OUTPUT);

      pinMode(pinLEDHijau, OUTPUT);

      Serial.begin(9600);

    }

       - Memulai LCD dan menampilkan pesan awal.

       - Mengatur mode pin untuk sensor suara, sensor infrared, dan sensor gas sebagai input.

       - Mengatur mode pin untuk kipas sebagai output.

       - Mengaktifkan komunikasi serial pada baud rate 9600.

     

    5.      Fungsi Loop:

    void loop() {

      int nilaiSuara = digitalRead(pinSensorSuara);

      int nilaiIR = digitalRead(pinSensorIR);

      int nilaiGas = digitalRead(pinSensorGas);

     

       - Membaca nilai dari sensor suara (nilai digital).

       - Membaca nilai dari sensor infrared (nilai digital).

       - Membaca nilai dari sensor gas (nilai digital).

     

    6.      Tampilan LCD:

      lcd.setCursor(0, 2);

      lcd.print("Suara: ");

      lcd.print(nilaiSuara);

     

      lcd.setCursor(0, 3);

      lcd.print("IR: ");

      lcd.print(nilaiIR);

     

      lcd.setCursor(10, 3);

      lcd.print("Gas: ");

      lcd.print(nilaiGas);

       - Menampilkan nilai dari sensor suara, sensor infrared, dan sensor gas pada LCD.

     

    7.      Logika Kontrol:

     

    if (nilaiIR == HIGH) {

      // Matikan kipas dan LED hijau jika sensor infrared aktif

      analogWrite(pinKipas1, 0);

      analogWrite(pinKipas2, 0);

      digitalWrite(pinLEDHijau, HIGH);

      lcd.setCursor(0, 1);

      lcd.print("Sensor Infrared Aktif.");

    } else {

      // Cek sensor suara dan gas

      if (nilaiSuara == HIGH && nilaiGas == HIGH) {

        // Aktifkan kipas pertama dan kipas kedua jika keduanya aktif bersamaan

        analogWrite(pinKipas1, 255);

        analogWrite(pinKipas2, 255);

        digitalWrite(pinLEDHijau, LOW);

        lcd.setCursor(0, 1);

        lcd.print("Suara dan Gas Aktif ");

      } else {

        // Cek sensor suara

        if (nilaiSuara == HIGH) {

          analogWrite(pinKipas1, 255);

          analogWrite(pinKipas2, 0);

          digitalWrite(pinLEDHijau, LOW);

          lcd.setCursor(0, 1);

          lcd.print("Suara Terdeteksi    ");

        } else {

          // Cek sensor gas

          if (nilaiGas == HIGH) {

            analogWrite(pinKipas1, 0);

            analogWrite(pinKipas2, 255);

            digitalWrite(pinLEDHijau, LOW);

            lcd.setCursor(0, 1);

            lcd.print("Gas Terdeteksi      ");

          } else {

            analogWrite(pinKipas1, 0);

            analogWrite(pinKipas2, 0);

            digitalWrite(pinLEDHijau, LOW);

            lcd.setCursor(0, 1);

            lcd.print("                    ");

          }

        }

      }

    }

     

    1.   Sensor Infrared (IR): 

       - Jika nilai sensor IR (nilaiIR) adalah HIGH (aktif), maka matikan kipas dan LED hijau, dan tampilkan pesan pada LCD bahwa "Sensor Infrared Aktif."

     

    2.   Sensor Suara dan Gas: 

       - Jika nilai sensor suara (nilaiSuara) dan nilai sensor gas (nilaiGas) keduanya HIGH, maka aktifkan kedua kipas dan matikan LED hijau. Tampilkan pesan pada LCD bahwa "Suara dan Gas Aktif."

     

    3.   Sensor Suara: 

       - Jika hanya nilai sensor suara (nilaiSuara) yang HIGH, aktifkan kipas pertama dan matikan kipas kedua. Matikan LED hijau dan tampilkan pesan pada LCD bahwa "Suara Terdeteksi."

     

    4.   Sensor Gas: 

       - Jika hanya nilai sensor gas (nilaiGas) yang HIGH, aktifkan kipas kedua dan matikan kipas pertama. Matikan LED hijau dan tampilkan pesan pada LCD bahwa "Gas Terdeteksi."

     

    5.   Tidak Ada Sensor Aktif: 

       - Jika tidak ada sensor yang aktif (nilaiIR, nilaiSuara, dan nilaiGas semuanya LOW), matikan keduanya kipas dan LED hijau, dan kosongkan area pesan pada LCD.

     

    Pada dasarnya, program ini merespon kondisi dari sensor infrared, suara, dan gas, dan mengambil tindakan yang sesuai dengan kondisi tersebut.   - Memeriksa status sensor infrared. Jika aktif, mematikan kedua kipas.

       - Jika tidak, memeriksa status sensor suara. Jika terdeteksi, mengaktifkan kipas pertama.

       - Jika tidak terdeteksi suara, memeriksa status sensor gas. Jika terdeteksi gas, mengaktifkan kipas kedua.

       - Jika tidak ada kondisi terpenuhi, mematikan kedua kipas.

     

    8.      Delay:

      delay(1000);

    }

       - Menunggu 1 detik sebelum melanjutkan pembacaan nilai berikutnya.

    E. Kondisi [Kembali]

    Setelah pembacaan nilai sensor, program mikrokontroler menggunakan struktur pengkondisian untuk menentukan langkah selanjutnya. Jika sensor-IR mendeteksi objek, kipas dimatikan, dan LED hijau dinyalakan, sedangkan pesan "Sensor Infrared Aktif" ditampilkan di layar LCD. Jika sensor-IR tidak mendeteksi objek, program melanjutkan dengan mengevaluasi kondisi sensor-suara dan sensor-gas.

    Jika keduanya, sensor-suara dan sensor-gas, aktif bersamaan, kedua kipas diaktifkan dan LED hijau dimatikan. Pesan "Suara dan Gas Aktif" ditampilkan di layar LCD. Jika hanya sensor-suara yang aktif, kipas pertama diaktifkan dengan LED hijau dimatikan, dan pesan "Suara Terdeteksi" ditampilkan di LCD. Jika hanya sensor-gas yang aktif, kipas kedua diaktifkan dengan LED hijau dimatikan, dan pesan "Gas Terdeteksi" ditampilkan di LCD.

    Jika tidak ada sensor yang aktif, kedua kipas dimatikan, dan LED hijau dimatikan. Pesan kosong ditampilkan di LCD. Program kemudian menunggu selama 1 detik sebelum memulai loop berikutnya. Dengan demikian, cara kerja sensor pada sistem ini memberikan respons dinamis terhadap kondisi lingkungan sekitar, dan hasilnya ditampilkan dengan jelas melalui tampilan pada mikrokontroler.

    F. Video Simulasi [Kembali]



    G. Download File [Kembali]















    Rifal Hidayat

    Diposting oleh Rifal Hidayat

    BAHAN PRESENTASI MATA KULIAH JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

    MODUL 4

    MODUL 4