Aplikasi Portal Tol

1. TUJUAN

a.    Memahami karakteristik sensor GP2D120 dan IR Sensor

b.    Mensimulasikan rangkaian dari sensor GP2D120 dan IR Sensor

c.    Memahami prinsip kerja sensor GP2D120 dan IR Sensor

2. ALAT DAN BAHAN

a.    Baterai

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Baterai berfungsi sebagai sumber daya. 

b.    Relay

Relay adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik dalam sebuah rangkaian. Karena fungsi relay tersebut, itulah mengapa komponen yang satu ini juga disebut sebagai saklar.

Konfigurasi pin:

Spesifikasi:

c.    Transistor NPN 2N1711

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal (switching), stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor 2N1711 bertipe NPN.

Spesifikasi dan konfigurasi pin:

d.   Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

e.    Sensor GP2D120

Spesifikasi:

 

Sensor GP2D120 digunakan untuk membaca jarak. Sensor ini menggunakan prinsip pantulan sinar infra merah. GP2D120 merupakan sensor jarak berbasis infrared, yang akan membaca jarak secara terus menerus dan memberikan output berupa tegangan analog. Sensor ini terdiri atas sebuah LED infra merah yang menghasilkan cahaya infra merah termodulasi yang dipancarkan ke objek yang hendak diukur jaraknya dan sebuah array CCD yang berfungsi sebagai detektor infra merah yang akan menerima pantulan cahaya infra merah dari objek yang diukur. Beberapa karakteristik dari sensor jarak GP2D120 adalah: a. Power supply 4,5 - 5,5 Volt. b. Pembacaan jarak hampir tidak begitu dipengaruhi oleh warna objek yang diukur c. Dapat mendeteksi objek dengan jarak berkisar antara 4 cm – 30 cm 50 d. Tidak membutuhkan rangkain kontrol eksternal e.

f.     Sensor infrared

Komponen output:

a.   LED

LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED terbuat dari bahan semikonduktor yang merupakan keluarga dioda. LED dapat memancarkan berbagai warna, tergantung dari bahan semikonduktor yang digunakan.

Spesifikasi:

b.   Motor DC

Motor DC digunakan sebagai output dari rangkaian dan juga merupakan alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi listrik menjadi energi gerak berupa putaran.

Konfigurasi pin:

 

 Pin 1 : Terminal 1

  Pin 2 : Terminal 2

c.   Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Buzzer ini biasa dipakai pada sistem alarm, juga bisa digunakan sebagai indikasi suara. Buzzer adalah komponen elektronika yang tergolong tranduser. Sederhananya buzzer mempunyai 2 buah kaki yaitu positive dan negative.

3. DASAR TEORI

a.         Baterai

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.

 

Prinsip operasi

Baterai mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit.

 

b.         Relay

Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

1.         Electromagnet (Coil)

2.         Armature

3.         Switch Contact Point (Saklar)

4.         Spring

Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian relay :

 

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

·            Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)

·            Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)

            c.         Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

 

Kegunaan Ground

1.         Titik kembali nya arus atau sinyal listrik

2.         Pelindung terhadap gelombang elektromagnetik dari udara sekitar

3.         Pengaman setrum jika ada kerusakan (ground sesungguhnya)

4.         Titik patokan (referensi) tegangan atau sinyal dari berbagai titik di rangkaian.

5.         Menghilangkan dengung (hum) pada penguat audio (amplifier)

6.         Mengurangi Noise pada penguat audio (amplifier)

7.         Pada kendaraan (mobil atau motor) mengurangi kebutuhan kabel listrik, karena menjadikan body motor atau mobil sebagai pengganti kabel negatif.

8.         dll.

 

            d.         Sensor Gas MQ-7

MQ 7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil.Fitur dari sensor gas MQ7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang.

Kondisi Standar Sensor Bekerja
- VC/(Tegangan Rangkaian) = 5V±0.1
- VH (H)/ Tegangan Pemanas (Tinggi) = 5V±0.1
- VH (L)/ Tegangan Pemanas (Rendah) = 1.4V±0.1
- RL/Resistansi Beban Dapat disesuaikan
- RH Resistansi Pemanas = 33Ω±5%
- TH (H) Waktu Pemanasan (Tinggi) = 60±1 seconds
- TH (L) Waktu Pemanasan (Rendah) = 90±1 seconds
- PH Konsumsi Pemanasan = Sekitar 350mW

Kondisi Lingkungan
- Tao/Suhu Penggunaan = -20℃-50℃
- Tas/Suhu Penyimpanan = -20℃-50℃
- RH/Kelembapan Relatif = kurang dari 95%RH
- O2 Konsentrasi Oksigen = 21%(stand condition) (Konsentrasi Oksigen dapat mempengaruhi sensitivitas)

Grafik Karakteristik Sensitivitas

            e.         Sensor GP2D120

            f.         LED

 

LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan  perbedaan warna yang dihasilkan disebabkan perbedaan bahan semikonduktor yang  digunakan. 

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

            g.         Motor DC

 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.

 

PRINSIP KERJA 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), Armature Winding (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.

            h.         Transistor NPN

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal, stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor 2SC1162 bertipe NPN. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor  yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis  melebihi arus pada kaki kolektor atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff  (saklar tertutup). 

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

                  ·           Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

                  ·           Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

                  ·           Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

 

j.       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. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor 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 (V = I.R ).

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di tubuh resistor :

 

Perhitungan untuk resistor dengan 4 gelang warna :

·         Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1 (pertama)

·         Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-2

·         Masukkan Jumlah nol dari kode warna gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n)

·         Gelang ke 4 merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut

Perhitungan untuk resistor dengan 5 gelang warna :

·         Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1 (pertama)

·         Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-2

·         Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-3

·         Masukkan Jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n)

·         Gelang ke 5 merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut. 

  4. 4. PERCOBAAN

1.  Buka aplikasi proteus

2.  Siapkan alat dan bahan pada library proteus, pada rangkaian ini yaitu berupa sensor GP2D120, sensor infrared, resistor, LED, motor, relay, transistor NPN, baterai, dan ground.

3.   Rangkai setiap komponen

4.   Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5.   Jalankan simulasi rangkaian

  

 Ketika simulasi belun dijalankan

Ketika sensor ir berlogika 1 dan simulasi dijalankan

Prinsip Kerja:

 Apabila sensor GP2D120 mendeteksi adanya kartu e-toll dengan jarak sekitar 4 cm, maka nanti ia akan mengeluarkan tegangan dari Vout sebanyak 2,7 Volt, lau diumpankan kepada resistor sebnyak 10 kohm, lalu lanjut hingga tegangan pada kaki base transistor terbaca 0,85 Volt yang mana cukup untuk mengaktifkan transistor yaitu 0,6-0,7 volt. Sehingga dengan sendirinya mengalir arus dari power supply lalu lanjut ke relay diteruskan ke kaki kolector dan emittor transistor dan berakhir di ground. Karena ada arus yang mengalir di relay maka switch akan berpindah kekiri sehingga mengalir arus dari battery mengalir menuju indikator LED .

Pada saat mobil lewat atau logic state berlogika 1 maka akan dideteksi oleh sensor infrared dan tegangan yang keluar pada Vout sekitar 5 volt dan diumpankan ke resistor sebesar 10 kohm, lalu pada kaki base transistor tegangan menjadi 0,87 volt yang mana cukup untuk mengaktifkan transistor, sehingga dengan sendirinya aktif arus dari power supply lalu dilanjutkan ke relay, kekaki kolektor lalu emitor transistor dan diteruskan ke groun. Dengan adanya arus pada relay maka switch akan berpindah kekiri dan mengalirlah arus dari battery menuju motor yang kita asumsikan sebagai portal akan membuka.

Setelah mobil lewat dan tidak ada dideteksi oleh sensor, maka logic state akan berlogika 0, dan membuat relay kembali kekanan dan  sehingga motor satu lagi yang digunakan untuk menutup portal kembali akan berputar.

 5. 5. VIDIO

  

   

6. DOWNLOAD File

    

    Download file rangkaian disini
    Download video disini

KLIK DISINI Datasheet LED

KLIK DISINIDatasheet Buzzer

KLIK DISINIDatasheet Relay

KLIK DISINIDatasheet Sensor Gas MQ-2

KLIK DISINIDatasheet MQ-7

KLIK DISINIDatasheet Motor DC

KLIK DISINIDatasheet Resistor

KLIK DISINIDatasheet Transistor NPN 2N1711

KLIK DISINILibrary Gas Sensor

KLIK DISINIFile Rangkaian