Elektronika Kelas C

APLIKASI SENSOR INFRA MERAH ATAU INFRARED

1. Tujuan

a. mengetahui bentuk rangkaian flame sensor

b. mengetahui prinsip kerja dari rangkaian flame sensor

c. mengetahui cara merangkai flame sensor

2. Alat dan Bahan

a. alat dan bahan

alat

* Generator

a. DC

(Gambar 1. DC)

Fungsi DC adalah untuk mengaliri arus listrik

bahan

b. bahan

1. MQ 2

(Gambar 2. MQ 2)

Gas Sensor (MQ2) adalah sensor yang berguna untuk mendeteksi kebocoran gas baik pada rumah maupun industri. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi H₂, LPG, CH₄, CO, Alkohol, Asap atau Propana.

2. Infra merah

(Gambar 3 Infra Merah)

3. Transistor NPN

(Gambar 4. Transistor NPN)

Transistor NPN persimpangan Bipolar, Lapisan material N bermuatan negatif dan P bermuatan positif. memiliki lapisan positif diantara dua lapisan negatif. Umum digunakan untuk switching, memperkuat sinyal. memiliki tiga terminal yaitu, B(basis), C(Kolektor), E(emitor) Umum digunakan untuk switching, memperkuat Sinyal.

4. Speaker

(Gambar 5. Speaker)

Fungsi speaker adalah sebagai alat untuk mengubah gelombang listrik, yang mulanya dari perangkat penguat audio/suara menjadi gelombang getaran yaitu berupa suara itu sendiri.

5. LED BIRY

(Gambar 5. LED BIRY)

Fungsi LED dalam raqngkaian adalah sebagai indikator atau sinyal indikator/ lampu indikator

6. Resistor

(Gambar 6. Resistor)

Resistor berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika

3. dasar teori

a. infra red

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.

2. SISTEM SENSOR INFRAMERAH

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. Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya antara lain sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada sistem. Pemancar pada sistem ini tediri atas sebuah LED infra merah yang dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar infra merah, sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.

LED Infra Merah
LED adalah suatu bahan semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dibuat dengan galliumarsenide. Cahaya infra merah pada dasarnya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio, dengan kata lain inframerah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang, yaitu sekitar 700 nm sampai 1 mm.

3. RANGKAIAN SEDERHANA SENSOR INFRAMERAH

Daftar Komponen :

1. Resistor : R1 ( 33 K ohm), R2 (1 K ohm ), VR1 (Potensio 100 K ohm)
2. Kapasitor : C1 ( 100nF )
3. Transistor : Q2 ( BC547 )
4. Foto transistor : Q1
5. IC : 40106 (Schimitt trigger), 4026 (Decade counter)
6. 7-Segment

4. PRINSIP KERJA

Pada rangkaian pemancar hanya pengaturan supaya led infra merah menyala dan tidak kekurangan atau kelebihan daya, oleh karena itu gunakan resistor 680 ohm. Pada rangkaian penerima foto transistor berfungsi sebagai alat sensor yang berguna merasakan adanya perubahan intensitas cahaya infra merah. Pada saat cahaya infra merah belum mengenai foto transistor, maka foto transistor bersifat sebagai saklar terbuka sehingga transistor berada pada posisi cut off (terbuka). Karena kolektor dan emitor terbuka maka sesuai dengan hukum pembagi tegangan, tegangan pada kolektor emitor sama dengan tegangan supply (berlogika tinggi). Keluaran dari kolektor ini akan membuat rangkaian counter menghitung secara tidak teratur dan jika kita tidak meredamnya, bouncing keluaran tersebut ke input couinter. Untuk meredam bouncing serta memperjelas logika sinyal yang akan kita input ke rangkaian counter, kita gunakan penyulut schmitt trigger. Penyulut Schmitt trigger ini sangat berguna bagi anda yang berhubungan dengan rangkaian digital, misal penggunaan pada peredaman bouncing dari saklar-saklar mekanik pada bagian input rangkaian digital.

Rangkaian counter yang digunakan disini adalah menggunakan IC 4026 (Decade Counter) salah satu IC dari keluarga CMOS. IC counter ini akan mencacah apabila mendapatkan input clock berubah dari logika rendah ke tinggi. IC ini juga langsung bisa hubungkan ke seven segment karena keluarannya memang dirancang untuk seven segment. Jadi tidak perlu menggunakan IC decoder sebagai pengubah nilai biner menjadi nilai 7-segment.
Untuk mengatur kepekaan sensor bisa memutar potensio VR1 pada titik kritis, atau jika diperlukan bisa mengganti R2 dengan nilai yang lebih sesuai.

5. APLIKASI SENSOR INFRAMERAH

a. Alarm Inframerah

Rangkaian alarm ini berbasis inframerah untuk melindungi bagian-bagian pintu dan jalan masuk lainnya. Rangkaian ini memberikan alarm keras ketika seseorang melintasi penghalang inframerah yang tak kelihatan. Hal ini dapat melindungi pintu baik siang dan malam dan bebas dari pemicu palsu. Rangkaian Alarm Inframerah menggunakan dioda infra merah untuk memancarkan sinar inframerah terus menerus. Foto transistor NPN Darlington digunakan sebagai sensor cahaya. L14F1 adalah transistor foto Darlington ultra sensitif dengan gain tinggi. Ketika seseorang melintasi sinar IR (infrared = inframerah), T1 dimatikan dan tegangan kolektor menjadi tinggi. T2 kemudian bekerja dan mengaktifkan LED merah dan buzzer.

b. Termometer Inframerah

Termometer inframerah mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam (biasanya inframerah) yang dipancarkan objek. Desain utama terdiri dari lensa pemfokus energi inframerah pada detektor, yang mengubah energi menjadi sinyal elektrik yang bisa ditunjukkan dalam unit temperatur setelah disesuaikan dengan variasi temperatur lingkungan. Konfigurasi fasilitas pengukur suhu ini bekerja dari jarak jauh tanpa menyentuh objek. Dengan demikian, termometer inframerah berguna mengukur suhu pada keadaan dimana termokopel atau sensor tipe lainnya tidak dapat digunakan atau tidak menghasilkan suhu yang akurat untuk beberapa keperluan.

b. MQ 2

(Gambar 13. Lambang sensor gas)

Sensor MQ-2 adalah alat yang digunakan 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 sensitivitasnya dengan memutar trimpotnya.

Sensor ini biasa digunakan mendeteks9i kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. gas yang dapat dideteksi diantaranya: LPG, i- butana, propana, metana, alkohol, hidrogen, dan asap. Sensor ini sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain.

Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

Catu daya pemanas (input pemanas): 5V AC/DC

1. Catu daya rangkaian (input rangkaian): 5VDC

2. Range pengukuran :

3. 200 - 5000ppm untuk LPG, propana

4. 300 - 5000ppm untuk butana

5. 5000 - 20000ppm untuk metana

6. 300 - 5000ppm untuk Hidrogen

7. Output : Tegangan analog antara (0-5V)

8. Resistansi Sensor (RS): 2KΩ - 10KΩ

Kurva karakteristik sensitivitas MQ-2

(gambar 14. grafik MQ-2)

karakteristik sensitivitas MQ-2 untuk beberapa gas. dalam: Temp: 20 ℃ 、 Kelembaban: 65% 、 Konsentrasi O 2 21% RL = 5kΩ Ro: resistansi sensor pada 1000ppm H 2 di udara bersih. Rs: resistansi sensor pada berbagai konsentrasi gas.

(gambar.15.ketergantungan MQ-2 pada suhu dan kelembaban)

Ro: resistansi sensor pada 1000ppm H2 di udara pada 33% RH dan 20 derajat. Rs: resistansi sensor pada 1000ppm H2 pada temperatur dan kelembaban yang berbeda.

Konfigurasi Sensor MQ-2

(Gambar 16. MQ-2 Pinout)

Sensor MQ-2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi dari sensor MQ-S :

Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.
Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.
Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

Prinsip Kerja

Sensor Asap MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.

Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground), dan pin keluaran dari sensor tersebut.

Penyesuaian sensivitas

Nilai resistansi MQ-2 berbeda dengan berbagai jenis dan konsentrasi gas. Jadi, saat menggunakan komponen ini, penyesuaian sensitivitas sangat diperlukan. untuk mengkalibrasi detektor untuk 1000ppm liquified petroleum gas <LPG>, atau 1000ppm iso-butane <i-C4H10> konsentrasi di udara dan gunakan nilai Resistansi beban (RL) sekitar 20 KΩ (5KΩ hingga 47 KΩ). Saat mengukur secara akurat, titik alarm yang tepat untuk detektor gas harus ditentukan setelah mempertimbangkan pengaruh suhu dan kelembaban.

Struktur rangkaian pengukuran dasar

(Gambar 17. Struktur dan konfigurasi, rangkaian pengukuran dasar)

1. Lapisan penginderaan gas = SnO2 (Timah Dioksida)

2. Electroda = Au (Aurum)

3. garis elektroda = Pt (Platina)

4. heater coil = paduan/campuran(Ni - Cr)

5. tubular keramik = Al2O3

6. jaringan anti ledakan = SUS316 100-mesh)

7. cincin penjepit = pelapis tembaga (Ni)

8. resin base = bakelite

9. pin tabung = pelapis tabung (Ni)

c. transistor NPN

Transistor NPN adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar). Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan sumber listriknya.

Berikut ini adalah langkah-langkah untuk menentukan Transistor NPN :

1. Atur posisi saklar pada mode Dioda.

2. Hubungkan Probe Merah (+) pada terminal Basis Transistor.

3. Hubungkan Probe Hitam (-) pada terminal Emitor Transistor. Layar Multimeter akan menunjukan nilai tegangan tertentu.

4. Pindahkan Probe Hitam (-) pada terminal Kolektor Transistor. Layar Multimeter akan menunjukan nilai tegangan tertentu.

5. Jika langkah ke-3 dan ke-4 menunjukan nilai tegangan tertentu, maka Transistor tersebut dapat dipastikan adalah Transistor jenis NPN.

(Gambar 12. Simbol dan struktur untuk transistor NPN)

Emitor = Semikonduktor Tipe N = Katoda pada Dioda.
Basis = Semikonduktor Tipe P = Anoda pada Dioda.
Kolektor = Semikonduktor Tipe N = Katoda pada Dioda.

4. Percobaan

a) Prosedur percobaan

1. siapkan alat dan bahan untuk membuat rangkaian pada proteus

2. Rangkai sensor MQ-2 dan infra red sensor pada proteus

3. masukkan code HEX pada sensor

4. nyalakan proteus

5. apabila sensor gas mendeteksi adanya kebocoran gas maka logicstate akan berlogica 1 sehingga membuat motor berputar dan lampu LED-RED hidup.

6. apabila infra red sensor mendeteksi api maka sensor infra red sensor akan berlogicstate 1 dan akan membunyikan speaker

b) Prinsip kerja rangkaian

1. Prinsip kerja sensor MQ-2

Sebagai pendeteksi asap dari percikan api

Pada rangkaian digunakan logicstate sebagai logika apakah sensor mendeteksi asap atau tidak. Jika sensor mendeteksi adanya asap dengan logicstate berlogika 1, maka arus dari power akan mengalir ke LED D1 dan ke basis transistor Q1. Mengakibatkan LED D1 hidup dan transistor Q1 aktif. Dengan aktifnya transistor Q1, maka arus dari power dengan tegangan positif 15 akan mengalir melalui relay, menuju kolektor dan emitor transistor dan kearah ground. Akibatnya relay menjadi aktif dan membuat rangkaian loop terhubung dan mengaktifkan motor. Disini motor digunakan sebagai mesin pompa air. Jika sensor tidak mendeteksi adanya asap, maka tidak ada arus yang mengalir dari power ke LED dan transistor. Menyebabkan transistor off yang relay juga off. Karena relay off maka rangkaian loop tidak terhubung dan motor tidak aktif.

2. Prinsip kerja rangkaian sensor inframerah

sebagai pendeteksi orang asing

Pada rangkaian sensor infra merah juga menggunakan logicstate. Ketika logicstate berlogika 1 yaitu ketika sensor infra merah mendeteksi panas tubuh, maka arus akan mengalir dari power menuju input sensor flame dan keluar di ouputnya menuju basis transistor dan menyebabkan aktifnya transistor. Karena transistor aktif maka arus akan mengalir dari power melalui relay menuju kolektor dan emitor transistor dan ke ground. Akibatnya relay menjadi aktif dan menyebabkan rangkaian loop terhubung. Sehingga mengaktifkan LED dan speaker yang dirangkai paralel. Disini speaker sebagai pengganti buzzer yang digunakan sebagai alarm kebakaran.

Elektronika Kelas C

No comments:

Post a Comment

Report Abuse