TEKNIK ELEKTRO: Rangkaian Lampu Ruang Kerja Otomatis (LDR dan PIR)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prosedur Percobaan

5. Rangkaian Simulasi

6. Video

7. Download File

1. TUJUAN [KEMBALI]

Penulisan di blog ini bertujuan untuk:

1.  Mengetahui tentang cara kerja dari rangkaian lampu taman otomatis.
2.  Mengetahui prinsip kerja dan teori dari rangkaian lampu taman otomatis.
3.  Mensimulasikan Rangkaian sederhana lampu taman otomatis.

2. ALAT DAN BAHAN [KEMBALI]

Untuk membuat RANGKAIAN LAMPU TAMAN OTOMATIS, diperlukan:

ALAT :

1.Battery

Berfungsi untuk mensuplai tegangan pada rangkaian.

2. Voltmeter DC

Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik.

3. Probe Voltage

Berfungsi untuk mendeteksi apakah pada sumber yang di uji terdapat tegangan atau tidak. Bisa menguji tegangan AC serta tegangan DC.

4. Power Supply

Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

BAHAN :

1. Resistor

Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

2. Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus.

3. Transistor NPN

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

Spesifikasi

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V

4. Arus Base maksimal 5mA

Komponen Input :

4. Sensor PIR

Konfigurasi PIN

Spesifikasi Sensor PIR

1. Vin : DC 5V 9V.

2. Radius : 180 derajat.

3. Jarak deteksi : 5 7 meter.

4. Output : Digital TTL.

5. Memiliki setting sensitivitas.

6. Memiliki setting time delay.

7. Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.

8. Berat : 10 gr.

Grafik Respon :

5. Photoconductive Cells (LDR)

LDR (Light Dependent Resistor) adalah sensor cahaya yang dapat mengubah besaran cahaya yang diterima menjadi besaran konduktansi.

Komponen Output :

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).

Konfigurasi Pin :

Spesifikasi:

7. Lampu

Berfungsi sebagai sebuah peranti yang memproduksi cahaya/ media penerangan taman

Lampu PJU Tenaga Surya – Tenaga Surya (Solar) Indonesia

Komponen Lainnya :

8. Ground

Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.

3. DASAR TEORI [KEMBALI]

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 ).

Dioda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:
1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Diode Type	Pinouts	Symbol
Rectifier Diode
Zener Diode
Schottky Diode

*Dioda Schottky biasanya berukuran lebih besar dibandingkan dengan dioda penyearah dan memiliki ciri fisik yang sama

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

Transistor

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.

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

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

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

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik 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.

Rumus transistor NPN:

Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor

Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor

Sensor PIR

Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

a. Lensa Fresnel

Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama. Namun kini, lensa Fresnel pada mobil telah ditiadakan diganti dengan lensa plain polikarbonat. Lensa Fresnel juga berguna dalam pembuatan film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi juga karena intensitas cahaya yang relative konstan diseluruh lebar berkas cahaya.

b. IR Filter

IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.

c. Pyroelectric Sensor

Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32˚C, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas. Material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.

d. Amplifier

Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada material pyroelectric.

e. Komparator

Setelah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh komparator sehingga mengahasilkan output.

Pada grafik tersebut ; (a) Arah yang berbeda mengasilkan tegangan yang bermuatan berbeda ; (b) Semakin dekat jarak objek terhadap sensor PIR, maka semakin besar tegangan output yang dihasilkan ; (c) Semakin cepat objek bergerak, maka semakin cepat terdeteksi oleh sensor PIR karena infrared yang ditimbulkan dengan lebih cepat oleh objek semakin mudah dideteksi oleh PIR, namun semakin sedikit juga waktu yang dibutuhkan karena sudah diluar jangkauan sensor PIR.

Grafik Respon :

Dari grafik, didapatkan bahwa suhu juga mempengaruhi seberapa jauh PIR dapat mendeteksi adanya infrared dimana semakin tinggi suhu disekitar maka semakin pendek jarak yang bisa diukur oleh PIR.

Cara Menggunakan Sensor Gerak PIR HC-SR501 dengan Arduino - Hestech Indonesia

LDR (Light Dependet Resistor)

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenainya. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya, jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat. LDR sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling, shutter kamera otomatis, dan lainnya.
LDR (Light Dependent Resistor)

Grafik perubahan resistansi terhadap intensitas cahaya.

Pengertian Light Dependent Resistor atau LDR | Panduan Teknisi

Komponen lainnya :

Lampu Listrik adalah suatu perangkat yang dapat menghasilkan cahaya saat dialiri arus listrik. Arus listrik yang dimaksud ini dapat berasal tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik terpusat (Centrally Generated Electric Power) seperti PLN dan Genset ataupun tenaga listrik yang dihasilkan oleh Baterai dan Aki.

Jenis Jenis Lampu Listrik

Seiring dengan perkembangan Teknologi, Lampu Listrik juga telah mengalami berbagai perbaikan dan kemajuan. Teknologi Lampu Listrik bukan saja Lampu Pijar yang ditemukan oleh Thomas Alva Edison saja namun sudah terdiri dari berbagai jenis dan Teknologi. Pada dasarnya, Lampu Listrik dapat dikategorikan dalam Tiga jenis yaitu Incandescent Lamp (Lampu Pijar), Gas-discharge Lamp (Lampu Lucutan Gas) dan Light Emitting Diode (Lampu LED).

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.

Terdapat besi atau yang disebut dengan nama iron core dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga ketika kumparan coil diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik armature untuk pindah posisi dari normally close ke normally open. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru normally open yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normally close.

Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit

Pembagi Tegangan

Pembagi Tegangan adalah suatu rangkaian sederhana yang mengubah tegangan besar menjadi tegangan yang lebih kecil. Fungsi dari Pembagi Tegangan ini di Rangkaian Elektronika adalah untuk membagi Tegangan Input menjadi satu atau beberapa Tegangan Output yang diperlukan oleh Komponen lainnya didalam Rangkaian. Hanya dengan menggunakan dua buah Resistor atau lebih dan Tegangan Input, kita telah mampu membuat sebuah rangkaian pembagi tegangan yang sederhana.Pada dasarnya, Rangkaian Pembagi Tegangan terdiri dari dua buah resistor yang dirangkai secara Seri.

4. PROSEDUR PERCOBAAN [KEMBALI]

1) Buka aplikasi proteus

2) Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen dioda,lampu, Battery, LDR, PIR, Relay, transistor NPN, resistor

3) Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

4) Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5) Jalankan simulasi rangkaian

5. RANGKAIAN SIMULASI [KEMBALI]

Rangkaian ini menggunakan LDR dan PIR yang mana apabila cahaya tidak terdeteksi (gelap) di LDR maka Relay di LDR akan on, juga pada PIR yang bila mendeteksi manusia (logika 1) maka menyebabkan relay pada PIR on. Gabungan di antara kedua relay ini menyebabkan adanya arus dari supply ke Lamp L1 dan L2 lalu ke ground, sehingga nantinya akan menghidupkan dua lampu.

Saat LDR tidak mendeteksi cahaya dan PIR mendeteksi adanya manusia

Prinsip :

Saat pada malam hari maka LDR tidak mendeteksi cahaya (0.1 lux pada simulasi) yang menyebabkan besarnya resistansi di LDR, selanjutnya keluaran tegangan LDR akan di hambat lagi dengan R2 yang diantara LDR dan R2 ini menghasilkan dropdown tegangan sebesar < 0.10V yang tidak cukup untuk mengaktifkan VBE Q1 sehingga transistor Q1 off. Karena Q1 off maka tegangan supply selanjutnya akan ke R3 ke kolektor Q1 lalu ke base Q2 didapatkan tegangan sebesar > 0.84V yang cukup untuk mengaktifkan VBE Q2, sehingga transistor Q2 on. Oleh karena transistor Q2 on maka arus dari supply ke relay ke kolektor Q2 lalu ke emitor Q2 lalu ke ground. karena adanya arus di relay maka relay RL1 on dan switch berpindah ke kiri.

Saat PIR mendeteksi adanya manusia (logika 1) maka tegangan keluaran (sebesar 5V) dari PIR masuk ke pembagi tegangan R1 dengan R21, lalu dropdown tegangan di R211 (sebesar 0.77) cukup untuk mengkatifkan VBE Q7, sehingga transistor Q7 on. Karena onnya transistor Q7 maka arus dari supply ke relay ke kolektor Q7 lalu ke emitor Q7 lalu ke ground, yang menyebabkan adanya arus di relay sehingga relay RL10 on dan switch berpindah ke kiri.

Karena adanya gabungan diantara switch tersebut menyebabkan menyatunya batrai dan dua buah lampu sehingga adanya arus yang mengalir dari kutup positif batrai ke dua buah lampu lalu ke kutup negatif batrai. Sehingga akhirnya dua buah lampupun hidup.

Saat LDR mendeteksi cahaya / PIR tidak mendeteksi manusia / kedua-duanya

Prinsip :

Saat pada siang hari maka LDR mendeteksi cahaya (> 1.1 lux pada simulasi) yang menyebabkan turunnya resistansi di LDR, selanjutnya keluaran tegangan LDR akan di hambat lagi dengan R2 yang diantara LDR dan R2 ini menghasilkan dropdown tegangan sebesar > 0.67V yang cukup untuk mengaktifkan VBE Q1 sehingga transistor Q1 on. Karena Q1 on maka sebagian tegangan dari supply akan ke R3 ke kolektor Q1 lalu ke emitor Q1 lalu ke ground sehingga hanya sebagian kecil (sebesar 0.21 V) ke base Q2 sehingga tidak cukup untuk mengaktifkan VBE Q2 sehingga transistor Q2 off. Karena offnya transistor Q2 maka arus dari supply lalu ke relay dan akan terhambat di kolektor Q2, sehingga relay mati dan switch tetap berada di kanan.

Saat PIR tidak mendeteksi adanya manusia (logika 0) maka tidak ada tegangan keluaran dari PIR yang masuk ke pembagi tegangan R1 dengan R21, sehingga tidak akan mengaktifkan transistor Q7 larena tidak adanya tegangan, sehingga transistor Q7 off. Karena offnya transistor Q7 maka arus dari supply ke relay lalu terhambat di kolektor Q7, yang menyebabkan tidak adanya arus di relay sehingga relay RL10 off dan switch tetap berada di kanan.

Apabila salah satu atau dua duanya switch berada di kanan maka supply tidak akan terhubung ke lampu, sehiingga lampu tidak akan hidup