MODUL 1: APLIKASI I/O KIPAS DAN SUARA

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan

A. Prosedur
B. Hardware dan Diagram Blok
C. Rangkaian simulasi dan Prinsip kerja
D. Flowchart dan Listing Program
E. Video Demo
F. Video Simulasi
G. Download File

*Klik teks untuk menuju

KONTROL KEBOCORAN GAS DI DAPUR

1. Pendahuluan [Kembali]

Di tengah kemajuan teknologi yang kian pesat, keselamatan dan keamanan di ruangan menjadi prioritas utama. Salah satu tantangan kritis yang dihadapi dalam lingkungan ini adalah potensi kebocoran gas, yang dapat membahayakan kehidupan dan harta benda. Untuk mengatasi risiko ini, sistem kontrol kebocoran gas telah menjadi suatu keharusan.

Dalam konteks ini, penggunaan teknologi sensor menjadi kunci utama. Sensor gas, sensor suara, dan sensor flame menjadi pilar penting dalam menciptakan solusi canggih yang mampu mendeteksi, merespons, dan mengatasi potensi kebocoran gas di ruangan. Kombinasi ketiga sensor ini membentuk suatu sistem yang kompleks dan serbaguna, memberikan lapisan keamanan yang luar biasa.

Pada percobaan ini mengajak kita menjelajahi bagaimana integrasi sensor gas, sensor suara, dan sensor flame menjadi solusi yang efektif untuk memonitor dan mengontrol kebocoran gas di dalam ruangan. Dengan kecerdasan buatan yang terus berkembang, sistem ini tidak hanya memberikan peringatan dini terhadap kebocoran gas, tetapi juga memastikan tanggapan cepat dan tepat guna untuk menjaga keselamatan semua yang berada di dalam ruangan tersebut. Melalui teknologi ini, kita dapat melangkah maju menuju lingkungan ruangan yang lebih aman, efisien, dan cerdas.

2. Tujuan [Kembali]

1.     Merangkai dan menguji aplikasi output pada mikrokontroller Arduino
2.     Merangkai dan menguji input pada mikrokontroller Arduino
3.     Merangkai dan menguji I/O pada mikrokontroller Arduino 

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

    a). Instrument

b). Baterai

    

c). Generators

B. Bahan

    1). Komponen Input

a. Sensor Touch 

b. Sensor PIR

c. Sensor Vibration

    2). Komponen Output

a. LED

b. Motor DC

c. Buzzer 

    3). Komponen Lainnya

            

a. Mikrokontroler

Modul Arduino

b. Resistor

c. Dioda

d. Transistor

4. Dasar Teori [Kembali]

A). Komponen Input

1. Touch Sensor

Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor).

Grafik Respon :

2. Vibration Sensor

Sensor ini merupakan jenis sensor yang berfungsi mendeteksi adanya getaran dan akan mengubahnya ke dalam sinyal listrik

3. PIR Sensor

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.

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.

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.

B). Komponen Output

1. Buzzer 

Pada dasarnya, prinsip kerja dari buzzer elektronika hampir sama dengan loud speaker dimana buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang secara diafragma. Ketika kumparan tersebut dialiri listrik maka akan menjadi elektromagnet sehingga mengakibatkan kumparan tertarik ke dalam ataupun ke luar tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya. Karena kumparan dipasang secara diafragma maka setiap kumparan akan menggerakkan diafragma tersebut secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.

Namun dibandingkan dengan loud speaker, buzzer elektronika relatif lebih mudah untuk digerakkan. Sebagai contoh, buzzer elektronika dapat langsung diberikan tegangan listrik dengan taraf tertentu untuk dapat menghasilkan suara. Hal ini tentu berbeda dengan loud speaker yang memerlukan rangkaian penguat khusus untuk menggerakkan speaker agar menghasilkan suara yang dapat didengar oleh manusia.

2. 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.

3. LED

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.

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)

C). Komponen Lainnya

1. Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain.

Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut :

 

Arduino Uno

Bagian-bagian arduino uno:

-Power USB

Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.

-Power jack

Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V.

-Crystal Oscillator

Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan             16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.

-Reset

Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.

-Digital Pins I / O

Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika ( 0 atau 1 ). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.

-Analog Pins

Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sinyal atau sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.

-LED Power Indicator

Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.

Bagian - bagian pendukung:

-RAM

RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).

-ROM

ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.

Block Diagram Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

Adapun block diagram mikrokontroler ATMega 328P dapat dilihat pada gambar berikut:

Block diagram dapat digunakan untuk memudahkan / memahami bagaimana kinerja dari mikrokontroler ATMega 328P.

Pin-pin ATMega 328P:

            Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328P pada Arduino UNO

2. Transistor 

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 2N2222A 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).

Masing-masing kaki pada Transistor NPN tersebut adalah

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.

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

Rumus dari Transitor adalah :

h_FE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

h_FE = arus yang dicapai

Rumus dari Transitor adalah :

3. Dioda

Dioda adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

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.

4. 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. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Hambatan atau Tahanan dan dilambangkan dengan huruf R. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah Ohm (Ω).

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 : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

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

Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n

Dimana :
R_total = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

5. Percobaan [Kembali]

A. Prosedur

1. Download semua library yang diperlukan dari blog

2. Buka aplikasi proteus dan buat rangkaian sesuai percobaan

3. Masukkan library ke masing-masing rangkaian 

4. Buka aplikasi arduino ide dan masukkan kodingan lalu compile

5. Masukkan kodingan arduino pada rangkaian proteus

6. Jika semua sudah selesai, Jalankan rangkaian 

B. Diagram Blok

C. Rangkaian Simulasi dan Prinsip kerja

Rangkaian ini bekerja pada 3 buah Sensor yang ada pada sebuah ruangan :

- Sensor PIR akan aktif pada saat adanya manusia terdeteksi yang memasuki ruangan hotel dan terhubung ke output berupa motor yang mana pada ruangan tersebut akan menyala Kipas ruangan

- Pada sensor vibrasi terhubung ke sebuah buzzer yang akan mengeluarkan suara yang terhubung melalui Arduino. Berfungsi pada saat apabila terjadi gempa maka sensor ini akan mendeteksinya dan akan membunyikan suara alarm yang memperingatkan penghuni didalam hotel bahwa adanya gempa yang sedang terjadi

- Pada touch sensor terhubung dengan LED, yang dimana penghuni dapat mengaktifkan lampu di ruangan tersebut dengan melalui touch sensor untuk menghidupkan dan mematikannya

D. Flowchart dan Listing Program

Flowchart :

Listing Program :

const int touchSensorPin = 9;         // Pin untuk touch sensor

const int ledPin = 5;                 // Pin untuk lampu LED

const int vibrationSensorPin = 11;     // Pin untuk vibration sensor

const int buzzerPin = 7;             // Pin untuk buzzer

const int pirSensorPin = 10;           // Pin untuk sensor PIR

const int motorPin = 6;               // Pin untuk motor kipas

void setup() {

  pinMode(touchSensorPin, INPUT);

  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  pinMode(vibrationSensorPin, INPUT);

  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);

  pinMode(pirSensorPin, INPUT);

  pinMode(motorPin, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  // Membaca nilai dari touch sensor

  int touchValue = digitalRead(touchSensorPin);

  // Mengontrol lampu LED berdasarkan nilai touch sensor

  if (touchValue == HIGH) {

    digitalWrite(ledPin, HIGH);

    Serial.println("Sentuhan terdeteksi. Lampu LED dinyalakan.");

  } else {

    digitalWrite(ledPin, LOW);

    Serial.println("Tidak ada sentuhan. Lampu LED dimatikan.");

  }

  // Membaca nilai dari vibration sensor

  int vibrationValue = digitalRead(vibrationSensorPin);

  // Mengontrol buzzer berdasarkan nilai vibration sensor

  if (vibrationValue == HIGH) {

    digitalWrite(buzzerPin, HIGH);

    Serial.println("Getaran terdeteksi. Buzzer dinyalakan.");

  } else {

    digitalWrite(buzzerPin, LOW);

    Serial.println("Tidak ada getaran. Buzzer dimatikan.");

  }

  // Membaca nilai dari sensor PIR

  int pirValue = digitalRead(pirSensorPin);

  // Mengontrol motor kipas berdasarkan nilai sensor PIR

  if (pirValue == HIGH) {

    digitalWrite(motorPin, HIGH);

    Serial.println("Gerakan terdeteksi. Motor kipas dinyalakan.");

  } else {

    digitalWrite(motorPin, LOW);

    Serial.println("Tidak ada gerakan. Motor kipas dimatikan.");

  }

  delay(100); // Delay untuk menghindari pembacaan yang terlalu cepat

}

E. Video Demo

• Video Teori Sensor Vibrasi

• Video Teori Sensor Touch

• Video Teori PIR sensor

• Video Teori Arduino

G. Video Simulasi

H. Download

- Rangkaian Simulasi [Klik Disini]

- Video Simulasi [Klik Disini]

- HTML [Klik Disini]

- Program [Klik Disini]

Download Library

- Library PIR Sensor [Klik Disini]

- Library Touch Sensor [Klik Disini]

- Library Vibration Sensor [Klik Disini]

- Library Arduino [Klik Disini]

Download Datasheet

- Datasheet PIR Sensor [Klik Disini]

- Datasheet Touch Sensor [Klik Disini]

- Datasheet Vibration Sensor [Klik Disini]

- Datasheet Arduino [Klik Disini]