Mesin Es Krim Otomatis

1. Tujuan

• mengetahui fungsi komponen-komponen yang digunakan
• memahami prinsip kerja dari transistor unipolar
• mengaplikasikan pemahaman dengan membuat rangkaian transistor unipolar

2. Alat dan bahan

• Baterai

            Merupakan penyuplai energi berupa listrik.

• Resistor 

            Menghambat arus listrik .

• LED

           Infra merah : 1,6 V.

           Merah : 1,8 V – 2,1 V

           Oranye : 2,2 V.
           Kuning : 2,4 V.
           Hijau : 2,6 V.
           Biru : 3,0 V – 3,5 V.
           Putih : 3,0 – 3,6 V.
           Ultraviolet : 3,5 V.

• Relay

Relay Pin Configuration

Pin Number	Pin Name	Description
1	Coil End 1	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
2	Coil End 2	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
3	Common (COM)	Common terhubung ke salah satu Ujung Beban yang akan dikontrol
4	Normally Close (NC)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke      NC beban tetap terhubung sebelum pemicu
5	Normally Open (NO)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke    NC beban tetap terhubung sebelum pemicu

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

• Motor

Merupakan piranti elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. pada motor DC terdapat 2 Input yang jika diberikan input yang berbeda maka motor akan berputar CCW atau CW tergantung pada inputan yang dimasukan dan jika diberikan dua input dengan nilai sama maka motor dc akan berhenti. maksud nilai disini adalah HIGH atau LOW.

jadi :

HIGH HIGH = motor tidak berputar

HIGH LOW = motor berputar

LOW LOW = motor tidak berputar

LOW HIGH = motor berputar

• Pir Sensor

Pin Number	Pin Name	Description
1	Vcc	Tegangan input adalah +5V untuk aplikasi umumnya. Memiliki jangkauan 4.5V- 12V
2	High/Low Ouput (Dout)	Getaran digital tinggi (3.3V) jika terpicu dan digital rendah (0V) jika diam
3	Ground	Terhubung ke ground rangkaian

• Wide range on input voltage varying from 4.V to 12V (+5V recommended)
• Output voltage is High/Low (3.3V TTL)
• Can distinguish between object movement and human movement
• Has to operating modes - Repeatable(H) and Non- Repeatable(H)
• Cover distance of about 120° and 7 meters
• Low power consumption of 65mA
• Operating temperature from -20° to +80° Celsius

• Dioda

Dioda merupakan salah satu komponen yang dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan untuk mempertemukan elemen P dan N akan menentukan karakteristik dioda dan sifat-sifatnya. Saat ini bahan semikonduktor pembuat dioda adalah semikonduktor silikon dan germanium.
Semikonduktor bahan silikon merupakan bahan yang paling banyak digunakan pada jenis dan tipe dioda karena silikon menawarkan beberapa kelebihan seperti kinerja yang tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah. Biasanya tegangan jatuh dioda berbahan silikon berkisar 0,7 Volt.

• Sensor Infrared

5VDC Operating voltageI/O 

pins are 5V and 3.3V compliant

Range: Up to 20cm

Adjustable Sensing range

Built-in Ambient Light Sensor

20mA supply current

Mounting hole

• JFET Kanal-N

Saluran atau Kanal pada jenis ini terbentuk dari bahan semikonduktor tipe N dengan satu ujungnya adalah Source (S) dan satunya lagi adalah Drain (D). Mayoritas pembawa muatan atau Carriers pada JFET jenis Kanal-N ini adalah Elektron.

• Logicstate

Gerbang logika atau logic gate adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.

3. Dasar Teori

• Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

• Resistor

Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm. Nilai Resistor biasanya diwakili dengan kode angka ataupun gelang warna yang terdapat di badan resistor. Hambatan resistor sering disebut juga dengan resistansi atau resistance.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
 
Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
 
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
 
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

•  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.

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 :

sumber : https://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-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)

Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.

•  LED
  

 LED atau singkatan dari light-emitting diode merupan alat yang mengeluarkan cahaya, dalam rangkaian ini kita menggunakannya sebagai indikator, apakah rangkaiannya berfungsi atau tidak.

• 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.

Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

1. Fresnel Lens

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.

2. 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.

3. Pyroelectric Sensor

Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, 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.

 *Grafik respon sensor PIR
1. Respon terhadap arah, jarak, dan kecepatan

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.

2. Respon terhadap suhu 

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.

• Motor DC

Motor arus searah dengan belitan medan seri adalah jenis motor traksi tertua. Ini memberikan karakteristik torsi kecepatan yang berguna untuk propulsi, memberikan torsi tinggi pada kecepatan rendah untuk akselerasi kendaraan, dan torsi menurun seiring dengan peningkatan kecepatan. Dengan mengatur belitan medan dengan beberapa tap, karakteristik kecepatan dapat bervariasi, sehingga memungkinkan kontrol akselerasi operator yang relatif mulus. Ukuran kontrol lebih lanjut diberikan dengan menggunakan pasangan motor pada kendaraan dalam kontrol pararel seri ; untuk operasi lambat atau beban berat, dua motor dapat dijalankan secara seri dari suplai arus searah. Dimana kecepatan yang lebih tinggi diinginkan, motor ini dapat dioperasikan secara paralel, membuat tegangan yang lebih tinggi tersedia di masing-masing motor sehingga memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi. Bagian dari sistem rel mungkin menggunakan voltase yang berbeda, dengan voltase yang lebih tinggi dalam jangka panjang antar stasiun dan voltase yang lebih rendah di dekat stasiun yang hanya memerlukan pengoperasian lebih lambat.

• Sensor Infrared

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.

Prinsip Kerja Sensor Infrared

Gambar 1. Ilustrasi prinsip kerja sensor infrared

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

Gambar 2. Rangkaian dasar sensor infrared common emitter yang menggunakan led infrared dan fototransistor 

Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:

Gambar 3. Keadaan Basis Mendapat Cahaya Infra Merah dan Berubah Menjadi Saklar (Switch Close) Secara Sesaat

Grafik Respon Sensor Infrared

Gambar 4. Grafik respon sensor infrared

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.

• JFET Kanal-N

Saluran atau Kanal pada jenis ini terbentuk dari bahan semikonduktor tipe N dengan satu ujungnya adalah Source (S) dan satunya lagi adalah Drain (D). Mayoritas pembawa muatan atau Carriers pada JFET jenis Kanal-N ini adalah Elektron. Gate atau Gerbang pada JFET jenis Kanal-N ini terdiri dari bahan semikonduktor tipe P. Bagian lain yang terbuat dari Semikonduktor tipe P pada JFET Kanal-N ini adalah bagian yang disebut dengan Subtrate yaitu bagian yang membentuk batas di sisi saluran berlawanan Gerbang (G). Tegangan pada Terminal Gerbang (G) menghasilkan medan listrik yang mempengaruhi aliran pada pembawa muatan yang melalui saluran tersebut. Semakin Negatifnya V_G,  semakin sempit pula salurannya yang akhirnya mengakibatkan semakin kecil arus pada outputnya (I_D).

• Dioda

Diode adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan sering kali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. 

• Logicstate

Gerbang logika atau logic gate adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.  Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2 kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.

4. Percobaan

 A. Langkah-langkah

• sediakan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam membuat rangkaian

• hubungkan komponen sesuai dengan gambar rangkaian

• rangkaian  selesai

 B. Rangkaian Simulasi

1. Foto Hasil Rangkaian

 2. Prinsip Kerja

Jika saat PIR sensor mendeteksi adanya tubuh, maka logicstate akan berlogika 1, maka arus akan mengalir dari Vout yang bertegangan 5V. Lalu dilanjutkan ke R3 dengan hambatan 10k ohm, dan terbaca tegangan pada kaki gate sebesar 2,5 volt, sehingga membuat transitor aktif. Dengan aktifnya transitor maka akan ada arus yang mengalir dari power supply kemudian ke relay selanjutnya ke kaki drain kemudian ke kaki source dan berakhir di ground. Karena ada arus yang mengalir di relay maka switch akan berpindah ke kanan.

Secara bersamaan, pada saat infrared sensor mendeteksi adanya benda, maka logicstate akan berlogika 1, maka arus akan mengalir dari Vout yang bertegangan 5V. Lalu dilanjutkan ke R1 dengan hambatan 10k ohm, dan terbaca tegangan pada kaki gate sebesar 2,5 volt, sehingga membuat transitor aktif. Dengan aktifnya transitor maka akan ada arus yang mengalir dari power supply kemudian ke relay selanjutnya ke kaki drain kemudian ke kaki source 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 dan ke pompa es krim.

  3. Video materi

Download file

Download HTML klik disini

Download gambar alat dan bahan klik disini

Download datasheet pir sensor klik disini

Download datasheet infrared sensor klik disini

 DataSheet Transistor Bipolar klik Disini   

download datasheet dioda klik disini

datasheet LED klik disini 

datasheet relay klik disini

data sheet motor klik disini

Download library sensor infrared klik disini

Download library sensor pir klik disini

Download gambar rangkaian klik disini

Download video klik disini

Download file proteus klik disini