Kelas Sensor C: Alat Pengaman Ruangan

[Menuju Akhir]

[Home]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen Elektronik

3. Rangkaian Simulasi

4. Landasan Teori

5. Prinsip Kerja Rangkaian

6. Video Tutorial

7. Link Download

Pendeteksi Kebocoran Air dan Pendeteksi Kebocoran Gas

(Alat Pengaman Ruangan)

1. Tujuan
[Back]

Dapat menyelesaikan permasalahan yang diberikan bapak pembimbing pada kelas sensor C
Mengetahui prinsip kerja dari sensor yang digunakan
Mengetahui prinsip kerja pada rangkaian sensor yang dibuat

2. Komponen Elektronik

[Back]

rain Sensor

Sensor Gas (MQ2)

Battery

Alternator Current (AC)

Resistor

Transistor

Relay

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Motor DC

LogicState

buzzer

MOC3021

Op amp

3. Rangkaian Simulasi

[Back]

4. Landasan Teori

[Back]

Rain sensor

Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, yang dapat difungsikan dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari – hari. Dipasaran sensor ini dijual dalam bentuk module sehingga hanya perlu menyediakan kabel jumper untuk dihubungkan ke mikrokontroler atau Arduino.

Prinsip kerja dari module sensor ini yaitu pada saat ada air hujan turun dan mengenai panel sensor maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan. Dan karena air hujan termasuk dalam golongan cairan elektrolit yang dimana cairan tersebut akan menghantarkan arus listrik.

Pada sensor hujan ini terdapat ic komparator yang dimana output dari sensor ini dapat berupa logika high dan low (on atau off). Serta pada modul sensor ini terdapat output yang berupa tegangan pula. Sehingga dapat dikoneksikan ke pin khusus Arduino yaitu Analog Digital Converter.

Dengan singkat kata, sensor ini dapat digunakan untuk memantau kondisi ada tidaknya hujan di lingkungan luar yang dimana output dari sensor ini dapat berupa sinyal analog maupun sinyal digital.

Spesifikasi sensor hujan :

Sensor ini bermaterial dari FR-04 dengan dimensi 5cm x 4cm berlapis nikel dan dengan kualitas tinggi pada kedua sisinya
Pada lapisan module mempunyai sifat anti oksidasi sehingga tahan terhadap korosi
Tegangan kerja masukan sensor 3.3V – 5V
Menggunakan IC comparator LM393 yang stabil
Output dari modul comparator dengan kualitas sinyal bagus lebih dari 15mA
Dilengkapi lubang baut untuk instalasi dengan modul lainnya
Terdapat potensiometer yang berfungsi untuk mengatur sensitifitas sensor
Terdapat 2 Output yaitu digital (0 dan 1) dan analog (tegangan)
Dimensi PCB yaitu 3.2 cm x 1.4 cm

Datasheet Sensor Hujan

Prinsip kerja dari Film board ini

Ketika konduktor-konduktor yang tersusun secara paralel tersebut terkena mengenai air, maka arus listrik yang mengalir akan lebih mudah dibandingkan tidak ada air, karena celah-celah yang diberikan kepada konduktor-konduktor tersebut berkurang sehingga resistanis yang awalnya cukup besar menjadi berkurang sesuai dengan kadar air yang tersentuh konduktor-konduktor papan film tersebut
Semakin banyak air yang tersentuh oleh konduktor-konduktor papan film tersebut, maka semakin kecil pula resistansinya, sehingga berdasarkan Hukum Khirchoff :

V = I . R

Tegangan yang dihasilkan semakin kecil, dan begitu sebaliknya.

Grafik Sensor

Sensor Gas (MQ2)

Sensor MQ-2 adalah sensor 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 sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke. 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.

Sensor gas ini tersusun oleh senyawa SnO2, dengan sifat conductivity rendah pada udara yang bersih, atau sifat penghantar yang tidak baik. Sifat conductivity semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tinggi di sekitar sensor gas. Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V .

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 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 :

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.

3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.

4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

Grafik sensitivitas sensor gas terhadap beberapa gas

Konfigurasi Sensor Gas

Spesifikasi:
A. Kondisi Standar Bekerja

Tegangan Sirkuit(Vc) : 5V ± 0.1 AC atau DC

Tegangan Pemanasan(Vh) : 5V ± 0.1 AC atau DC

Resistansi Load(PL) : 20kΩ

Konsumsi Pemanasan(Ph) : kurang dari 750mw

B. Kondisi Lingkungan

Suhu Penggunaan : -10℃ hingga 50℃

Suhu Penyimpanan : -20℃ hingga 70℃

Kelembapan Terkait : Kurang dari 95% Rh

Konsentrasi Oksigen : 21%(Kondisi Standar) konsentrasi oksigen dapat mempengaruhi sensitivitas

C. Karakteristik Sensitivitas

Resistansi Pengindraan(Rs) : 10KΩ- 60KΩ (1000ppm LPG )

Kondisi Standar Deteksi : Temp: 20℃±2℃ Vc:5V±0.1 Humidity: 65%±5% Vh: 5V±0.1

Jangkauan Deteksi : 200-10000ppm LPG , iso-butane,propane,LNG

Datasheet Sensor Gas MQ2

SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

Silicon controlled rectifier (SCR) atau thyristor merupakan device semikonduktor yang mempunyai perilaku cenderung tetap on setelah diaktifkan dan cenderung tetap off setelah dimatikan (bersifat histeresis) dan biasa digunakan sebagai saklar elektronik, protektor, dan lain sebagainya. Sebelum kita mengetahui lebih dalam tentang pengertian dan prinsip kerja dasar dari Silicon controlled rectifier (SCR), sebaiknya kita tahu terlebih dulu tentang definisi dari dioda shockley. Karena SCR itu sendiri memang device yang dikembangkan dari sebuah dioda shockley, yaitu dioda yang terdiri dari empat lapisan bahan semikonduktor, atau yang juga biasa disebut sebagai dioda PNPN.

Perkembangan dioda shockley menjadi SCR sebenarnya dicapai hanya dengan menambah suatu tambahan kecil yang tidak lebih dari sambungan kawat ketiga yang diberi nama “gate” dari struktur PNPN yang telah ada. untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

http://trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2014/03/Pengertian-Silicon-Controlled-Rectifier.html

Perkembangan dioda shockley menjadi SCR

Berikut ini gambar simbol skematik dan diagram skematik dari SCR.

SCR

Jika sebuah gate dari SCR dibiarkan mengambang atau tidak terhubung (terputus), maka SCR akan berperilaku sama persis seperti dioda shockley. Seperti halnya dioda shockley, SCR juga akan aktif dan mengunci (latch) saat diberikan tegangan breakover antara katoda dan anoda. Untuk mematikan kembali SCR dapat dilakukan dengan cara mengurangi arus sampai salah satu dari transistor internal tersebut jatuh dan berada dalam mode cutoff , dan perilaku SCR yang seperti ini juga seperti dioda shockley. Lalu sekarang coba kita bahas tentang kawat atau terminal gate yang menjadi perbedaan dari kedua perangkat ini. Kita tahu kalau terminal gate SCR terhubung langsung ke basis transistor yang lebih rendah, itu berarti terminal gate ini dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengaktifkan SCR (latch up). Dengan memberikan tegangan yang kecil antara gate dan katoda, transistor yang bawah atau transistor yang lebih rendah akan dipaksa ON oleh arus basis yang dihasilkan, hal ini akan menyebabkan arus basis transistor atas mengalir dan transistor atas akan aktif dan menghantarkan arus basis untuk transistor yang bawah (tidak dibutuhkan lagi pasokan tegangan dari terminal gate), sehingga kini kedua transistor saling menjaga agar tetap aktif atau saling mengunci (latch). Arus yang diperlukan gate untuk memulai latch up tentu saja jauh lebih rendah daripada arus yang melalui SCR dari katoda ke anoda, sehingga SCR tidak perlu mencapai penguatan.

Cara yang paling umum digunakan dan dianggap aman untuk mengaktifkan SCR adalah dengan memberikan tegangan pada terminal gate, dan cara atau metode seperti ini disebut dengan “memicu” (triggering). Bahkan dalam penggunaannya SCR biasanya sengaja dibuat atau dipilih dengan tegangan breakover yang jauh lebih besar melampaui tegangan terbesar yang diperkirakan akan dialami oleh sumber listrik. Sehingga SCR hanya bisa diaktifkan dengan pulsa tegangan yang diterapkan ke terminal gate, bukan dengan tegangan breakover.

Perlu dikatakan bahwa SCR terkadang bisa dimatikan secara langsung dengan menjumper atau mengkorsletkan terminal gate dan katoda, yang disebut dengan “reverse triggering”, dimana gate dengan tegangan negatif (mengacu pada katoda), sehingga transistor yang lebih rendah atau dibawah dipaksa cutoff. Saya mengatakan ini kadang-kadang karena cara ini mungkin akan melibatkan semua arus kolektor dari transistor atas yang melewati basis transistor yang dibawah. Dan arus ini mungkin sangat substansial sehingga membuat triggered shut off dari SCR begitu sulit. Dan sebuah thyristor Gate-Turn-Off (GTO) yang merupakan variasi dari SCR yang akan mampu mempermudah tugas ini. akan tetapi bahkan dengan sebuah GTO sekalipun, arus gate yang dibutuhkan untuk mematikannya mungkin sebanyak 20% dari arus anoda (beban). Simbol skematik dari GTO ditunjukkan oleh gambar ilustrasi dibawah ini.

thyristor - GTO

SCR dan GTO mempunyai skema yang sama yaitu dua transistor yang terhubung secara positif-dengan mode feedback atau berbalikan. Satu-satunya perbedaan dari rancangan konstruksi adalah untuk memberikan transistor NPN sebuah β yang lebih besar dari PNP. Hal ini memungkinkan arus gate yang lebih kecil (forward atau reverse) untuk mengerahkan tingkat kontrol yang lebih besar atas konduksi dari katoda ke anoda. Dalam keadaan terkunci (latch), transistor PNP menjadi lebih tergantung pada NPN bukan sebaliknya. Thyristor Gate-Turn-Off juga dikenal dengan nama Gate-controlled switch (GCS).

Pengetesan fungsi dasar SCR, atau mengidentifikasi terminal dapat dilakukan dengan ohmmeter. Karena koneksi internal antara gate dan katoda adalah PN junction tunggal, alat ukur harus menunjukkkan adanya sambungan atau koneksi antara terminal-terminal ini saat probe merah dihubungkan ke gate dan probe hitam pada katoda. Seperti gambar dibawah ini.

pengujian SCR

Dan SCR akan menunjukkan terminal terbuka atau tak terhingga (OL jika pada display multimeter digital) saat pengukuran dilakukan pada sambungan-sambungan yang lain. Perlu dipahami bahwa tes ini sangat kasar dan bukan merupakan penilaian yang komprehensif dari SCR. Hal ini dilakukan untuk memberikan indikasi tahanan SCR masih baik atau sudah rusak. Dan satu-satunya cara untuk menguji SCR yang lebih mendalam adalah dengan arus beban.

Jika anda menggunakan multimeter yang mempunyai fungsi dioda cheknya, indikasi tegangan antara sambungan atau persimpangan gate ke katoda mungkin hasilnya tidak akan sesuai dengan persimpangan PN silikon pada umumnya (yang biasanya sekitar 0,7 volt). Dalam beberapa kasus, hasil pengukuran tegangan akan jauh lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh resistor internal yang terhubung antara gate dan katoda yang dimasukkan kedalam beberapa SCR. Resistor ini ditambahkan untuk mengurangi kerentanan SCR terhadap pemicu (trigger) palsu, yang berasal dari lonjakan tegangan palsu, dari noise rangkaian, atau dari pelucutan listrik statis. Dengan kata lain, adanya resistor yang terhubung di persimpangan gate-katoda mengharuskan sinyal trigger yang kuat (arus yang besar) untuk diterapkan pada gate SCR. Fitur ini ditemukan pada SCR yang lebih besar bukan SCR yang kecil. Ingatlah bahwa SCR dengan resistor internal yang terhubung antara gate dan katoda akan menunjukkan kontinuitas hubungan dalam dua arah antara dua terminal.

Resistor internal pada kaki gate dan katoda SCR

SCR dengan nilai resistor internal yang kecil terkadang juga disebut sebagai SCR gate sensitif, karena kemampuannya yang dipicu (triggered) oleh sinyal positif gate yang sangat sedikit.
Rangkaian tes untuk SCR berikut ini sangat baik untuk digunakan sebagai alat uji SCR, selain itu juga sangat baik untuk mengetahui dan memahami operasi dasar SCR. Sebuah sumber tegangan DC yang digunakan sebagai daya dari rangkaian dan dua push button switch yang digunakan untuk mengaktifkan dan mematikan SCR.

Rangkaian sederhana penguji SCR

Push button NO (tombol on) menghubungkan gate dengan anoda, sehingga arus dari terminal negatif baterai akan melalui PN junction katoda-gate, kemudian melalui saklar, melalui resistor beban dan kembali ke baterai. Arus gate inilah yang akan membuat SCR latch on, sehingga meskipun tombol on dilepas, beban akan tetap mendapat daya listrik. Dengan menekan push button NC (tombol off), arus yang melalui SCR akan terhenti, sehingga hal tersebut akan memaksa untuk mematikan SCR (Turn off).

Jika SCR tidak bisa atau gagal untuk latch, mungkin masalahnya ada pada beban rangkaian bukan pada SCR. Arus beban dengan jumlah minimum tertentu diperlukan atau wajib dimiliki untuk menjaga agar SCR latch on. Tingkat atau level arus minimum ini disebut “holding current”. Holding current biasanya berkisar antara 1 miliampere sampai 50 miliampere atau mungkin lebih untuk unit yang lebih besar.

Untuk pengujian sepenuhnya dapat dilakukan dengan menguji trigger dengan tegangan breakover. Untuk menguji batas tegangan breakover dapat dilakukan dengan cara meningkatkan suplai tegangan DC sampai SCR aktif dan mengunci (latch) dengan sendirinya (tanpa perlu menekan tombol pushbutton). Saat tes tegangan breakover ini perlu kehati-hatian karena mungkin memerlukan tegangan yang sangat tinggi. Dalam bentuk sederhana, rangkaian tes SCR bisa cukup sebagai rangkaian kontrol start/stop untuk motor DC, lampu, atau beban-beban yang praktis lainnya.

Rangkaian kontrol start/stop motor DC

Contoh penggunaan SCR pada sirkuit DC adalah sebagai perangkat atau device crowbar yang berfungsi untuk memproteksi bila terjadi tegangan lebih (over voltage). Sirkuit crowbar terdiri dari sebuah SCR yang dihubungkan pararel dengan output dari power supply DC. Rusaknya SCR dan power supply dapat dicegah dengan pemasangan secara benar dan bijaksana sebuah fuse atau resistansi seri yang besar setelah SCR untuk membatasi arus hubung singkat dari rangkaian.

Datasheet SCR

5. Prinsip Kerja Rangkaian

[Back]

Rain Sensor (Sensor Hujan)

Sensor hujan berfungsi mendeteksi adanya kebocoran air, ketika air dideteksi oleh sensor (pada simulasi ditandai dengan logic 1) maka sensor akan mengeluarkan output 1 berupa adanya tegangan. Kemudian arus mengalir ke opamp untuk dikuatkan sehingga buzzer berbunyi(sebagai penanda adanya kebocoran). Arus juga mengalir ke SCR sebagai trigger, saat SCR on maka arus mengalir pada optocoupler dan menyalakan led sebagai penanda kebocoran.

Sensor Gas (MQ2)

Ketika sensor gas mendeteksi adanya keberadaan gas, maka sensor gas MQ2 akan memberikan tegangan sinyal melalui tegangan outputnya dan akan memberikan tegangan pada base transistor yang terhubung dengannya, sehingga base tersebut akan mengalami bias positif dan arus lsitrik pada emitor mengalir menuju collector, dan berdampak pada relay yang menjadi ON, sehingga switch relay tersebut akan berpindah ke kanan dan menyalakan Buzzer. Arus juga mengalir ke optocoupler dan motor sebagai exhaust fentilasi udara (untuk mengeluarkan gas yang bocor) serta LED menyala sebagai penanda.

6. Video Tutorial

[Back]

7. Link Download

[Back]

Rangkaian Simulasi DISINI!