TUGAS BESAR KONTROL KUMBUNG JAMUR TIRAM BIRU




1. Pendahuluan [Kembali]

Perkembangan teknologi elektronika dan sistem digital telah memungkinkan berbagai aktivitas manusia dilakukan secara otomatis, termasuk dalam bidang agrikultur. Pada budidaya jamur tiram, stabilitas suhu dan kelembaban ruangan merupakan parameter lingkungan krusial yang menentukan kualitas serta kuantitas hasil panen. Umumnya, pemantauan dan pengendalian parameter tersebut masih dilakukan secara manual oleh petani, sehingga berpotensi terjadi ketidakakuratan data akibat kelalaian manusia, yang dapat mengakibatkan kerusakan jamur hingga gagal panen.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dirancang suatu sistem Kontrol Kumbung Jamur Tiram Biru berbasis sensor dan rangkaian digital. Sistem ini memanfaatkan beberapa jenis sensor untuk mendeteksi kondisi lingkungan di dalam kumbung secara real-time. Sensor suhu digunakan untuk memantau panas ruangan, sementara sensor kelembaban dimanfaatkan untuk memastikan kondisi udara tetap ideal bagi pertumbuhan jamur. Selain itu, sistem ini dapat mengintegrasikan aktuator seperti mist maker atau kipas sebagai respons otomatis terhadap data yang terbaca.

Seluruh data yang diperoleh dari sensor akan diproses oleh rangkaian logika digital, kemudian ditampilkan pada panel kontrol digital berupa informasi suhu, tingkat kelembaban, serta status operasional alat pendukung. Dengan adanya sistem ini, proses pengondisian lingkungan kumbung dapat dilakukan secara lebih presisi, otomatis, dan efisien tanpa memerlukan pengawasan manusia secara terus-menerus. Selain itu, rangkaian ini juga menjadi contoh penerapan sensor, controller, dan logika digital dalam suatu sistem otomasi pertanian yang terintegrasi.



2. Tujuan [Kembali]

Tujuan dari perancangan dan implementasi sistem Kontrol Kumbung Jamur Tiram Biru ini adalah sebagai berikut:

  • Otomatisasi Pengkondisian Lingkungan: Mengembangkan sistem yang mampu mengontrol suhu dan kelembapan di dalam kumbung secara otomatis agar selalu berada pada rentang ideal bagi pertumbuhan jamur tiram biru.

  • Meningkatkan Akurasi Pemantauan: Mengurangi risiko kesalahan manusia dalam pencatatan dan pengaturan parameter lingkungan dengan mengandalkan pembacaan sensor yang presisi dan real-time.

  • Efisiensi Pemeliharaan: Meminimalisir kebutuhan pengawasan manual secara terus-menerus oleh petani sehingga operasional kumbung menjadi lebih efisien dan praktis.

  • Implementasi Logika Digital: Menerapkan konsep rangkaian logika digital, sistem counter, dan pemrosesan sensor ke dalam suatu sistem otomasi yang terintegrasi secara nyata.

  • Optimalisasi Hasil Panen: Menjamin stabilitas kondisi mikro di dalam ruangan sehingga kualitas dan kuantitas hasil panen jamur tiram biru dapat terjaga dengan optimal.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

ALAT

  1. Voltmeter

             2. Baterai

  3. Power Supply

 
4. DC Voltmeter




BAHAN
  1. Resistor
          2. Transistor NPN

                 3. Dioda

    
          4. Relay

        
          5. LED

         
          6. Motor

        

          7. OP-AMP LM358
         
     
          8. OP-AMP LM741

        
          9. Buzzer
         
          10. 7-segment Common Anoda dan Katoda

         
          11. Gerbang NOT
          12. JK Flip-Flop (IC 74LS112)
        
          13. Gerbang AND

          14. Potensiometer
       
          15. IC 74HC85




          16. IC NE555
 

                17. IC 74HC4040

                                       

           18. PIR Sensor


                   19. Touch Sensor
    
        
          20. LDR Sensor

         
           21. Sensor Humidity
 


     
           22. Sensor LM358
  
     
           23. sensor water


        24. MQ2 Sensor

        25. ADC 0804


             26. Ground

4. Dasar Teori [Kembali]

a. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :


Simbol Resistor

Resistor 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 :


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 : Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

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

Paralel: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

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

b. Transistor NPN
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:
Simbol Transistor NPN BC547


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

Rumus dari Transitor adalah :

hFE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

hFE = arus yang dicapai


Rumus dari Transitor adalah :

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

 Pemberian bias 
        Ada beberapa macam rangkaian pemberian bias, yaitu: 
 1. Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar 58. Karakteristik Output.


2.Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar 60.


Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor
                    


c. Dioda
Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.Dioda memiliki simbol sebagai berikut :
Gambar Simbol Dioda

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.

3. Rumus

rumus

d. Relay
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. 

e. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

    Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya.  Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode)Bentuk dan Simbol LED (Light Emitting Diode)


Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)

Seperti dikatakan sebelumnya, 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.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. 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).

Cara kerja LED (Light Emitting Diode)

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya

f. Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

    Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti



Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

g. IC OP-AMP

Simbol 

 

 
Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.

 

 

Karakteristik IC OpAmp

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu
                                                                           

Karakteristik IC OpAmp

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Inverting Amplifier


 Rumus:

NonInverting

 Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang


h. 7-segment


Seven segment merupakan bagian-bagian yang digunakan untuk menampilkan angka atau bilangan decimal. Seven segment tersebut terbagi menjadi 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda). Seven segment bisa menunjukan angka-angka desimal serta beberapa bentuk tertentu melalui gabungan aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment.

    Supaya memudahkan penggunaannnya biasanya memakai sebuah sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Bentuk tampilan modern disusun sebagai metode 7 bagian atau dot matriks. Jenis tersebut sama dengan namanya, menggunakan sistem tujuh batang led yang dilapis membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf yang dilihatkan dalam gambar itu ditetapkan untuk menandai bagian-bagian tersebut.

    Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 bagian, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder tersebut terbentuk  dari pintu-pintu akal yang masukannya berbetuk digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.

Tabel Pengaktifan Seven Segment Display



i. Gerbang NOT

Gerbang logika NOT adalah gerbang logika yang bisa melakukan operasi peniadaan logika atau pembalik keadaan logika. Karena hal itulah, maka gerbang logika ini dinamakan gerbang logika NOT. Gerbang logika NOT juga dikenal sebagai rangkaian inverter. Gerbang logika NOT bisa ditemukan pada komponen listrik IC 7404.

j. JK Flip-Flop (IC 74LS112)
JK flip-flop adalah perangkat memori bit tunggal dua status sekuensial yang dinamai menurut penemunya oleh Jack Kil. Secara umum memiliki satu pin input clock (CLK), dua pin input data (J dan K), dan dua pin output (Q dan Q̅) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. JK flip-flop dapat dipicu pada tepi depan dari jam atau di tepi belakangnya dan karenanya dapat dipicu oleh sisi positif atau negatif, masing-masing.  



k. 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.

l. Gerbang XOR
 Gerbang OR ini akan menghasilkan output 1 jika semua atau salah satu input merupakan bilangan biner 1. Sedangkan output akan menghasilkan 0 jika semua inputnya adalah bilangan biner 0.Logic gate OR
j. Potensiometer
Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan, potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat

k. IC 7447
Merupakan IC TTL  Decoder BCD to 7 Segment. IC ini berfungsi untuk mengubah kode bilangan biner BCD (Binary Coded Decimal) menjadi data tampilan untuk penampil/display 7 segment  yang bekerja pada tegangan TTL (+5 volt DC).
  • Jalur input data BCD, pin input ini terdiri dari 4 line input yang mewakili 4 bit data BCD dengan sebutan jalur input A, B, C dan D.
  • Jalur ouput 7 segmen, pin output ini berfungsi untuk  mendistribusikan data pengkodean ke penampil 7 segmen. Pin output dekoder BCD ke 7 segmen ini ada 7 pin yang masing-masing diberi nama a, b, c, d, e, f dan g.
  • Jalur LT (Lamp Test) yang berfunsi untuk menyalakan semua led pada penampil 7 segmen, jalur LT akan aktif pad saat diberikan logika LOW pad jalut LT tersebut.
  • Jalur RBI (Riple Blanking Input) yang berfungsi untuk menahan sinyal input (disable input), jalur RBI akan aktif bila diberikan logika LOW.
  • Jalur RBO (Riple blanking Output) yang berfungsi untuk menahan data output ke penampil 7 segmen (disable output), jalur RBO ini akan aktif pada sat diberikan logika LOW

Dalam aplikasi decoder, ketiga jalur kontorl (LT, RBI dan RBO) harus diberikan logika HIGH dengan tujuan data input BCD dapat masuk dan penampil 7 segmen dapat menerima data tampilan sesuai data BCD yang diberikan pada jalur input.

IC 7447 biasanya dipasangkan dengan 7 segment common anode. Hal ini dikarenakan output untuk IC 7447 berlogika low.

l. IC 7483
IC 7483 memiliki input dan output yang sama dengan rangkaian Full Adder IC 7483, hanya saja input A ditambahkan gerbang Ex-Ordengan nilai Carry inputnya (C0), fungsi rangkaiannya pun berbeda. Fungsi dari rangkaian ini adalah sebagai penjumlah dan pengurang, hal ini ditentukan dari inputC0. Ketika input C0 diberi logik 0 maka fungsi darirangkaian ini adalah sebagai penjumlah (Adder), sedangkan ketika input C0 diberi logik 1 maka fungsi dari rangkaian ini adalah sebagai pengurang (Subtractor).

m. 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 :

n. Thermal Sensor
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

 

Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35:

Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC

 Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

 Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

 Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

 Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

 Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

 Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

 

Sensor suhu ini terkalibrasi dalam satuan celcius dan mampu membaca nilai suhu dari 0˚C100˚C dan memiliki paraeter bahwa setiap kenaikan 1˚C tegangan keluaran naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5V pada suhu 150˚C. Pada perancangan menggunakan mikrokontroler ATmega8535, ADC yang digunakan adalah 10 bit, artinya data yang dihasilkan dari konversi adalah 0-1023. Untuk mengeluarkan output ADC dari mikrokontroler menggnakan rumus sebagai berikut : Hasil konversi ADC = (Vin*1024)/Vref Hasil output sensor kemudian akan diolah oleh mikrokontroler ATmega8535 yang kemudian nilainya akan ditampilkan pada layar lcd. Pada perancangan kakikakinya, kaki 1 terhubung power (0-5V), pin 2 sebagai output sensor yang akan terhubung dengan mikrokontroller ATmega8535, sedangkan pin 3 terhubung dengan ground.


                                            
Grafik Respon :



   c. MQ2 

    Sensor jenis ini 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 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.

Konfigurasi Pin Out :

Spesifikasi : 
  1. Fungsi Utama: Mendeteksi asap, LPG, propana, butana, metana, alkohol, dan hidrogen.
  2. Tegangan Kerja: 5V DC.
  3. Konsumsi Arus: ≤ 150 mA.
  4. Rentang Deteksi: 200 – 10.000 ppm.
  5. Jenis Output: Analog (0-5V) dan Digital (TTL via potensiometer).
  6. Waktu Pemanasan: Minimal 20 detik.
Grafik Respon :

p. 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. 

q. Sensor Humidity

Kelembaban merupakan salah satu hal yang bisa mempengaruhi kondisi cuaca terhadap suatu daerah. Sensor kelembaban merupakan alat pengukur untuk mendefinisikan suatu kelembaban uap air yang terkandung di dalam udara. Ada dua jenis kelembaban yang akan diukur, yaitu : 

1.      Kelembaban Absolut

Kelembaban absolut menjadi sebuah bilangan yang merujuk pada hitungan gram uap air yang tertampung pada 1 meter kubik udara. 

2.      Kelembaban Relatif

Kelembaban relatif merupakan bilangan untuk menunjukkan seberapa persen perbandingan antara uap air yang tersedia di dalam udara pada saat pengukuran dan volume uap air maksimal yang akan tertampung oleh udaranya. 

Grafik respon:


 
  • Decoder (IC 4511)



    IC 4511 umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik di mana ada kebutuhan untuk menampilkan angka desimal pada tampilan 7-segment, seperti penghitung digital, timer, kalkulator, dan papan skor. IC ini menyederhanakan pengendalian tampilan 7-segment dengan mengonversi masukan BCD menjadi sinyal kontrol segmen yang sesuai, sehingga menjadi pilihan populer untuk aplikasi-aplikasi tersebut.

Konfigurasi Pin Decoder:

CD4511 - A BCD to 7-Segment Display Driver Chip

Truth Table

CD4511 Seven Segment Driver: Pinout, Equivalent and Truth Table

  • IC 7482




    IC 7482 adalah sebuah rangkaian logika digital yang disebut sebagai "4-bit binary full adder" dalam bahasa Inggris. Rangkaian ini umumnya dikenal sebagai penjumlah paralel biner 4-bit. Fungsinya adalah untuk menambahkan dua angka biner 4-bit dan menghasilkan hasil penjumlahan 4-bit beserta carry-out opsional.

Here, you can see the truth table of IC 7482

74HC83 Full Adder IC Pinout, Datasheet, Equivalent & Working

  • IC 7483


   IC 7483 adalah sebuah rangkaian logika digital yang disebut sebagai "4-bit binary full adder dengan mode Carry Look-Ahead (CLA)" dalam bahasa Inggris. IC ini berfungsi sebagai penjumlah biner 4-bit dengan menggunakan metode carry look-ahead, yang memungkinkan penjumlahan cepat dan efisien dari dua angka biner 4-bit.

Here, you can see the truth table of IC 7482
 
IC 7483 Pin Diagram, Truth Table, Applications - ETechnoG
    • IC 74157

      

    IC 74157 adalah sebuah multiplexer 2-ke-1 dengan pilihan data yang dikendalikan oleh decoder 2-ke-4. Dalam bahasa Inggris, IC ini dikenal sebagai "2-to-1 Data Selector/Multiplexer with 2-to-4 Decoder."

    Here, you can see the truth table of IC 7482
     74HC157 Multiplexer IC Pinout, Features, Equivalent & Datasheet
    • IC 74LS48
      

    IC 74157 adalah sebuah multiplexer 2-ke-1 dengan pilihan data yang dikendalikan oleh decoder 2-ke-4. Dalam bahasa Inggris, IC ini dikenal sebagai "2-to-1 Data Selector/Multiplexer with 2-to-4 Decoder."

    Here, you can see the truth table of IC 7482
     7 Segment Decoder Implementation, Truth Table, Logisim Diagram | Quickgrid

  d. Sensor LM35

    Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92  seperti terlihat pada gambar dibawah.

Konfigurasi Pin Out :

Spesifikasi : 
  1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 
  2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2. 
  3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 
  4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. 
  5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA. 
  6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam. 
  7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 
  8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Grafik Respon :

5. Example [Kembali]

Example 1

Kondisi: Suhu di dalam kumbung meningkat di atas ambang batas (terlalu panas).

  • Proses:

    • Sensor suhu mendeteksi suhu melebihi batas set point.

    • Sinyal dikirim ke rangkaian logika pembanding (komparator).

    • Rangkaian logika mengaktifkan relay untuk menyalakan kipas/exhaust fan.

  • Hasil: Kipas menyala untuk menurunkan suhu ruangan hingga kembali ke kondisi ideal.

Example 2

Kondisi: Kelembaban di dalam kumbung berada di bawah batas minimum (terlalu kering).

  • Proses:

    • Sensor kelembaban mendeteksi tingkat kelembaban rendah.

    • Sinyal diproses oleh rangkaian logika untuk mengaktifkan aktuator penyiram (mist maker atau pompa air).

  • Hasil: Mist maker aktif menyemprotkan air untuk meningkatkan kelembaban udara di dalam kumbung.

Example 3

Kondisi: Air di dalam tangki penampungan utama habis.

  • Proses:

    • Sensor air (water sensor) mendeteksi permukaan air berada pada level rendah (dibawah sensor).

    • Rangkaian kontrol memberikan sinyal peringatan (indicator LED atau buzzer) dan memutus aliran ke pompa penyiram agar pompa tidak rusak.

  • Hasil: Sistem memberikan peringatan kepada pengguna bahwa air perlu diisi ulang.

Example 4

Kondisi: Waktu operasional sistem (misalnya untuk durasi penyiraman otomatis) telah selesai.

  • Proses:

    • Rangkaian counter mencapai nilai perhitungan yang ditentukan.

    • Output counter mengirimkan sinyal logika "Low" ke rangkaian aktuator.

  • Hasil: Proses penyiraman otomatis berhenti secara otomatis sesuai durasi yang diprogram pada rangkaian counter.

6. Problem [Kembali]

Problem 1

Diketahui: Sensor suhu mendeteksi bahwa suhu di dalam kumbung telah melebihi batas set point maksimal (terlalu panas).

Pertanyaan: Apa aksi yang dilakukan oleh sistem?

Jawaban: Sistem akan mengaktifkan kipas (exhaust fan) atau ventilasi secara otomatis.

Penjelasan: Saat sensor suhu mengirimkan sinyal logika "High" (melampaui batas), rangkaian komparator akan memicu relay untuk menyalakan kipas guna membuang udara panas dan menjaga suhu kembali ke kondisi ideal.

Problem 2

Diketahui: Sensor kelembaban (hygrometer) mendeteksi bahwa kadar air di udara berada di bawah standar kebutuhan jamur tiram.

Pertanyaan: Apa yang akan dilakukan sistem untuk menjaga kelembaban?

Jawaban: Sistem mengaktifkan mist maker (pengabut) atau pompa penyiram.

Penjelasan: Data dari sensor kelembaban yang rendah akan diterjemahkan oleh rangkaian logika untuk mengaktifkan aktuator air, sehingga kabut air disemprotkan ke dalam ruangan untuk meningkatkan kelembaban hingga mencapai level yang diinginkan.

Problem 3

Diketahui: Sensor air (water level sensor) pada tangki penampungan utama mendeteksi bahwa volume air sudah di bawah level minimum.

Pertanyaan: Apa respon sistem terhadap kondisi ini?

Jawaban: Sistem mematikan pompa air dan menyalakan lampu indikator peringatan atau buzzer.

Penjelasan: Untuk melindungi pompa air dari kerusakan akibat dry running (berjalan tanpa air), sensor memberikan sinyal "Low" yang memutus suplai daya ke pompa sekaligus mengaktifkan alarm agar petani segera mengisi ulang tangki air.

7. Soal Latihan [Kembali]

Soal 1

Sensor yang digunakan untuk memantau panas ruangan di dalam kumbung adalah ...

 A. Sensor Cahaya (LDR) 

B. Sensor Suhu (Thermistor/LM35)

 C. Sensor Suara

 D. Sensor Tekanan 


Jawaban: B

Soal 2

Jika kelembaban udara di dalam kumbung terlalu rendah, aktuator yang akan diaktifkan oleh sistem adalah ...

 A. Exhaust Fan 

B. Lampu Pijar 

C. Mist Maker / Pompa Penyiram

 D. Buzzer


  Jawaban: C

Soal 3

Apa fungsi utama dari sensor air (water sensor) pada tangki penampungan?

A. Mengatur suhu air

 B. Mendeteksi level air agar pompa tidak rusak saat kering

 C. Menghitung jumlah jamur yang tumbuh 

D. Mendeteksi kebocoran pada pipa 



Jawaban: B

Soal 4

Komponen rangkaian yang berfungsi untuk membandingkan input dari sensor dengan nilai ambang batas (set point) adalah ...

 A. Komparator (Rangkaian Pembanding) 

B. Encoder 

C. Dekoder 

D. Flip-Flop


  Jawaban: A

Soal 5

Saat suhu di dalam kumbung melebihi batas ideal, sistem akan secara otomatis mengaktifkan ... 

A. Mist Maker 

B. Kipas (Exhaust Fan) 

C. Sensor Kelembaban

 D. Counter Foul 


Jawaban: B

8. Percobaan [Kembali]

1. Prosedur

        1).  Buka aplikasi proteus

        2). Pilih komponen yang akan digunakan dalam rangkaian

        3). Susunlah komponen sesuai gambar

        4). Setelah merangkai seluruh komponen, jalankan simulasi

        5). Amatilah simulasi yang sedang berjalan


2. Rangkaian simulasi dan prinsip kerja

A. Sensor Suhu (Thermistor/LM35)

Sensor suhu diletakkan di dalam ruangan kumbung untuk memantau panas. Ketika suhu melebihi ambang batas (misal >28°C), sensor menghasilkan perubahan tegangan yang diumpankan ke Op-Amp sebagai komparator.

Tegangan keluaran komparator diteruskan ke basis transistor (sebagai sakelar elektronik) untuk mengaktifkan relay. Ketika relay aktif, ia akan menyalakan sprinkler (penyiram) untuk menurunkan suhu. Sebaliknya, jika suhu terlalu rendah (<14°C), rangkaian akan mengaktifkan heater untuk menstabilkan suhu kembali ke level ideal.

B. Sensor Kelembaban (Relative Humidity Sensor)

Sensor ini diletakkan di rak jamur bagian tengah untuk memantau kadar air udara. Jika kelembaban berada di bawah level optimal, sensor mengirimkan sinyal ke rangkaian logika yang diintegrasikan dengan IC Timer 555 dan IC Binary Counter 74HC4040.

Rangkaian ini akan menghitung durasi penyiraman (misalnya hingga 300 detik). Saat counter aktif, relay akan menutup sirkuit mist maker (pengabut) sehingga kelembaban ruangan meningkat. Setelah durasi terpenuhi, counter akan memberikan sinyal untuk mematikan mist maker secara otomatis.

C. Sensor Gas (MQ-3)

Sensor ini diletakkan di dinding ruangan untuk mendeteksi adanya akumulasi gas berbahaya bagi jamur. Jika sensor mendeteksi konsentrasi gas di atas batas aman, sinyal diteruskan ke rangkaian komparator.

Keluaran dari komparator akan memicu relay untuk menyalakan kipas exhaust guna membuang gas keluar ruangan dan sekaligus membunyikan alarm sebagai peringatan bagi operator bahwa kondisi udara dalam kumbung tidak aman.

D. PIR Sensor (Passive Infrared)

Sensor PIR diletakkan di pintu masuk bagian dalam untuk mendeteksi keberadaan manusia. Saat seseorang masuk ke kumbung, sinyal dari PIR diumpankan melalui buffer Op-Amp ke D Flip-Flop 74HC74.

D Flip-Flop berfungsi sebagai memori penyimpan status kehadiran. Output dari Flip-Flop ini mengaktifkan transistor untuk menyalakan lampu penerangan ruangan secara otomatis. Lampu akan tetap menyala selama keberadaan manusia terdeteksi di dalam kumbung.

E. Touch Sensor

Sensor sentuh diletakkan di dinding dekat pintu masuk sebagai input manual untuk operator. Ketika operator menyentuh sensor, sinyal akan diteruskan melalui rangkaian voltage follower ke komponen logika dan IC counter.

Input ini sering digunakan untuk memicu proses perawatan manual, misalnya menyalakan nozzle spray air secara instan di luar jadwal otomatis jika operator melihat jamur memerlukan penyiraman tambahan.

F. Water Sensor (Water Level)

Sensor ini diletakkan pada tangki air di luar kumbung untuk mendeteksi level air (Rendah <= 18, Tinggi >= 24). Ketika air mencapai level rendah, sensor memberikan logika yang mematikan pompa air utama.

Hal ini berfungsi sebagai proteksi agar pompa tidak rusak karena berjalan tanpa air (dry running). Setelah tangki diisi ulang dan level mencapai batas tinggi, sensor akan memberikan sinyal ke rangkaian kontrol untuk mengizinkan pompa beroperasi kembali.

G. Sensor Cahaya (LDR - Light Dependent Resistor)

Sensor LDR diletakkan di dalam kumbung untuk memantau intensitas cahaya. Intensitas cahaya yang rendah sangat krusial bagi pertumbuhan jamur tiram yang cenderung menyukai kondisi redup.

Ketika intensitas cahaya terdeteksi di bawah 16%, resistansi LDR meningkat secara drastis. Perubahan resistansi ini diumpankan ke rangkaian pembagi tegangan yang kemudian diteruskan ke kaki inverting Op-Amp LM741 (sebagai komparator). Tegangan referensi pada kaki non-inverting diatur menggunakan potensiometer agar tepat memicu sistem pada ambang batas 16%.

Saat kondisi cahaya di bawah 16%, keluaran Op-Amp menjadi HIGH (logika 1). Sinyal ini diteruskan ke basis transistor BC547 melalui resistor pembatas arus. Transistor akan mengalami saturasi dan mengaktifkan relay. Relai tersebut kemudian akan memutus aliran listrik ke lampu penerangan (atau memberikan sinyal ke kontroler bahwa kondisi ruangan sudah sesuai untuk pertumbuhan jamur).

H. Sistem Display (BCD to 7-Segment)

Seluruh status dari sensor (Suhu, Kelembaban, PIR, dll.) dikirim ke IC BCD (Binary Coded to Decimal) 4511 yang terhubung ke 7-Segment Display.

Sistem ini menampilkan status kondisi kumbung secara real-time dalam bentuk kode angka (0-7), di mana setiap angka mewakili kondisi sensor mana saja yang sedang aktif. Misalnya, angka "7" menunjukkan bahwa Sensor PIR, Humidity, dan Suhu sedang aktif bersamaan. Pengguna cukup melihat angka di display untuk mengetahui status operasional sistem secara keseluruhan.




Sistem ini berfungsi sebagai antarmuka pemantau (monitoring) yang menerjemahkan kondisi fisik sensor menjadi representasi visual angka pada dua buah 7-segment display tipe Common Katoda.

1. Rangkaian Display Pertama (U14 - Red Display)

Display ini difokuskan untuk memantau status kombinasi tiga sensor utama: PIR, Kelembaban (Humidity), dan Suhu. Logika angka yang ditampilkan adalah sebagai berikut:

  • 0: Kondisi Idle (Tidak ada sensor yang aktif).

  • 1: Sensor PIR aktif (Mendeteksi adanya manusia di kumbung).

  • 2: Sensor Suhu aktif (Suhu tidak dalam kondisi ideal).

  • 3: Sensor PIR dan Sensor Suhu aktif secara bersamaan.

  • 4: Sensor Humidity aktif (Kelembaban tidak dalam kondisi ideal).

  • 5: Sensor Humidity dan Sensor PIR aktif bersamaan.

  • 6: Sensor Humidity dan Sensor Suhu aktif bersamaan.

  • 7: Semua sensor (PIR, Humidity, dan Suhu) aktif bersamaan.

2. Rangkaian Display Kedua (U2 - Blue Display)

Display ini memberikan informasi status operasional untuk sensor-sensor pendukung lainnya yang meliputi Suhu, Humidity, PIR, Water Level, LDR, dan Touch Sensor. Logika penampilannya adalah:

  • 0: Hanya Sensor Suhu aktif.

  • 1: Kondisi sistem Sleep/Standby (Ketiga sensor utama: Suhu, Humidity, PIR mati).

  • 2: Status sistem aktif dengan sensor Suhu dan PIR bekerja.

  • 3: Hanya Sensor PIR yang aktif.

  • 4: Sensor Humidity dan Sensor Suhu aktif secara bersamaan.

  • 5: Sensor Humidity aktif (sendirian).

  • 6: Kondisi Full System (Ketiga sensor utama hidup).

  • 7: Sensor Humidity dan Sensor PIR aktif secara bersamaan.

Cara Kerja Teknis (Analisis Rangkaian)

  • Proses Konversi: Sinyal digital dari tiap sensor (logika 0 atau 1) masuk ke dalam Rangkaian Logika Kombinasional (gerbang AND/OR yang terlihat di skema Anda). Rangkaian ini memproses kombinasi status sensor menjadi input BCD (4-bit: D, C, B, A).

  • IC 4511 (BCD to 7-Segment Decoder): IC ini menerima data BCD tersebut dan mengubahnya menjadi pola sinyal yang akan menyalakan segmen a, b, c, d, e, f, dan g pada display secara akurat.

  • Pentingnya Common Katoda: Karena Anda menggunakan Common Katoda, maka IC 4511 akan memberikan logika HIGH (1) ke segmen untuk menyalakannya. Hal ini sesuai dengan tabel kebenaran yang Anda lampirkan di bawah setiap display.

Dengan konfigurasi ini, operator dapat memantau 14 kondisi status kumbung yang berbeda (7 kombinasi di display merah dan 7 kombinasi di display biru) secara real-time hanya dengan melihat kombinasi angka pada layar. Ini membuat sistem otomasi jamur tiram biru Anda menjadi sangat informatif dan mudah dioperasikan.

Video Simulasi



9. Link Download [Kembali]


Simulasi :
Datasheet :

Komentar

Postingan populer dari blog ini

modul 2 transistor

Modul 4