MODUL 4

 

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan
a) Prosedur
b) Hardware
c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
d) Flowchart
e) Video Demo
f) Download File

*Klik teks untuk menuju

MODUL 4

KONTROL AQUARIUM

---

1. Pendahuluan [Kembali]

Perawatan akuarium membutuhkan perhatian yang rutin, terutama dalam hal pemberian pakan ikan dan pengaturan ketinggian air agar tetap pada kondisi yang ideal. Jika dilakukan secara manual, proses ini sering kali kurang efisien dan berpotensi menimbulkan kelalaian, seperti keterlambatan pemberian pakan atau kondisi air yang terlalu rendah akibat penguapan. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem kontrol yang mampu membantu menjaga kondisi akuarium secara lebih praktis dan terkontrol.

Dengan memanfaatkan sensor touch sebagai input pemberian pakan dan sensor water level untuk mendeteksi ketinggian air, sistem kontrol akuarium dapat bekerja secara semi-otomatis dan otomatis. Sensor touch memungkinkan pengguna memberikan pakan dengan mudah hanya melalui sentuhan, sedangkan sensor water level berfungsi mengontrol pompa air agar ketinggian air tetap stabil. Penerapan sistem ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi perawatan akuarium, menjaga kenyamanan ikan, serta mempermudah pengguna dalam mengelola akuarium sehari-hari.

2. Tujuan [Kembali]

• Merancang sistem kontrol akuarium berbasis sistem digital yang bekerja secara otomatis.
• Mengimplementasikan sensor water level untuk mendeteksi ketinggian air akuarium dan mengendalikan pompa air secara otomatis.
• Mengimplementasikan touch sensor sebagai pemicu sistem pemberi pakan ikan.
• Menerapkan konsep-konsep sistem digital dalam pengolahan sinyal input dan pengendalian output.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat :

1. Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

 

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter

2. Ampermeter

Ampermeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besar arus listrik (I) yang mengalir pada suatu rangkaian. Satuan yang digunakan adalah Ampere (A), sesuai dengan hukum Ohm dan konsep dasar arus listrik. Agar pembacaan akurat, ampermeter harus disusun secara seri dengan beban sehingga seluruh arus yang mengalir ke beban juga melewati ampermeter.

Spesifikasi:

3. Solder 

4. Lem Tembak 

Bahan :

1. TOUCH Sensor

2. Water level sensor

3. 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 (V=I R). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi

4. Sevent Segment

Pin Out :

5. Kabel Jumper 

6. IC 7432 (Gerbang OR)

 7. IC 7447(seven segment decoder)

Pin Out :

pin configuration

8. IC 74192(Up/Down Decade Counter)

Konfigurasi PIN 74192:

 

9. LM 158 

                                                   

LM158 adalah jenis operational amplifier (op-amp) yang terdiri dari dua penguat operasional dalam satu kemasan dan dirancang untuk aplikasi penguatan sinyal analog. 

Spesifikasi:

 

10. Motor DC (Waterpump)

 Sebagai keluaran (output) yang menyatakan rangkaian jalan ketika motor hidup.

 

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.

Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:

3. Dasar Teori [Kembali]

1. TOUCH SENSOR

Touch sensor adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mendeteksi adanya sentuhan dari jari manusia atau benda konduktif lainnya. Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan sifat listrik, terutama kapasitansi, ketika permukaan sensor disentuh. Tubuh manusia memiliki muatan listrik alami sehingga saat terjadi sentuhan, nilai kapasitansi pada sensor berubah dan diolah oleh rangkaian internal menjadi sinyal keluaran berupa logika digital HIGH atau LOW. Oleh karena itu, touch sensor dapat digunakan sebagai pengganti tombol mekanik konvensional.

Dalam penggunaannya, touch sensor memiliki kelebihan karena tidak memerlukan tekanan fisik, memiliki respon yang cepat, dan umur pakai yang lebih panjang dibandingkan push button biasa. Sensor ini juga mudah diintegrasikan dengan rangkaian digital seperti gerbang logika, flip-flop, dan counter, sehingga sangat cocok digunakan pada sistem kontrol otomatis. Namun, touch sensor memiliki kelemahan yaitu sensitif terhadap gangguan lingkungan seperti kelembapan dan noise listrik, sehingga perlu perancangan rangkaian yang baik. Touch sensor banyak diaplikasikan pada panel kontrol modern, sistem keamanan, peralatan elektronik rumah tangga, serta sistem kontrol aquarium otomatis sebagai input untuk mengaktifkan atau menonaktifkan aktuator seperti motor, pompa, aerator, atau buzzer.

2. Flame Sensor

Water level sensor adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian atau level air di dalam suatu wadah atau tangki. Sensor ini bekerja dengan memanfaatkan sifat konduktivitas air atau perubahan resistansi ketika air menyentuh titik sensor tertentu. Saat permukaan air mencapai level yang telah ditentukan, sensor akan menghasilkan sinyal keluaran berupa perubahan tegangan atau logika digital yang menandakan kondisi air rendah, normal, atau tinggi. Informasi ini kemudian dapat digunakan sebagai input bagi sistem kontrol.

Dalam sistem kontrol otomatis, water level sensor berfungsi untuk mencegah kondisi air terlalu rendah atau meluap. Sensor ini banyak digunakan karena rangkaiannya sederhana, mudah diintegrasikan dengan sistem digital, dan cukup andal untuk pemantauan level air. Output dari water level sensor dapat dihubungkan ke rangkaian logika, komparator, atau flip-flop untuk mengendalikan aktuator seperti pompa air, relay, LED indikator, atau alarm. Meskipun demikian, water level sensor memiliki keterbatasan seperti sensitivitas terhadap kotoran dan kerak air, sehingga diperlukan perawatan berkala agar kinerjanya tetap optimal.

3. Motor DC

       

     Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu

  

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 (V=I R). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

5. Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. 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.

    Transistor Bipolar adalah salah satu jenis transistor yang terbentuk dari 2 dioda sehingga memiliki polaritas atau sisi positif dan sisi negatif. Biasanya transistor Bipolar atau disebut dengan BJT (Basis Junction Transistor) memiliki 2 jenis, diantaranya yaitu Transistor PNP dan Transistor NPN. Transistor ini memiliki 3 polaritas yang biasa disebut B (Basis), E (Emiter), C (Collector). Basis berfungsi sebagai base atau tempat berkumpulnya kumpulan aliran arus yang masuk ke transistor, Emiter dan Collector sebagai aliran arus masuk dan keluar.

Lambang Transistor BJT

Sudah jelas seperti gambar di atas bahwa transistor PNP memiliki simbol yang arah panahnya masuk dan sebaliknya untuk NPN arah panah dari emiter mengarah keluar.

Bentuk aliran arus pada sebuah transistor dapat dirumuskan dengan hukum KCL ( Kirchoff Current Law) Atau hukum Kirchoff I, yang dirumuskan sebagai berikut.

Ie = Ic + Ib  

Keterangan : 
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector
Ib = Arus Basis

Pada Transistor BJT nilai arus Ib relatif sangat kecil terhadap Ic, maka Ib ini dapat diabaikan. Sehingga persamaan diatas bisa berubah menjadi

Ie = Ic

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector

Karakteristik input merupakan karakteristik dari tegangan base dan emitter (VBE) sebagai fungsi arus base (IB) dengan VCE dalam keadaan konstan. Karakteristik ini merupakan karakteristik dari junction emitter-base dengan forward bias atau sama dengan karakteristik diode pada forward bias. Pada BJT seluruh pembawa muatan akan melewati junction Base-Emittor menuju Collector maka arus pada basis menjadi jauh lebih kecil dari diode P-N dengan adanya faktor hfe. Penambahan nilai VCE megakibatkan arus IB akan berkurang. Arus IB akan mengalir jika tegangan VBE > 0,7 V

Karakteristik output merupakan karakteristik dengan tegangan emitter (VCE) sebagai fungsi arus kolektor (IC) terhadap arus base (IB) yang tetap seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat IB=0, arus IC yang mengalir adalah arus bocor ICB0 (pada umumnya diabaikan), sedangkan pada saat IB ≠ 0 untuk VCE kecil (<< 0,2 V), pembawa muatan di basis tidak efisien dan transistor dikatakan dalam keadaan saturasi dengan IB > IC / hfe . Pada saat VCE diperbesar IC pun naik hingga melewati level tegangan VCE saturasi (0,2 -1 V) hingga transistor bekerja dalam daerah aktif dengan IB = IC / hfe. Pada saat ini kondisi arus IC relatif konstan terhadap variasi tegangan VCE.

Gelombang input dan output transistor

Jenis-jenis transistsor yang digunakan

    1. Fixed Bias

Fixed bias pada transistor BJT adalah metode yang sangat sederhana di mana tegangan basis transistor ditetapkan oleh sumber tegangan eksternal melalui sebuah resistor basis (RB). Konfigurasi dasar rangkaian ini melibatkan tegangan suplai (VCC), resistor kolektor (RC), dan resistor basis yang terhubung ke sumber tegangan bias (VBB). Kelebihan dari metode ini adalah kesederhanaannya, namun kelemahannya adalah stabilitas yang rendah. Fixed bias sangat sensitif terhadap variasi parameter transistor seperti β (gain) dan perubahan suhu, sehingga titik kerja transistor dapat mudah bergeser.

Gambar Rangkaian Fixed Bias

Rumus Untuk Rangkaian Fixed Bias

    2. Self Bias

Self bias meningkatkan stabilitas dengan menambahkan resistor emitor (RE) yang memberikan umpan balik negatif. Dalam konfigurasi self bias, tegangan basis diatur melalui resistor basis (RB) dan tegangan pada emitor yang dikendalikan oleh arus emitor (IE) yang mengalir melalui RE. Ini membantu menstabilkan arus kolektor (IC) karena perubahan dalam arus kolektor akan mempengaruhi tegangan emitor dan, pada gilirannya, menyesuaikan tegangan basis-emitor (VBE). Metode ini menawarkan stabilitas yang lebih baik dibandingkan fixed bias, tetapi masih relatif sederhana.

Gambar Rangkaian Self Bias

Rumus untuk Rangkaian Self Bias

    3. Emitter Bias

Emitter bias menggabungkan pembagi tegangan untuk basis dan resistor emitor untuk mencapai stabilitas yang lebih tinggi. Konfigurasi ini melibatkan dua resistor pembagi tegangan (RB1 dan RB2) yang menetapkan tegangan basis, serta resistor emitor (RE) yang menyediakan umpan balik negatif. Pembagi tegangan memastikan tegangan basis tetap stabil meskipun ada perubahan dalam tegangan suplai atau parameter transistor. Sementara itu, resistor emitor menambah stabilitas termal dengan mengurangi efek perubahan suhu pada arus kolektor. Emitter bias adalah metode yang sangat stabil dan cocok untuk aplikasi yang memerlukan titik kerja yang sangat stabil.

Gambar Rangkaian Emitter Bias

Rumus untuk Rangkaian Emitter Bias

6. OP-AMP

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

 Simbol 

  Konfigurasi pin:

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:

Non Inverting 

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

7. Gerbang OR

Secara umum, gerbang logika OR adalah komponen dasar dalam elektronika dan sistem digital yang beroperasi dengan dasar prinsip aljabar Boolean.  Lebih lanjut, gerbang ini mengambil dua atau lebih input dan menghasilkan satu output. Fungsi utama dari gerbang OR adalah memberikan output bernilai tinggi jika setidaknya satu dari bernilai tinggi. Dengan kata lain, jika salah satu atau lebih dari input-nya ‘true’ atau ‘1’, maka output-nya akan ‘true’ atau ;1’.

Hanya ketika semua input-nya ‘false’ atau ‘0’, output-nya akan ‘true atau ‘1’. Secara keseluruhan, gerbang OR sangat penting dalam pembangunan sirkuit digital. Pasalnya, gerbang ini memungkinkan pelaksanaan fungsi logika dasar yang digunakan dalam berbagai aplikasi komputasi. Hal tersebut meliputi pemrosesan data sederhana hingga operasi yang lebih kompleks dalam sistem komputer dan elektronik.

8. Sevent 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

7-Segment Display adalah komponen penampil angka (0–9) yang tersusun dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) berbentuk huruf “8”. Setiap LED disebut segmen, diberi nama a, b, c, d, e, f, g, dan dapat dinyalakan secara kombinasi untuk menampilkan angka tertentu.

Pada 7-segment Common Cathode, setiap LED menyala jika:

• Katoda dihubungkan ke GND (0V)
• Anoda segmen diberi logika HIGH (+5V)

Misalnya, untuk menyalakan segmen “a”, cukup beri logika 1 ke pin “a”.

Counter digital (IC 4026, 74LS90 + 74LS47)

Display penghitung langkah atau waktu

  Sistem kontrol penyiram tanaman otomatis (seperti milikmu)

→ IC 4026 menghitung jumlah penyiraman dan menampilkannya pada 7-segment Common Cathode

4. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

1. Rangkailah alat seperti pada rangkaian di Proteus. 

b) Hardware [Kembali]

c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Prinsip Kerja : 

• Sensor Touch 

Prinsip Kerja Sensor Touch (Pemberi Pakan) 

Sensor touch digunakan sebagai input manual untuk memberi pakan ikan. Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan kapasitansi saat disentuh oleh jari pengguna. Ketika sensor disentuh, terjadi perubahan sinyal logika pada keluaran sensor dari kondisi LOW menjadi HIGH. Sinyal keluaran ini kemudian diproses oleh rangkaian logika/digital (misalnya IC logika dan driver tampilan) untuk mengaktifkan aktuator pemberi pakan, seperti motor atau mekanisme mekanis tertentu. Dengan demikian, pemberian pakan dapat dilakukan secara sederhana dan cepat hanya dengan sentuhan, tanpa harus menyentuh pakan

 

• Sensor water level

Sensor water level berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air di dalam akuarium. Sensor ini bekerja berdasarkan konduktivitas air, di mana semakin tinggi permukaan air yang menyentuh jalur sensor, semakin besar sinyal listrik yang dihasilkan. Sinyal dari sensor water level kemudian diolah oleh rangkaian penguat atau komparator (op-amp) untuk dibandingkan dengan tegangan referensi tertentu. Jika ketinggian air berada di bawah batas minimum (air rendah), keluaran rangkaian akan berubah ke kondisi aktif sehingga menghidupkan pompa air melalui transistor atau relay. Sebaliknya, ketika air telah mencapai batas maksimum (air tinggi), keluaran rangkaian akan berubah ke kondisi nonaktif sehingga pompa air dimatikan secara otomatis.

 

 

d) Flowchart [Kembali]

e) Video Demo [Kembali]

f) Download File [Kembali]

Download File Rangkaian                     klik disini

Download Datasheet Motor DC            klik disini

Download Datasheet 7 Segment          klik disini

Download Datasheet Gerbang OR       klik disini 

Download Datasheet Resistor              klik disini

Download Datasheet LDR Sensor       klik disini

Download Datasheet Flame Sensor    klik disini