KURSI RODA OTOMATIS DENGAN KONTROL JARI

DAFTAR ISI

1. Tujuan
2. Alat dan Bahan
2.1 Alat
2.2 Bahan
3. Dasar Teori
4. Percobaan
4.1 Prosedur Percobaan
4.2 Rangkaian Simulasi
4.3 Video
4.4 Download File

1. Tujuan
1. Mendesain rangkaian Kursi roda otomatis
2. Menjelaskan cara kerja rangkaian Kursi roda otomatis 
3. Melakukan simulasi rangkaian Kursi roda otomatis

2. Alat dan Bahan
2.1 Alat 
1. Power Supply DC
Berfungsi untuk mensuplai tegangan DC pada rangkaian.

2. Voltmeter
Berfungsi untuk mengukur tegangan pada rangkaian.

3. Amperemeter
Berfungsi untuk mengukur arus pada rangkaian.

2.2 Bahan 
1. Resistor dan potensiometer

*Resistor 1k Ohm
Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian.
Potensiometer merupakan jenis Variable Resistor yang nilai resistansinya dapat berubah-ubah dengan cara memutar porosnya melalui sebuah tuas.

Fitur Potensiometer:
1. Rating daya 0.3W
2. Tegangan input maksimal 200V DC
3. Kemampuan putaran 2 juta kali

Datasheet Resistor

ctt: SFR16S(biru muda); SFR25(hijau muda); SFR25H(merah kecoklatan).


Datasheet Potensiometer

2. Kapasitor

Konfigurasi pin:
Kapasitor atau disebut juga dengan kondensator adalah komponen pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansi Farad (F). Para rangkaian ini kapasitor berperan untuk menstabilkan tegangan input dan output dari regulator tegangan 7805.

Datasheet Kapasitor



3. Transistor NPN (BC548/BC547)
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian water level sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Fitur:
1. DC Current gain(hfe) maksimal 800
2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V
4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Datasheet Transistor BC548 dan BC547

4. Op-Amp LM358
LM358 terdiri dari dua op-amp independen dengan kompensasi frekuensi tinggi. Perangkat ini memiliki drain arus power supply yang rendah. Pada rangkaian ini akan digunakan sebagai komparator.

Fitur:
1. Frekuensi dikompensasi internal untuk unity gain.
2. Penguatan DC yang tinggi: 100dB.
3. Supply 1.5V ~ 16V.
4. Supply arus 700uA.
5. Cocok untuk dioperasikan dengan baterai.
6. Tegangan dan arus Offset input rendah.
7. Kisaran tegangan input diferensial sama dengan tegangan catu daya.

Konfigurasi Pin LM358

Pin Number Pin Name Description
1 & 7 OUT1 & OUT2 Output Op Amp 1 dan 2
2 & 6 IN1(+) & IN2(+) Input Non-Inverting 1 dan 2
3 & 5 IN1(-) & IN2(-) Input Inverting 1 dan 2
4 GND Ground
8 VCC Input tegangan VCC

Datasheet Op-Amp LM358


5. Switch dan Button
Berfungsi sebagai pemutus arus pada rangkaian.

6. Relay
Berfungsi sebagai switch yang bekerja jika kumparan dialiri arus.

Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit

Datasheet Relay



7. LED
Berfungsi untuk lampu indikator ketinggian air pada rangkaian.

Datasheet LED

8. Motor DC

Digunakan sebagai motor yang menggerakkan solar cell untuk mencari cahaya matahari. Motor DC normal hanya memiliki dua terminal. Karena terminal ini dihubungkan bersama hanya melalui kumparan, mereka tidak memiliki polaritas. Membalikkan koneksi hanya akan membalikkan arah motor.
Fitur:

            9. Sensor GP2D12


 

Sensor GP2D12 adalah sensor jarak analog yang menggunakan infrared untuk mendeteksi jarak antara 10 cm sampai 80 cm. GP2D12 mengeluarkan output voltase non linear dalam hubungannya dalam jarak objek dari sensor dan menggunakan interface analog to digital converter (ADC)

 

Konfigurasi pin sensor


 

Data Sheet sensor

 

            10. Flex Sensor


 Flex Sensor adalah sensor yang memiliki perubahan resistansi akibat adanya perubahan lekukan pada bagian sensor. Sensor ini memiliki output berupa resistansi. Sensor ini membutuhkan tegangan sebesar +5V agar bisa bekerja. Output resistansi ini akan diberikan tegangan yang nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler.


 


3. Dasar Teori
1. Resistor
Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.



Cara membaca nilai resistor
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.
Contoh pada resistor di atas nilai resistansi resistor adalah 134 Ohm.

Resistor Seri            Resistor Paralel
    

2. Kapasitor
Kapasitor atau disebut juga dengan kondensator adalah komponen pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansi Farad (F). Satuan Farad bernilai sangat besar sehingga umumnya digunakan dalam satuan microFarad, nanoFarad, dan pikoFarad. Kapasitor terdiri dari 2 pelat konduktor yang dipisah oleh isolator di antara pelat. Kapasitor dapat dibagi 2, yaitu kapasitor nilai tetap (fixed capacitor) dan kapasitor variabel (variable capacitor):


Secara umum kapasitor memiliki fungsi sebagai berikut:
1. Penyimpan muatan listrik sementara.
2. Filter dalam rangkaian power supply.
3. Kopling.
4. Penggeser fasa, dll.

Cara membaca nilai kapasitor
Contoh pembacaan nilai kapasitor keramik (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi (J : 5%) = ± 95nF sampai 105nF
Cara menghitung nilai kapasitor :
1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

Rumus Kapasitansi Kapasitor
C = Q×V

Kapasitor Seri                Kapasitor Paralel
  

3. Op-Amp LM358
Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
2. Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
3. Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
4. Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
5. Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
6. Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Rangkaian dasar Op Amp


*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt

Komparator Op Amp
Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan (V non-inverting dan V inverting) dan mengubah outputnya berdasarkan tegangan sumber.

*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt

Hubungan input-output:

*V1 adalah tegangan input non-inverting; V2 adalah tegangan input non-inverting; Vs adalah tegangan sumber (+Vs/-Vs)

Dari gambar dapat dilihat bahwa op amp digunakan untuk membandingkan Vin terhadap tegangan referensi 2.5V, serta pada op amp dihubungkan sumber tegangan +12V dan -12V. Grafik menunjukkan bahwa jika tegangan Vin lebih besar dari 2.5V maka Vout adalah -12V, sebaliknya jika tegangan Vin lebih kecil dari 2.5V maka Vout adalah +12V.

4. LED
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.


Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Tegangan Maju LED


5. Transistor NPN (BC548 dan BC547)
Transistor PNP

Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

Transistor NPN

Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.

Transistor sebagai saklar
Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;
Rb = Vbe / Ib

Transistor sebagai penguat
Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.
DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)


6. 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.


Terdapat besi atau yang disebut dengan nama iron core dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga ketika kumparan coil diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik armature untuk pindah posisi dari normally close ke normally open. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru normally open yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normally close.

Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit

7. Motor DC
Untuk membuatnya berputar hubungkan saja sisi positif (+) baterai ke satu terminal dan tanda Negatif (-) baterai ke ujung lainnya dan motor akan berputar. Jika ingin membalik kecepatan motor cukup tukar terminal dan arahnya juga akan dibalik. Untuk mengontrol kecepatan motor variasikan tegangan yang disuplai ke Motor, cara termudah untuk melakukannya adalah menggunakan Potensiometer.
Cara kerja motor DC


8. Sensor GP2D12 
Sensor GP2D12 adalah sensor jarak analog yang menggunakan infrared untuk mendeteksi jarak antara 10 cm sampai 80 cm. GP2D12 mengeluarkan output voltase non linear dalam hubungannya dalam jarak objek dari sensor dan menggunakan interface analog to digital converter (ADC)


 

Spesifikasi Teknis:

 

.a. Range 10 – 80 cm

 b. Update frequency/ period 25 Hz / 40ms

 c. power supply voltage 4.5 – 5.5 V

 d. Noise on analog output < 200mV

 e. Mean consumtion 35 mA 
 

 

Kelemahan:

 

a.    Respon 40ms

b.    Error bila jarak <10cm dan pada cermin

c.    Hanya dapat mengukur <80 cm

Kelebiahan:

 

a.    Dapat mengukur jarak pada bidang miring

b.    Sudut pengukuran sempit

c.    Sangat direktif

 

Berikut hubungan anatara jarak dan deteksi objek terhadap output analog sensor

9. Flex Sensor 

Sensor flex adalah sensor yang memiliki perubahan resistansi akibat adanya perubahanlekukanpadabagiansensor, untuk mendeteksi suatu kelengkungan. Prinsip kerjanya sama seperti potensimeter. Sensor flex memiliki 2 kaki pin, dengan bentuk fisik tipis memanjang dan lentur. Sensor ini memiliki output berupa resistansi. Dua pin kaki tersebut, jika salah satu pin diberikan tegangan sebesar +5 V maka pin yang lainnya sebagai output serta tegangan 0 Volt. Prinsip kerja sensor flex ini mirip dengan variabel resistor. Sensor flex memberikan resistansi kepada mikrokontroler melalui rangkaian pembagi tegangan. Output resistansi ini akan diberikan tegangan yang nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler mengkonversi data menggunakan ADC (analog to digital converter), dimana data masukkannya didapat dari tegangan yang sudah terkena resistansi.

 Hambatan sensor fleksibel ini berubah ketika bantalan logam berada diluar tekukan.Spesifikasi:

  • Cakupan suhu : -35℃ sampai +80℃
  • Hambatan datar : 10K Ohm
  • Toleransi hambatan : ±30%
  • Cakupan hambatan tekukan : 60K Ohm
  • Nilai power : 0,5 Watt dst. 1 Watt sampai batas maksimal
  • Resistansi flat 10Kohm ± 30%
  • Rentang lengkungan kontur antara 45 KOhm – 125 Kohm

 



4. Percobaan  
4.1 Prosedur Percobaan 
Prosedur
1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar.
2. Hubungkan sumber ke vcc pada rangkaian.
3. Hubungkan voltmeter dan ampremeter untuk pengukuran pada rangkaian.
4. Mulai simulasi rangkaian dan aktifkan sensor secara bergantian.

4.2 Rangkaian Simulasi 
RANGKAIAN



PRINSIP KERJA RANGKAIAN
  • Kontrol Kursi Maju (jari tengah)
Ketika Sensor dilekukkan, maka sensor akan berlogika 1. Sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5V, selanjutnya ke resistor 10k ohm, dan output tegangan menjadi 0,78V. Selanjutnya ke kaki basis transistor, karena tegangan pada kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju ke emitor dan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka relaya akan aktif, dan switch relay akan bergerak ke kiri, sehingga motor dan led mendapatkan supply tegangan dari power supplay 12V, dan motor akan berputar kekanan (menandakan kursi roda maju) dan led hijau akan menyala.
 
  • Kontrol Kursi Mundur (jari manis)
Ketika Sensor dilekukkan, maka sensor akan berlogika 1. Sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5V, selanjutnya ke resistor 10k ohm, dan output tegangan menjadi 0,78V. Selanjutnya ke kaki basis transistor, karena tegangan pada kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju ke emitor dan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka relaya akan aktif, dan switch relay akan bergerak ke kiri, sehingga motor dan led mendapatkan supply tegangan dari power supplay 12V, dan motor akan berputar kekiri (menandakan kursi roda mundur) dan led merah akan menyala.
 
  • Kontrol Kursi Ke Kiri (jari telunjuk)
Ketika Sensor dilekukkan, maka sensor akan berlogika 1. Sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5V, selanjutnya ke resistor 10k ohm, dan output tegangan menjadi 0,78V. Selanjutnya ke kaki basis transistor, karena tegangan pada kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju ke emitor dan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka relaya akan aktif, dan switch relay akan bergerak ke kanan, sehingga motor dan led mendapatkan supply tegangan dari power supplay 12V, dan motor akan berputar kekiri (menandakan kursi roda bergerak kekiri) dan led biru akan menyala.
 
  • Kontrol Kursi Ke Kanan (jari kelingking)
Ketika Sensor dilekukkan, maka sensor akan berlogika 1. Sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5V, selanjutnya ke resistor 10k ohm, dan output tegangan menjadi 0,78V. Selanjutnya ke kaki basis transistor, karena tegangan pada kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju ke emitor dan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka relaya akan aktif, dan switch relay akan bergerak ke kanan, sehingga motor dan led mendapatkan supply tegangan dari power supplay 12V, dan motor akan berputar kekanan (menandakan kursi bergeak kekanan) dan led kuning akan menyala. 
 
  • Kontrol Kursi Untuk Berhenti
Ketika Sensor dilekukkan, maka sensor akan berlogika 1. Sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5V, selanjutnya ke resistor 10k ohm, dan output tegangan menjadi 0,78V. Selanjutnya ke kaki basis transistor, karena tegangan pada kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju ke emitor dan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka relay akan aktif, dan switch relay akan bergerak ke kanan, sehingga rangkaian power supply 12V akan terputus sehingga akan motor pada penggerak tidak bisa bergerak.

  • Rangkaian sensor jarak
Jika sensor jarak mendeteksi jarak sepanjang 30cm keatas, maka sensor akan mengeluarkan tegangan <= 0,94V. Terus menuju rangkaian komparator non inverting dengan tegangan referensi adalah sebesar 0,95V. Karena Vreff > Vin, maka output adalah -Vsat yaitu sebesar -9.01V. Dan terus menuju ke transistor, karena tengangan di kaki basis lebih kecil dari 0,7V, maka transistor tidak aktif, sehingga tidak ada arus yang mengalir di relay, dan switch relay tetap di kiri dimana akan menghubungkan rangkaian power supply 12V. 
Jika sensor jarak mendeteksi jarak sepanjang 29 cm, maka sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 0,96V. Terus menuju rangkaian komparator non inverting dengan tegangan referensi adalah sebesar 0,95V. Karena Vreff < Vin, maka output adalah +Vsat yaitu sebesar 7,90V. Dan terus menuju ke transistor, karena tengangan di kaki basis lebih besar dari 0,7V, maka transistor akan aktif, sehingga adanya arus yang mengalir dari power supply 9V di collector terus menuju emitor dan berakhir di ground. Karena adanya arus yang mengalir di relay maka switch relay akan bergerak ke kanan dimana akan memutuskan rangkaian power supply 12V sehingga akan motor pada penggerak tidak bisa bergerak.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)