SAKLAR LAMPU RUANGAN OTOMATIS DENGAN GERBANG DIGITAL DAN RANGKAIAN KOMPARATOR

(1)

SAKLAR LAMPU RUANGAN OTOMATIS

DENGAN GERBANG DIGITAL DAN RANGKAIAN

KOMPARATOR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh :

MERARINTA GINTING NIM : 015114054

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

SAKLAR LAMPU RUANGAN OTOMATIS

DENGAN GERBANG DIGITAL DAN RANGKAIAN

KOMPARATOR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh :

MERARINTA GINTING NIM : 015114054

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(3)

AUTOMATIC ROOM LIGHT SWITCH

USING DIGITAL GATE AND COMPARATOR CIRCUIT

FINAL PROJECT

Submitted for the Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Electrical Engineering of Electrical

Engineering Program Study

By :

MERARINTA GINTING 015114054

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF ENGINEERING

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(4)

(5)

(6)

Lembar pernyataan keaslian karya

” Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis

ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah

disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya

ilmiah ”

Yogyakarta, Februari 2007

(7)

Motto

“ Oleh karena engkau berharga di mataKu dan mulia,

dan Aku ini mengasihi engkau “

(8)

INTISARI

Alat yang dibuat oleh penulis sebagai tema tugas akhir adalah saklar lampu ruangan yang bekerja secara otomatis berdasarkan ada tidaknya orang di dalam ruangan dan intensitas cahaya di luar ruangan. Ketika tidak ada orang di dalam ruangan maka lampu secara otomatis akan mati dan ketika ada orang di dalam ruangan maka lampu akan menyala dengan jumlah lampu yang menyala berdasarkan intensitas cahaya di luar ruangan. Jumlah orang yang ada di dalam ruangan dibatasi sampai 99 orang.

Alat ini terdiri atas satu sensor LDR yang dipasang pada pintu masuk, satu sensor LDR yang dipasang pada pintu keluar dan satu sensor LDR di luar ruangan. Jumlah orang di dalam ruangan akan ditunjukkan oleh seven segment. Pencacah yang digunakan adalah IC 74LS192. Rangkaian komparator digunakan sebagai pembanding tegangan pada rangkaian sensor pintu dan rangkaian sensor di luar ruangan.

(9)

ABSTRACT

As a final projects theme, the writer chooses the room lamp switch that works automatically based on the number of people in the room and light intensity outside the room. When no people are in the room, lamp will automatically turn off and when people are in the room, lamp will turn on. The number of lamps that turn on is based on the light intensity outside the room. The number of people in the room are limited for 99 people. This device consists of one LDR censor installed on entrance, one LDR sensor installed on exit, and one LDR sensor installed outside the room. Seven segments will display the number of people inside the room. IC74LS192 was used as a counter. Comparator circuit was used for comparing voltage to the door sensor and the sensor outside the room.

(10)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan

kesempatan yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada

kesempatan ini tidak lupa penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya

kepada berbagai pihak yang telah turut berperan, baik secara langsung ataupun tidak

langsung dalam penyelesaian skripsi ini, antara lain :

1. My Saviour Jesus Christ selaku sponsor terbesar dalam hidupku, Allah Bapa atas

kesempatan, kasih dan peneriman-Mu dan Roh Kudus yang selalu mengingatkanku

bahwa saya tidak sendiri di dunia ini.

2. Bapak dan Ibu tercinta selalu mendukung, menasehati, menyemangati dan memberikan

banyak hal untuk kuliahku hingga akhir.

3. My younger brother atas bantuannya dalam penulisan tugas akhir ini.

4. Ibu Ir. Th, Prima Ari Setiyani, M.T. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak

memberikan kesabaran dan bimbingan dari awal hingga selesainya tugas akhir ini.

5. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing II yang banyak memberikan

nasehat untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Bapak Martanto, S.T., M.T., Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T. dan Ibu Wiwien

Widyastuti, S.T., M.T. selaku dosen penguji dalam ujian kolokium.

7. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T, M.T. dan Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T. selaku

dosen penguji dalam ujian tugas akhir.

8. Bapak A. Bayu Primawan, M.Eng, selaku kepala juruan Teknik Elektro dan Ibu Ir. Th.

(11)

9. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Elektro.

10.Seluruh Karyawan dan semua laboran Fakultas Teknik USD.

11.Seluruh teman-teman Jurusan Teknik Elektro atas kebersamaan dan bantuan selama

ini.

12.Semua pihak yang telah membantu, yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh Karena itu

(12)

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ... ii

LEMBAR PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN OLEH PENGUJI ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

MOTTO HIDUP ... vi

INTISARI ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 2

1.3. Manfaat ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

(13)

BAB II. DASAR TEORI ... 4

2.1. Gerbang Digital Dasar ... 5

2.2. Komparator ... 7

2.3. Schmitt Trigger Circuit ... 8

2.4. Pencacah naik-turun IC74192... 10

2.5. Decoder Binary Code Decimal ke Seven Segment ... 12

2.6. Penampil Sevent Segment ... 15

2.7. Relay ... 16

2.8. LDR ... 16

2.9. Transistor Sebagai Saklar ... 17

2.10. Penyearah Tegangan Dengan Jembatan Dioda... 19

2.11. Regulasi Dengan Regulator IC78XX ... 24

2.12. Rangkaian Pembagi Tegangan... 25

BAB III. PERANCANGAN ... 27

3.1. Diagram Blok Sistem ... 27

3.2. Rangkaian Catu Daya ... 29

3.3. Rangkaian Sensor Pintu Masuk dan Pintu Keluar ... 35

3.4. Rangkaian Pencacah Digital ... 38

3.5. Rangkaian Penggerak dan Penampil Seven Segment ... 40

3.6. Rangkaian Pengendali Digital ... 40

(14)

BAB IV. HASIL PENGAMATAN ... 50

4.1. Pengamatan Cara Kerja Alat ... 50

4.2. Pengamatan Untuk Sensor Pintu ... 53

4.2.1. Pengamatan Pengaruh Tinggi Badan ... 53

4.2.2. Pengamatan Pengaruh Lambaian Tangan Dengan Tinggi Badan 170 cm ... 57

4.3. Pengamatan Terhadap Rangkaian... 60

4.3.1. Pengamatan Terhadap Rangkaian Sensor Pintu Masuk Dan Pintu Keluar ………..………. 60

4.4.2. Pengamatan Rangkaian Sensor Cahaya Di luar Ruangan ... 63

BAB V. KESIMPULAN ... 65

5.1. Kesimpulan ... 65

DAFTAR PUSTAKA ... 66

(15)

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Simbol Gerbang Digital ……….………...……….. 6

Gambar 2.2 Op-Amp sebagai Komparator ……….………...…. 7

Gambar 2.3 Schmitt Trigger yang digunakan untuk pembentukan sinyal digital ………… 8

Gambar 2.4 Simbol logika untuk IC 7414 ……….... 9

Gambar 2.5 IC 74LS192 ………. 10

Gambar 2.6 Diagram Waktu IC 74LS192 ……… 11

Gambar 2.7 Dekoder 74LS47 ……….……….. 13

Gambar 2.8 Tampilan Seven Segment Untuk Tiap Segment ……… 13

Gambar 2.9 Seven Segment Common Anode ……… 15

Gambar 2.10 Rangkaian Penggerak LED ……….……… 15

Gambar 2.11 Relay ………...… 16

Gambar 2.12 Simbol LDR ……… 17

Gambar 2.13 Rangkaian Transistor ………...…….. 17

Gambar 2.14 Kurva Garis Beban Transistor ……… 18

Gambar 2.15 Jembatan Dioda ……….. 19

Gambar 2.16 (a) tegangan pada titik a, (b) tegangan output setengah putaran positif, (c) tegangan output setengah putaran negatif (d) tegangan output, (e) tegangan output tanpa beban saat diberi kapasitor ………... 20

Gambar 2.17 Penyearah tegangan dengan jembatan dioda dan perata kapasitor ….…… 21

(16)

Gambar 2.19 Grafik perkiraan tegangan beban berdasarkan perbandingan arus ………. 22

Gambar 2.20 IC 78xx ……… 24

Gambar 2.21 Rangkaian Pembagi Tegangan Untuk Dua Resistor Seri ……… 25

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Alat ………...……….. 28

Gambar 3.2 Denah Ruangan dilihat dari atas ……….……….. 28

Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya ……….…... 29

Gambar 3.4 Denah Pemasangan Sensor Untuk Pintu dan Posisi Seven Segment …...… 36

Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Pintu Masuk atau Keluar ………...…. 36

Gambar 3.6 Rangkaian Pencacah Digital ……….…...…. 39

Gambar 3.7 Dekoder dan Penampil Seven Segment ………....……. 40

Gambar 3.8 Rangkaian Pengendali Digital ……….……… 41

Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Cahaya Di luar Ruangan ……..………….…….……….. 47

Gambar 3.10 Rangkaian Lampu …………...……… 49

Gambar 4.1 Gelombang Output dan Input untuk IC 7414 ………..………….……….… 61

Gambar 4.2 Tegangan output IC LM 358 pada saat mengaktifkan relay ……...…… 62

Gambar 4.3 Tegangan output IC LM358 pada saat pemutusan relay ………....…. 62

Gambar 4.4 Proses Terjadinya Bouncing ……….………. 63

(17)

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2-1 Tabel Kebenaran Gerbang Dasar Digital ... 7

Tabel 2-2 Tabel Kebenaran Dekoder 74LS47 ... 14

Tabel 3-1 Penelitian Awal Nilai Hambatan LDR 2 Terhadap Intensitas Cahaya ... 44

Tabel 4-1 Hasil pengamatan cara kerja alat pada orang dengan tinggi badan 170 cm dan tanpa melambai …..………...…....….. 50

Tabel 4-2 Hasil pengamatan pengaruh tinggi badan 109 cm ………... 54

Tabel 4-3 Hasil pengamatan pengaruh tinggi badan 110 cm ………....…….. 55

Tabel 4-4 Hasil pengamatan pengaruh tinggi badan 111 cm ……….. 56

Tabel 4-5 Hasil pengamatan tanpa lambaian tangan dengan tinggi badan 170 cm ……. 57

Tabel 4-6 Hasil pengamatan satu lambaian tangan dengan tinggi badan 170 cm ……… 58

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini otomasi sangat diperlukan untuk mempermudah kegiatan manusia. Adanya

kemajuan teknologi menghasilkan komponen – komponen elektronis yang bervariasi sehingga

otomasi secara elektronis semakin mudah dibuat. Salah satu hal yang sering dijumpai adalah

pensaklaran secara otomatis untuk menggantikan pensaklaran secara manual. Dengan adanya

pensaklaran otomatis, kita tidak perlu menghidupkan atau mematikan lampu secara manual.

Apalagi kadang – kadang orang lupa untuk mematikan lampu ketika keluar dari ruangan

sehingga menyebabkan pemborosan energi listrik.

Sebuah counter (pencacah) digital yang diletakkan di pintu menjadi indikator untuk

mengetahui ada tidaknya orang yang ada di dalam suatu ruangan. Jika tidak ada orang di dalam

ruangan, maka lampu secara otomatis akan padam dan saat ada orang di dalam ruangan, maka

lampu secara otomatis akan menyala. Selain itu intensitas cahaya ruangan dengan banyaknya

jendela dipengaruhi oleh cahaya dari luar ruangan. Sensor LDR dapat dimanfaatkan untuk

mengetahui intensitas cahaya diluar ruangan sehingga jumlah lampu yang menyala dalam

sebuah ruangan dapat diatur agar sebuah ruangan dapat mempunyai intensitas cahaya yang

tetap. Dengan demikian energi listrik yang digunakan dapat dihemat.

Penghematan energi listrik dilakukan dengan menghidupkan lampu seperlunya seiring

dengan perubahan waktu dan cuaca, apalagi jika ruangan tersebut merupakan fasilitas umum.

Sebagai contoh adalah museum dan ruang pengambilan bagasi di bandara. Dengan latar

(19)

mempermudah pensaklaran lampu dan penghematan energi listrik yaitu saklar lampu ruangan

otomatis dengan gerbang digital dan rangkaian komparator.

1.2 Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk membuat saklar lampu ruangan otomatis

dengan gerbang digital dan rangkaian komparator.

1.3 Manfaat

Manfaat dari alat yang dibuat adalah mempermudah kegiatan manusia dan efisiensi energi

terutama dalam hal penggunaan lampu.

1.4 Batasan Masalah

Dalam perancangan penulisan Saklar Lampu Ruangan Otomatis Dengan Gerbang Digital

Dan Rangkaian Komparator ini akan dibatasi pembuatannya , yaitu:

a. Alat ini dapat mencacah banyaknya orang di dalam ruangan, sehingga jika tidak

ada orang, maka lampu akan padam dan jika ada orang, maka lampu akan

menyala.

b. Jumlah lampu yang menyala akan disesuaikan dengan intensitas cahaya di luar

ruangan.

c. Cacahan maksimal 99 orang yang akan ditampilkan dengan seven segment.

d. Sensor yang dipasang adalah satu sensor pada pintu masuk, satu sensor pada

pintu keluar dan satu sensor di luar ruangan

(20)

1.5 Sistematika Penulisan

A. BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang sub bab latar belakang masalah, tujuan akhir penulisan tugas akhir,

manfaat dari alat yang dibuat, batasan masalah dan sistematika penulisan tugas akhir.

B. BAB II DASAR TEORI

Berisi tentang dasar teori komponen dan rangkaian elektronis yang digunakan untuk

menyusun pembuatan alat.

C. BAB III PERANCANGAN ALAT

Berisi perhitungan matematis dan gambar-gambar rangkaian tiap diagram blok dalam

perancangan alat.

D. BAB IV HASIL PENGAMATAN

Berisi hasil pengamatan data dan cara kerja alat yang telah dibuat.

E. BAB V KESIMPULAN

(21)

BAB II DASAR TEORI

Tugas akhir ini akan membuat saklar ruangan otomatis dengan rangkaian digital dan

rangkaian komparator yang memiliki cara kerja sebagai berikut. Sensor LDR dipasang untuk

pintu masuk, pintu keluar dan di luar ruangan masing – masing sebanyak satu sensor. Keluaran

dari rangkaian sensor di pintu akan diteruskan ke pencacah. Pencacah akan mencacah jumlah

orang yang masuk atau keluar ruangan. Hasil cacahan akan ditunjukkan pada penampil seven

segment. Jika semua orang keluar ruangan, maka pencacah pada posisi nol dan lampu akan

padam, baik di luar ruangan dalam keadaan gelap maupun terang. Sensor LDR yang berada di

luar ruangan berguna untuk mendeteksi cahaya matahari. Jika jumlah cacahan tidak sama

dengan nol, maka relay akan diaktifkan untuk menyalakan lampu seperlunya sesuai masukan

dari sensor LDR yang berada di luar ruangan.

Dari uraian tersebut komponen penyusun alat ini adalah :

a. pencacah yang berfungsi mengetahui ada tidaknya orang di dalam ruangan dengan

mencacah orang yang masuk dan keluar

b. komparator sebagai pembanding dua level tegangan

c. gerbang dasar digital sebagai dasar perancangan rangkaian pengendali digital

d. dekoder BCD sebagai pengubah hasil cacahan ke penampil seven segment

e. seven segment sebagai penampil hasil cacahan dalam satuan dan puluhan dalam

bentuk angka desimal dari 0 sampai dengan 9

f. LDR sebagai sensor orang yang lewat melalui pintu dan sensor intensitas cahaya di

(22)

g. relay sebagai piranti untuk mematikan atau menyalakan lampu AC dan

pensaklaran catu daya DC pada rangkaian sensor LDR di luar ruangan

h. transistor sebagai saklar digunakan untuk mengaktifkan atau mematikan relay

dengan mengatur besarnya tegangan dan arus pada relay hanya pada kondisi

saturasi atau cutoff

i. jembatan dioda berfungsi sebagai penyearah tegangan AC menjadi DC

j. IC Regulator 78xx sebagai regulasi tegangan yaitu mengubah tegangan dari output

jembatan dioda menjadi level tegangan yang sesuai dengan level tegangan yang

dibutuhkan pada alat yang akan dibuat.

2.1 Gerbang Dasar Digital

Pada rangkaian digital dikenal tujuh macam gerbang dasar yaitu NOT, OR, AND, XOR,

NOR, NAND dan XNOR. Simbol dan pernyataan Boolean dari tujuh gerbang dasar tersebut

(23)

C B

OR2

A

D B

A

AND2

C = A + B D = A + B (a) (b)

A

E

NOR2

B

NAND2 B

F A

E = A + B F = A . B (c) (d)

XOR2

B

G A

XNOR2 B

H A

G = A B H = A B (e) (f)

INV

A I

I = A (g)

Gambar 2.1 Simbol Gerbang Digital

(a) Gerbang OR, (b) Gerbang AND, (c) Gerbang NOR (NOT OR),

(d) Gerbang NAND (NOT AND), (e) Gerbang XOR (Eksklusif OR),

(f) Gerbang XNOR (Eksklusif NOR), (g) Gerbang NOT

(24)

Tabel Kebenaraan dari masing- masing gerbang digital pada Gambar 2.1 ditunjukkan pada Tabel

2-1.

Tabel 2-1 Tabel Kebenaran Gerbang Dasar Digital

KELUARAN MASUKAN

Gerbang OR

Gerbang AND

Gerbang NOR

Gerbang NAND

Gerbang XOR

Gerbang XNOR

Gerbang NOT

A B C D E F G H I

0 0 0 0 1 1 0 1 1

0 1 1 0 0 1 1 0 1

1 0 1 0 0 1 1 0 0

1 1 1 1 0 0 0 1 0

Keterangan :

0 = logika rendah

1 = logika tinggi

2.2 Komparator

Komparator adalah sebuah rangkaian yang mengunakan Op-Amp untuk

membandingkan dua buah tegangan dan menghasilkan output yang memberikan indikasi

hubungan antara dua buah tegangan yang dibandingkan. Rangkaian komparator ditunjukkan

pada Gambar 2.2.

Vout

+

-3

2

1

4

1

VA

V+

VB

(25)

Keluaran komparator pada Gambar 2.2 memiliki ketentuan sebagai berikut :

a. Jika tegangan pada input non-inverting (VA) lebih besar dari tegangan pada input

inverting (VB), maka output komparator akan bernilai sebesar tegangan sumber (+V)

Op-Amp dikurangi satu.

Vout = (+V) - 1 ….………..……….. (2.1)

b. Jika tegangan pada input non-inverting (VA) lebih kecil dari tegangan pada input

inverting (VB), maka output komparator akan bernilai 0 Volt.

Vout = 0 Volt ……….. (2.2)

2.3 Schmitt Trigger Circuit

Rangkaian digital dapat bekerja dengan baik, bila diberi input berupa bentuk

gelombang dengan waktu naik turun yang cepat. Bentuk gelombang output pada Gambar 2.3

merupakan contoh sinyal digital yang baik. Sisi-sisi L(Low) ke H(High) dan H(High) ke L(Low)

pada gelombang persegi ini, digambarkan vertikal. Ini berarti, waktu naik turunnya sangat cepat

(t 0).

input (V)

1,7

0,9

t

output (V)

5 H H L L

0 t

(26)

Bentuk gelombang input pada Gambar 2.3 menunjukkan waktu naik turun yang sangat

lambat. Bentuk gelombang ini dapat mengakibatkan nilai yang tidak jelas antara logika tinggi

atau logika rendah, apabila dialirkan langsung ke gerbang atau rangkaian digital lainnya. Dalam

contoh ini, Schmitt Trigger Inverter digunakan untuk membuat sinyal input menjadi gelombang

kotak. Schmitt Trigger Inverter sangat banyak digunakan dalam pengkondisian sinyal, misal IC

7414.

Profil tegangan untuk IC inverter TTL Schmitt Trigger Inverter 7414, terlihat dalam

Gambar 2.4. Gambar 2.4 menunjukkan bahwa bila tegangan input mulai naik dari 0V sampai

dengan 1,7V, tegangan output akan bernilai logika tinggi. Jika tegangan input naik dari 1,7V

sampai dengan 5V dan turun dari 5V sampai dengan 0,9V, maka tegangan output bernilai logika

rendah. Demikian juga saat tegangan input turun dari 0,9V sampai dengan 0V, tegangan input

bernilai logika tinggi. Perbedaan antara kedua ambang alih ini (1,7V dan 0,9V) disebut

histerisis. Histerisis dapat membantu Schmitt Trigger untuk mempertegas peralihan dari

bentukan gelombang yang waktu naik turunnya lambat. Diagram voltase keluaran menunjukkan

bahwa tegangan output untuk logika tinggi bisa berada pada nilai 2,2V sampai dengan 5V dan

logika rendah bisa berada pada nilai 0V sampai dengan 0,5V.

(27)

2.4 Pencacah naik-turun IC 74192

IC 74192 dinyatakan oleh pabrik sebagai pencacah naik-turun sinkron TTL. Simbol

blok dari pencacah naik-turun IC74192 diperlihatkan pada Gambar 2.5.

B D 2S 74LS192 15 1 10 9 5 4 11 14 3 2 6 7 12 13 A B C D UP DN LOAD CLR QA QB QC QD CO BO DATA-MUATAN CACAH-BAWAH PINJAM BAWA CLEAR 1S (LSB) C CACAH-ATAS 4S 8S (MSB) A

Gambar 2.5 IC 74LS192

Cara kerja dari IC 74LS192 adalah sebagai berikut:

Jika input dari CACAH-ATAS diberi tegangan logika TTL rendah ke tinggi (pinggiran positif),

maka IC 74LS192 akan mencacah ke atas dari 0000 ke 1001 (0 sampai 9 dalam desimal). Jika

input detak CACAH-BAWAH diberi tegangan logika TTL rendah ke tinggi (pinggiran positif),

maka IC 74LS192 akan mencacah ke bawah dari 1001 ke 0000 (9 ke 0 dalam desimal).

Penghapusan input tak sinkron (CLEAR) ke pencacah 74LS192 diaktifkan oleh TINGGI (5

Volt). Ketika diaktifkan, input CLEAR mengubah seluruh keluaran Q ke RENDAH (QA = 0, QB

= 0, QC = 0, QD = 0). Input CLEAR menolak semua input yang lainnya. Dengan input

RENDAH pada DATA-MUATAN, data pada input (A,B,C,D) akan ditransfer secara tak

sinkron ke output Q ABCD (A=QA, B=QB, C=QC, D=QD). Output carry (PINJAM dan BAWA)

digunakan untuk menghubungkan beberapa pencacah bersama. Diagram input dan output dari

(28)

Gambar 2.6 Diagram Waktu IC 74LS192

Gambar 2.6 menunjukan cara kerja dari IC 74LS192. Ketika input CLEAR diberi

logika tinggi, maka output QA,QB,QC dan QD otomatis akan menjadi logika rendah. Saat

DATA-MUATAN diberi logika rendah akan mengakibatkan nilai pada output QA,QB,QC dan QD

menjadi sama dengan nilai input A,B,C dan D ( A=QA, B=QB, C=QC, D=QD ).

Saat CACAH-ATAS diberi logika rendah maka nilai output QA,QB,QC dan QD akan

otomatis mencacah naik. Gambar 2.6 menunjukkan nilai awal output QA,QB,QC dan QD sebelum

CACAH-ATAS diberi logika rendah pertama adalah 1110 (7). Saat diberi logika rendah kedua,

maka output QA,QB,QC dan QD naik sebesar satu menjadi 0001 (8). Pada proses berikutnya nilai

output QA,QB,QC dan QD juga naik satu menjadi 1001 (9). Hal yang berbeda bila

CACAH-ATAS diberi logika rendah sekali lagi maka output BAWA menjadi bernilai logika rendah dan

(29)

pada CACAH-ATAS nilai output QA,QB,QC dan QD akan mencacah naik dari 0000 (0), 1000 (1)

dan 0100 (2).

Saat CACAH-BAWAH diberi logika rendah maka nilai output QA,QB,QC dan QD

akan otomatis mencacah turun. Ketika CACAHAN-BAWAH diberi logika rendah satu kali

maka output QA,QB,QC dan QD akan mencacah turun dari 0100 (2) menjadi 1000 (1). Pada

logika rendah kedua, output QA,QB,QC dan QD akan mencacah turun menjadi 0000 (0). Hal

yang berbeda akan terjadi saat input CACAH-BAWAH diberi logika rendah ketiga, maka

output PINJAM akan menjadi logika rendah dan output QA,QB,QC dan QD akan menjadi

bernilai 1001 (9). Proses pemberian logika rendah keempat dan kelima, output QA,QB,QC dan

QD akan mencacah turun dari 1001 (9), 1000 (8) dan 0111(7).

2.5 Decoder Binary Coded Decimal (BCD) ke Seven Segment

Decoder TTL 7447A pada Gambar 2.7 memiliki empat buah input BCD 4-bit

yaitu INA yang bernilai satu, INB yang bernilai dua, INC yang bernilai empat, dan IND yang

bernilai delapan. Bilangan BCD tersebut dikodekan sehingga membentuk kode seven segment

yang akan menyalakan ruas-ruas (LED) pada seven segment. Input BCD diaktifkan oleh logika

1. Selain keempat input tersebut, terdapat juga tiga input, yaitu dua input pengosongan (BI/RBO

dan RBI) dan satu input uji LED. Sedangkan output dari 7447A (a,b,c,d,e,f,g) berupa output

(30)

a,b,c,d,e,f dan g berfungsi untuk mengaktifkan segment a,b,c,d,e,f dan g pada sevent segment,

seperti yang ditunjukkan pada Ganbar 2.8.

A LT e f 74LS47 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 1 2 4 8 BI_RBO RBI LT A B C D E F G B RBI b d U1 D a g C c BI/RBO

Gambar 2.7 Decoder 74LS47

6 a

1 2 3

f

g

7 10 12 15

4 0

d c e

5 8 13

b

14

9 11

(31)

Tabel 2-2 Tabel Kebenaran Decoder 74LS47

Desimal

atau Masukan BI/RBO Keluaraan

Fungsi LT RBI D C B A a b C d e f g

0 H H L L L L H ON ON ON ON ON ON OFF

1 H X L L L H H OFF ON ON OFF OFF OFF OFF

2 H X L L H L H ON ON OFF ON ON OFF ON

3 H X L L H H H ON ON ON ON OFF OFF ON

4 H X L H L L H OFF ON ON OFF OFF ON ON

5 H X L H L H H ON OFF ON ON OFF ON ON

6 H X L H H L H OFF OFF ON ON ON ON ON

7 H X L H H H H ON ON ON OFF OFF OFF OFF

8 H X H L L L H ON ON ON ON ON ON ON

9 H X H L L H H ON ON ON OFF OFF ON ON

10 H X H L H L H OFF OFF OFF ON ON OFF ON

11 H X H L H H H OFF OFF ON ON OFF OFF ON

12 H X H H L L H OFF ON OFF OFF OFF ON ON

13 H X H H L H H ON OFF OFF ON OFF ON ON

14 H X H H H L H OFF OFF OFF ON ON ON ON

15 H X H H H H H OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

BI X X X X X X L OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

RBI H L L L L L L OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

LT LT X X X X X H ON ON ON ON ON ON ON

H= Level Tinggi L= Level Rendah

Salah satu contoh cara kerja dari IC Dekoder 74LS47 sebagai berikut:

Jika input pada IC 74LS47 (IND,INC,INB,INA) adalah LLLH (0001), maka angka ini

merupakan kode untuk desimal satu. Menurut Tabel 2-2, kombinasi dari input ini akan

menyalakan ruas b dan c, maka terbentuklah desimal 1 seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8,

demikian juga untuk input yang berbeda maka output dari IC 74LS47 dapat dilihat pada Tabel

(32)

Common Anode

D6 e

D1 a

D5 c

D2 b

D4 d

D3 g

D7 f

D8

dp

2.6 Penampil Seven Segment

Salah satu peralatan output yang digunakan untuk memperagakan bilangan desimal adalah

seven segment, yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. Peraga seven segment tersebut ditandai

dengan huruf standar dari a sampai g. Pada umumnya seven segment dibagi menjadi dua jenis

yaitu common anode dan common cathode.

Gambar 2.9 Seven Segment Common Anode

Pada Gambar 2.9 ditunjukkan seven segment common anode dan setiap segment berisi sebuah

LED. Disebut common anode karena anoda pada masing-masing LED dijadikan satu. Pada satu

segment dari seven segment dibuat dari satu buah LED. Rangkaian penggerak dari salah satu

LED ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian Penggerak LED 5V

Vs3

LED

IF Rx

SW

(33)

Perhitungan untuk mencari besarnya nilai Rx, diperlihatkan pada rumus - rumus di bawah ini :

Persamaan loop tertutup untuk Gambar 2.10 :

V = 0 ……… (2.3)

- VS3 – VLED + (IF x RX) = 0 ………..……….……… (2.4)

Dari persamaan (2.4) besarnya nilai Rx dirumuskan :

RX = VS3 – VLED ………. (2.5)

IF

2.7 Relay

Relay adalah saklar elektromagnetis yang berfungsi sebagai penyambung dan pemutus

arus listrik. Sebuah relay yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11 terdiri dari sebuah koil dan satu

kontak (common), satu pin Normally Closed (NC), satu pin Normally Open (NO), atau lebih.

Ketika sebuah tegangan dipasangkan pada koil, arus yang mengalir menimbulkan terjadinya

medan magnet sehingga menarik kontak (com) dan terhubung dengan pin NO. Jika arus yang

mengalir pada koil dihentikan, maka medan magnet akan hilang dan kontak terhubung dengan

pin NC.

KOIL

Relay _SPDT (Single Pole Double Throw)

NC (Normally Closed) Kontak (common)

NO (Normally Open)

Gambar 2.11 Relay

2.8 LDR

LDR atau Light Dependent Resistor adalah sebuah komponen yang bisa mengalami

(34)

permukaan LDR. Semakin besar intensitas cahaya, maka resistansi LDR semakin kecil dan

semakin kecil intensitas cahaya, maka resistansi LDR semakin besar. Pada keadaan gelap, LDR

memiliki hambatan yang sangat tinggi sekitar 1M Hambatan LDR bisa berkurang hingga

menjadi sekitar 100 pada saat terang. Pada Gambar 2.12 diperlihatkan simbol LDR. Pada

umumnya LDR tersusun atas bahan CdS (Cadmium Sulfat).

Gambar 2.12 Simbol LDR

2.9 Transistor Sebagai Saklar

Transistor sebagai saklar berarti transistor bekerja pada daerah jenuh (saturasi) dan

cutoff.

Vcc

RC

IC Vb

Q2 C

B RB

IB

E

Gambar 2.13 Rangkaian Transistor

Selain daerah saturasi dan cutoff, terdapat juga daerah aktif. Gambar 2.13 menunjukkan

rangkaian transistor. Besarnya resistansi basis (RB) dirumuskan :

RB = Vb – VBE ……… (2.6)

(35)

Besarnya arus basis (IB) transistor dirumuskan :

IB = IC ……… (2.7)

Besarnya arus kolektor (IC) transistor dirumuskan :

IC = VCC –VCE ……… (2.8)

RE

Persamaan (2.6),(2.7) dan (2.8) merupakan persamaan pada daerah aktif transistor. Sedangkan

pada daerah cutoff dan saturasi hanya berlaku rumus (2.6) dan (2.8). Gambar 2.14 menunjukkan

titik dan daerah saturasi dan cutoff pada kurva garis beban transistor.

Ic

Daerah Saturasi

Ic (sat) IB

VcE VCE (sat) Daerah Cutoff

Gambar 2.14 Kurva Garis Beban Transistor

Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk kondisi ON atau OFF transistor sebagai saklar adalah :

a. Transistor berada pada kondisi ON (saturasi) jika tegangan Vb lebih besar dari

VBE. IB yang dihasilkan menyebabkan IC berada pada keadaan saturasi

(IC(sat)) dan VCE bernilai minimum (VCE(sat)) biasanya antara 0,2V sampai

dengan 0,3V. Pada kondisi saturasi tidak berlaku persamaan (2.5).

IB = IC ……… (2.9)

b. Transistor berada pada kondisi OFF (cut off) jika tegangan Vb lebih kecil atau

sama dengan VBE (tegangan antara kaki basis dan emitor) sehingga tidak ada

(36)

2

.10 Penyearah Tegangan Dengan Jembatan Dioda

Penyearah jembatan menggunakan empat buah dioda yang disusun seperti Gambar 2.15 (a).

~

~ +

-BRIDGE

Vac

R D1

D2

Vout D3

D4

a

(a)

R +

-D2

D1

-+

a

Vac V out

(b)

D3

R

+

V out

+

Vac

-

-a

D4

(c)

Gambar 2.15 Jembatan Dioda

(a) penyearah jembatan dioda (b) setengah putaran positif (c) setengah putaran negatif

Gambar 2.16(a) merupakan tegangan keluaran saat putaran penuh pada titik a. Dioda D1 dan D2

menghantar setengah putaran positif yaitu saat polaritas positif trafo berada di titik a seperti yang

terlihat pada Gambar 2.15(b), sehingga dihasilkan tegangan keluaran seperti Gambar 2.16(b).

Pada Gambar 2.15(c) dioda D3 dan D4 menghantar setengah putaran negatif yaitu saat polaritas

negatif trafo berada di titik a. Sehingga tegangan keluaran seperti Gambar 2.16(c). Dari Gambar

(37)

Va

Va (peak)

t (a)

Vout

Vout (peak)

t (b)

Vout

Vout (peak)

t (c)

Vout

Vout (peak)

t (d)

Vout

t (e)

Gambar 2.16 Tegangan pada Jembatan Dioda

(a) tegangan pada titik a, (b) tegangan output setengah putaran positif, (c) tegangan output setengah putaran negatif (d) tegangan output, (e) tegangan output tanpa beban saat diberi

(38)

Besarnya tegangan puncak di titik a ( Va(peak)) dirumuskan :

Va(peak) = 2 Va (rms) ……….………..(2.10)

Besarnya tegangan output tanpa beban dari hasil penyearahan oleh jembatan dioda dan

perataan oleh kapasitor dirumuskan:

Voutput = Va (peak) – 1,4V ……….………(2.11)

Kapasitor (C) yang dipasang seperti Gambar 2.17 berfungsi sebagai perata tegangan, sehingga

dihasilkan tegangan keluaran V_out tanpa beban seperti pada Gambar 2.16 (e). Jika output diberi

beban, maka V_out yang sudah diratakan oleh kapasitor akan timbul riak (ripple) pada V_out dan

besarnya tegangan V_out akan turun.

~

+

-BRIDGE

Vac D1

D2

Vout

D3

D4

a

C

1 2

Gambar 2.17 Penyearah tegangan dengan jembatan dioda

(39)

Vout

Vouttanpa beban

Vr

V_{out min}V_{out dc beban penuh}

Gambar 2.18 Grafik Vout dengan beban penuh dan tanpa beban

Pada Gambar 2.18 ditunjukkan Vout tanpa beban berupa tegangan dc tanpa riak yang terjadi saat

Vout tidak diberi beban. Saat dipasang beban maka terjadi penurunan besarnya Vout. Tegangan

V_out yang dihasilkan juga akan disertai oleh tegangan riak (V_r).

Besarnya nilai kapasitansi dari kapasitor (C) pada Gambar 2.18 dirumuskan :

C = IL .……….………….. (2.12) 2f x 2Vr (peak)

IL = arus beban

f = frekuensi

C = besarnya kapasitansi dari kapasitor

Besarnya tegangan output tanpa beban (E_m) dapat dihitung melalui grafik :

E_m

1,0 E_m

y E_m

0,7 E_m IL 0 x 1 IT

(40)

Keterangan Gambar 2.19 :

E_m = tegangan output tanpa beban = V_{out tanpa beban}

IL = arus beban

IT = arus output maksimum dari trafo

x = perbandingan antara nilai arus beban dengan arus output maksimum dari trafo

y = koefisien tegangan beban berdasarkan nilai x

Gambar 2.19 merupakan gambar grafik untuk memperkirakan besarnya tegangan beban dc

untuk setiap arus beban. Saat perbandingan nilai arus beban dengan arus keluran maksimum dari

trafo bernilai satu, maka nilai tegangan output sebesar 0,7Em

.

Demikian juga saat perbandingan

nilai arus beban dengan arus keluran maksimum dari trafo bernilai nol, maka nilai tegangan

output menjadi maksimum.

Besarnya perbandingan antara nilai arus beban dengan arus output maksimum dari trafo

dirumuskan :

x = IL ……… (2.13)

IT

Persamaan dari Gambar 2.19 untuk menentukan koefisien tegangan beban berdasarkan nilai

perbandingan antara nilai x sebagai berikut :

Tan = Em – 0,7 Em = y Em - 0,7Em ………..……….(2.14) 1 - 0 1 - x

E_m (1 – 0,7) (1 - x) = E_m ( y-0,7) ………....(2.15)

0,3 (1 - x) = y - 0,7 ………...(2.16)

0,3 – 0,3x = y - 0,7 ………...(2.17)

(41)

Besarnya nilai tegangan beban penuh (V_{out beban penuh}) dirumuskan :

V_out _{beban penuh} = y E_m ……….(2.19)

2.11 Regulasi Dengan Regulator IC 78xx

Pengertian dari regulasi adalah suatu besaran yang diatur pada nilai tertentu. Tegangan

yang didapatkan dari rangkaian penyearah dan kapasitor saat dipasang beban belum rata dan

belum stabil, sehingga masih terdapat tegangan riak pada Vout. Jika arus berubah maka tegangan

Vout berubah sesuai resistivitas keluaran (load). Untuk mendapatkan tegangan yang rata dan

konstan, perlu regulasi tegangan. Tugas dari regulasi tegangan adalah mengatur tegangan

sehingga tegangan riak hilang dan tegangan output tidak lagi tergantung arus yang mengalir.

Salah satu IC yang digunakan untuk regulasi tegangan adalah seri 78xx, xx menunjukkan

tegangan output dari IC tersebut. Terdapat xx = 05 untuk 5V, xx = 75 untuk 7,5V, xx = 09

untuk 9V, xx = 12 untuk 12V xx = 15 untuk 15V dan juga terdapat tegangan yang lebih tinggi.

L78xx

1

3

2

VIN

G

N

D

VOUT

Gambar 2.20 IC 78xx

IC 78xx mempunyai tiga kaki seperti Gambar 2.20, satu untuk tegangan input, satu untuk

tegangan output dan satu untuk ground. Selain regulasi tegangan, IC78xx juga memiliki

kemampuan untuk membatasi arus output. IC 78xx juga dipengaruhi oleh tegangan dropout

(V_dropout) yaitu tegangan minimum yang diperlukan IC untuk regulasi. Nilai tegangan dropout

(42)

Besarnya tegangan masukan minimum agar IC 78xx dapat melakukan regulasi dirumuskan :

V_input_{regulasi minimum} = V_{output IC 78xx}+ Vdroupout ……….…….(2.20)

Besarnya tegangan riak (ripple) maksimum agar IC 78xx dapat melakukan regulasi

dirumuskan :

V_r (peak) maksimum = V_{out beban penuh}- V_input_{regulasi minimum} ………(2.21)

2.12 Rangkaian Pembagi Tegangan

Rangkaian pembagi tegangan tersusun dari dua atau lebih resistor yang tersambung

secara seri seperti Gambar 2.21. Tegangan total (V_t) dibagi dalam perbandingan tahanan.

Ra

Va

2

1

a

Vt

Rb Vb

2

1

Gambar 2.21 Rangkaian pembagi tegangan untuk dua resistor seri

Besarnya tegangan di titik a (V_a) dirumuskan :

V_a = R_a x V_t ………..………..…….. (2.22)

(43)

Besarnya Resistansi total (R _total) dirumuskan :

R _total = R_a+R_b ………..……..…... (2.23)

Besarnya R_a dirumuskan :

R_a = R_total x V_a………....…(2.24)

V_t

Dari persamaan (2.21) dan (2.22) dapat dicari rumus lain untuk mencari R_a :

R_a = (R_a+ R_b) x V_a ……….……(2.25) V_t

V_t x R_a = (R_ax V_a

)

+ (R_b x V_a) ………...………(2.26)

R_a (V_t – V_a) = R_b x V_a ………. (2.27)

R_a = R_b x V_a ……….. (2.28)

(V_t –V_a)

(44)

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1 Diagram Blok Sistem

Diagram blok sistem pada Gambar 3.1, terdiri dari rangkaian sensor pintu masuk yang akan

memberi masukan CACAH-ATAS pada rangkaian pencacah naik-turun dan rangkaian sensor pintu

keluar yang akan memberi masukan CACAH-BAWAH pada rangkaian pencacah naik-turun.

Keluaran dari rangkaian pencacah naik-turun BCD (QA,QB,QC,QD) dihubungkan dengan penggerak

seven segment dan rangkaian pengendali digital.

Penggerak seven segment dihubungkan dengan penampil seven segment, sehingga

banyaknya orang di dalam ruangan akan diketahui dari tampilan angka yang ditunjukkan pada seven

segment. Rangkaian pengendali digital akan mengendalikan catu daya yang terhubung dengan

rangkaian komparator.

Rangkaian sensor intensitas cahaya di luar ruangan dihubungkan dengan komparator yang

akan membandingkan taraf tegangan LDR pada rangkaian sensor intensitas cahaya dengan tegangan

(45)

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Alat

Sebagai contoh ruangan yang akan dipasang alat tersebut diperlihatkan pada Gambar 3.2.

LAMPU 2 Jendela

Laser Pointer

Jendela

Sensor Pintu Keluar Jendela

LAMPU 4

Jendela Jendela

LAMPU 3 LAMPU 1

Laser Pointer LAMPU 5

Sensor Cahay a Luar

Sensor Pintu Masuk Seven Segment

diletakan disamping pintu masuk

Gambar 3.2 Denah ruangan dilihat dari atas Rangkaian Sensor

Pintu Masuk

Rangkaian Sensor Pintu Keluar

Pencacah Naik-Turun

Penggerak

Seven Segment

Penampil

Seven Segment

Rangkaian Pengendali Digital

Tegangan Referensi

Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya di luar ruangan

komparator Rangkaian

Pengontrol Lampu

(46)

200 uF U5 L7812/TO3 1 3 2 VIN G N D VOUT C1

V S2 = 6 Vdc

V S3 = 5 Vdc C2 U3 L7805/TO3 1 3 2 VIN G N D VOUT U4 L7806/TO3 1 3 2 VIN G N D VOUT 220 Vac 17Vac C3

V S1 = 12 Vdc

C1 200 uF 470 uF J 470 uF K Z U2 L7812/TO3 1 3 2 VIN G N D VOUT L

V S1 = 12 Vdc

~

~ +

-BRIDGE

3.2 Rangkaian Catu Daya

Sumber tegangan DC yang digunakan ada tiga level yaitu 5V, 6V dan 12V. Tegangan 5V

digunakan sebagai sumber tegangan untuk rangkaian digital, seven segment dan rangkaian

pembagi tegangan pada masukan inverting Op-Am rangkaian sensor di luar ruangan.

Sedangkan tegangan 12V digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian pembagi

tegangan LDR di luar ruangan dan rangkaian pembagi tegangan sensor pintu. Tegangan 6V

digunakan sebagai sumber tegangan Op-Amp.

(47)

Gambar dari rangkaian catu daya ditunjukkan pada Gambar 3.3. Perancangan untuk catu daya

12V, 6V dan 5V dijelaskan pada bagian berikut :

Tegangan untuk terminal sekunder trafo yang dipilih adalah 17 V. Tegangan

puncak pada titik Z dihitung dari persamaan (2.10) adalah

VZ= 2 x VZ (rms)

= 2 x 17

= 24,04 V

Sedangkan tegangan pada titik J tanpa beban dihitung dari persamaan (2.11) adalah

VJ = VZ – 1,4

= 24,04 - 1,4

= 22,64 V

a. Perancangan Catu Daya 12V

Perbandingan arus beban dengan arus output maksimal trafo dihitung dari persamaan (2.13)

adalah

x = IL = 0,5 = 0,25 IT 2

Besarnya tegangan tanpa beban dapat dihitung melalui grafik :

Em

1,0 Em

y Em

(48)

Besarnya nilai y dihitung dari persamaan (2.18) adalah

y = 1- 0,3x

= 1 - (0,3)(0,25)

= 0,925

Besarnya tegangan dengan arus maksimal sebesar 1A dihitung dari persamaan (2.19) adalah

VJbeban penuh = y Em

= 0,925 x 22,64

= 20,94 V

Karena regulasi tegangan pada data sheet adalah 2V, maka besarnya tegangan regulasi

minimum di titik J dihitung dari persamaan (2.20) adalah

VJregulasi minimum = VS1 + Vdroup out

= 12 + 2

= 14 V

Sehingga besarnya tegangan riak maksimum yang diperbolehkan dihitung dari persamaan

(2.21) adalah

Vr (peak) maksimum = VJbeban penuh - VJregulasi minimum

= 20,94 – 14

= 6,94 Vp

(49)

C1 = IL 2f x 2V_r (peak)

= 0,5 2 x 50 x 2 x 6,94

= 360,2 uF

Karena nilai kapasitior tersebut tidak ada di pasaran, dipilih kapasitor C1 dengan nilai 470 uF

b. Perancangan catu daya 6V

adalah

x = IL = 0,5 = 0,25 IT 2

Besarnya tegangan tanpa beban dapat dihitung melalui grafik :

Em

1,0 Em

y Em

0,7 Em IL 0 0,25 1 IT

y = 1- 0,3x

= 1 - (0,3)(0,25)

(50)

Besarnya tegangan dengan arus maksimal sebesar 0,5A dihitung dari persamaan (2.19) adalah

VKbeban penuh = y Em

= 0,925 x 22,64

= 20,94 V

minimum di titik K dihitung dari persamaan (2.20) adalah

VKregulasi minimum = VS2 + Vdroup out

= 6 + 2

= 8V

(2.21) adalah

Vr (peak) maksimum = VKbeban penuh - VKregulasi minimum

= 20,94 – 8

= 12,94 Vp

Besarnya nilai kapasitor C2 yang dibutuhkan dihitung dari persamaan (2.12) adalah

C2 = IL 2f x 2Vr (peak)

= 0,5

2 x 50 x 2 x 12,94

= 193,2 uF

(51)

c. Perancangan catu daya 5V

adalah

x = IL = 0,5 = 0,25 IT 2

Besarnya tegangan beban dapat dihitung melalui grafik :

Em

1,0 Em

y Em

0,7 Em IL 0 0,25 1 IT

y = 1- 0,3x

= 1 - (0,3)(0,25)

= 0,925

Besarnya tegangan dengan arus maksimal sebesar 0,5A dihitung dari persamaan (2.19) adalah

VLbeban penuh = y Em

= 0,925 x 22,64

= 20,94 V

minimum di titik L dihitung dari persamaan (2.20) adalah

VLregulasi minimum = VS3 + Vdroup out

= 5 + 2

(52)

(2.21) adalah

Vr (peak) maksimum = VJbeban penuh - VJregulasi minimum

= 20,94 – 7

= 13,94 Vp

Besarnya nilai kapasitor C3 yang dibutuhkan dihitung dari persamaan (2.12) adalah

C3 = IL

2f x 2Vr (peak)

= 0,5

2 x 50 x 2 x 13,94

= 179,3 uF

Karena nilai kapasitior tersebut tidak ada di pasaran, dipilih kapasitor C3 dengan nilai 200 uF

3.3 Rangkaian Sensor Pintu Masuk dan Pintu Keluar

Rangkaian sensor pintu berfungsi untuk mendeteksi ada tidaknya orang yang masuk atau

keluar. Rangkaian sensor tersebut akan dipasang pada ketinggian 110 cm karena merupakan

rata-rata tinggi bagian badan manusia yang memiliki lebar yang lebih besar dari bagian tubuh

manusia yang lain sehingga waktu sensor LDR untuk tidak terkena cahaya laser pointer lebih

lama. Gawang pintu yang dipakai memiliki lebar 60 cm dengan maksud agar orang yang

(53)

8

Sensor Pintu Laser Pointer

110cm 8

60cm DINDING

Seven Segment

Gambar 3.4 Denah Pemasangan Sensor Untuk Pintu dan Posisi Seven Segment

Hasil pengukuran awal dari sensor LDR1 didapatkan nilai resistansi sebagai berikut

RLDR1 pintu saat dilewati orang = 250 KOhm

RLDR1 pintu saat terkena cahaya laser pointer = 5KOhm

OUTPUT

R1 10K Ohm

2

1

R3

2

1

+

-LM 358

3

2

1

4

1

6 V

R2 10K Ohm

2

1

4,5 Vdc

V=12 V

LDR1

2

1

R4 180 Ohm

2

1

LASER

POINTER

B ₇₄₁₄

1 2

A

C

12 Vdc

Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Pintu Masuk atau Keluar

LDR akan disusun secara seri dengan resistor R3 sebesar 5,6 KOhm. Sehingga tegangan di titik A

dihitung dari persamaan (2.20) adalah

(54)

Besarnya VA untuk kondisi sensor LDR dilewati orang adalah

VA = 2,5 x 105 x 12 (2,5 x 105 + 5,6 x 103)

= 9,8 V

Besarnya VA untuk kondisi sensor terkena cahaya laser pointer adalah

VA = 5 x 103 x 12 (5 x 103 + 5,6 x 103)

= 4,6 V

Karena tegangan di titik A akan dibandingkan dengan tegangan pada titik B, maka dipilih

tegangan dengan rentang antara 4,6V sampai dengan 9,8V yaitu sebesar 6V.

Jika R1 dipilih sama dengan 10K Ohm, maka besarnya R2 dihitung dari persamaan (2.26)

adalah

R2 = R1 x VB (VS1 – VB)

= 1 x 104 x 6 (12 - 6)

= 10K Ohm

Sedangkan Op-Am LM 358 yang dipakai berfungsi sebagai komparator yang akan

membandingkan tegangan antara titik A dengan masukan inverting (titik B) dari Op-Amp.

Op-Amp memiliki catu sebesar 6 Volt dan 0 Volt, hal ini dimaksudkan agar :

a. Jika tegangan VA lebih besar dari VB, maka besarnya Vout dapat dihitung daripers (2.1).

VC = VS2 - 1

= 6 – 1

= 5 V

(55)

b. Jika tegangan VA lebih kecil dari VB, maka besarnya Vout dapat dihitung daripers (2.2).

VC = 0 Volt

Output tersebut merupakan logika rendah (0) pada logika TTL.

Output dari sensor pintu ini akan dihubungkan dengan rangkaian pencacah digital.

Scmitt Trigger Inverter yang digunakan adalah IC 7414. IC 7414 difungsikan sebagai

pengkondisi sinyal dari rangkaian sensor pintu ke rangkaian pencacah digital. Sehingga

tegangan keluaran (Vout) dari rangkaian sensor pintu langsung berubah dari 0 Volt ke 5

Volt atau 5 Volt ke 0 Volt, yang mengakibatkan tegangan output (Vout) tidak melalui

kondisi don’t care dari rangkaian pencacah digital.

3.4 Rangkaian Pencacah Digital

Rangkaian pencacah digital ini berfungsi mencacah banyaknya orang yang ada dalam

ruangan, rangkaian pencacah digital ini menggunakan IC 74LS192 sebagai pencacah BCD

naik-turun seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Input CACAH-ATAS dari IC 74LS192 yang

pertama dihubungkan dengan output dari rangkaian sensor pintu masuk, sehingga jika ada

orang masuk, maka IC 74LS192 akan mencacah naik. Input CACAH-BAWAH dari IC

74LS192 yang pertama dihubungkan dengan output dari sensor pintu keluar sehingga bila ada

orang yang keluar maka IC 74LS192 akan mencacah turun.

Rangkaian pencacah digital ini menggunakan dua buah IC 74LS192 agar bisa mencacah

dari 0 sampai dengan 99 dengan pemasangan sebagai berikut :

a. Output PINJAM dari IC 74LS192 yang pertama dihubungkan dengan input

CACAH-ATAS dari IC 74LS192 yang kedua, agar mampu mencacah naik

(56)

U2 74LS192 15 1 10 9 5 4 11 14 3 2 6 7 12 13 A B C D UP DN LOAD CLR QA QB QC QD CO BO OUTPUT PINJAM OUTPUT BAWA QD1 QC2

OUTPUT SENSOR KELUAR

5 V 5 V

QB2 QC1

OUTPUT SENSOR MASUK

U1 74LS192 15 1 10 9 5 4 11 14 3 2 6 7 12 13 A B C D UP DN LOAD CLR QA QB QC QD CO BO QB1 R5 150 Ohm 2 1 QA1 QA2 QD2 reset sw itch 5 V

b. Output BAWA dari IC 74LS192 yang pertama dihubungkan dengan input

CACAH-TURUN dari IC 74LS192 yang kedua agar mampu mencacah

turun, jika ada orang yang keluar.

c. Input A,B,C dan D dihubungkan dengan ground, LOAD (DATA

MASUKAN) harus diberi logika tinggi TTL (5V) dan CLEAR (CLR) harus

dihubungkan dengan ground.

Tombol switch reset berfungsi untuk merubah hasil cacahan menjadi bernilai nol. Jika tombol

switch reset ditekan, maka akan mengakibatkan CLEAR (CLR) menjadi aktif dan pencacah

akan kembali pada cacahan 00. Output dari IC 74LS192 yang pertama (QA1,QB1,QC1,QD1) dan

ouput dari IC 74LS192 yang kedua (QA2,QB2,QC2,QD2) dihubungkan dengan rangkaian

penggerak dan penampil seven segment.

(57)

3.5 Rangkaian Penggerak dan Penampil Seven Segment

Agar hasil cacahan bisa ditampilkan dalam bentuk bilangan desimal, hasil cacahan harus

dikodekan melalui rangkaian penggerak seven segment. Rangkaian penggerak seven segment

menggunakan decoder IC 74LS47 yang diperlihatkan pada Gambar 3.7. Setiap satu segmen

dari seven segment dibuat dari LED dengan spesifikasi arus 20mA dan tegangan 1,7 Volt.

Untuk membatasi arus yang melewati seven segment digunakan resistor pembatas arus yang

besarnya dapat dihitung dari persamaan (2.5) adalah

RX = VS3 – VLED IF = 5 – 1,7 0.02

= 165 Ohm

Karena di pasaran tidak ada besaran nilai resistor 165 Ohm, maka dipakai besarnya resistor

yang mendekati, yaitu 180 Ohm.

QB U8 74LS47 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 1 2 4 8 BI_RBO RBI LT A B C D E F G d 2 1 V s3= 5V

QA a

2 1

Vs3 = 5V

SEVEN SEGMENT COMMON ANODA 2 1 Rx 2 1 f dp c QC dp QD 2 1 b g 2 1 e 2 1

Gambar 3.7 Dekoder dan Penampil Seven Segment

3.6 Rangkaian Pengendali Digital

Input untuk rangkaian pengendali digital berasal dari output dua IC 74LS192 (QA1, QA2,

QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4). Sistem yang diinginkan jika semua output IC 74LS192 bernilai 0

(58)

kondisi masukan yang lain, output yang dihasilkan bernilai 1 (logika tinggi). Kondisi-kondisi

tersebut dapat dipenuhi oleh gerbang OR. Karena di pasaran lebih banyak ditemui gerbang OR

dengan dua input dari pada dengan input lebih dari dua, maka digunakan gerbang OR dengan

dua input. Rangkaian pada bagian ini ditunjukkan pada Gambar 3.8.

QC2

D

QA2

OR2

Z

QD1

OR2

RB1 2 1

Q1 BD139 QB1

QA1

Relay _SPDT

COM

A

B NC NO

QD2

OR2 QC1

OR2

12V W

QB2

OR2

Gambar 3.8 Rangkaian pengendali digital

Input pada empat gerbang OR bagian kiri berasal dari output IC74LS192. Perancangan alat ini

menggunakan relay dengan impedansi sebesar 400 Ohm dan tegangan catu 12 Volt, besarnya Ic

dapat dihitung dari persamaan (2.8) adalah

IC = VS1 – VCE(sat) RC

= 12 – 0.3 400

(59)

Pada data sheet transistor BD139 tertera antara 40 sampai dengan 250, maka diambil nilai

diantara kedua nilai tersebut yaitu = 100. Besarnya IB dapat dihitung dari persamaan (2.7)

IB = IC

= 2,925 x 10-2 100

= 0,2925 mA

Berdasarkan data sheet, pada saat VCC dari IC 74LS32 sebesar 5V, maka tegangan output

untuk logika tinggi (1) adalah 3,4V dan arus maksimal sebesar 0,4mA. Sehingga resistansi pada

kaki basis (RB1) dapat dihitung dari persamaan (2.6)

RB1 = VB - VBE IB

= 3,4 - 0,7 2,92 x 10-4

= 9,25 KOhm

Resistansi hasil perhitungan tersebut adalah resistansi maksimal yang harus digunakan sehingga

dipilih RB1 sebesar 8,2KOhm, dengan pertimbangan resistor sebesar itu banyak ditemui di

pasaran. Pada saat tegangan output dari gerbang OR mencapai 3,4 Volt (logika 1),

menyebabkan transistor berada pada keadaan saturasi. Sehingga VCE mencapai titik minimum

(0,3V) dan transistor menghantar. Pada saat itu relay menjadi aktif, maka pin NC menjadi

terhubung singkat dengan com dan menyebabkan catu daya 12V terhubung dengan rangkaian

(60)

3.7 Rangkaian Sensor Cahaya Di Luar Ruangan

Rangkaian ini menggunakan rangkaian pembagi tegangan pada penempatan LDR. LDR

yang digunakan untuk sensor luar memiliki karakteristik yang berbeda dengan sensor untuk

mencacah orang. Dari penelitian awal yang dilakukan oleh penulis dengan mengukur intensitas

cahaya matahari dari pukul 16.30 WIB sampai dengan pukul 17.30 WIB. Hasil penelitian awal

dari rentang waktu tersebut telah ditentukan bahwa intensitas cahaya mulai gelap sebesar 1300

lux dan batas intensitas cahaya pada waktu gelap adalah 300 lux. Alat ukur yang digunakan

adalah Luxmeter digital, Lutron LX-105.

Perancangan awal Bab I digunakan lima buah lampu maka dibuat lima level intensitas

cahaya. Hambatan LDR2 pada lima level intensitas cahaya tersebut akan diukur menggunakan

multimeter digital sehingga didapatkan hasil seperti Tabel 3.1.

Rentang intensitas cahaya = Intensitas cahaya saat gelap – Intensitas cahaya saat terang

= 1300 lux – 300 lux

= 1000 lux

Batas intensitas cahaya yang diinginkan adalah

= 1000 lux 4

(61)

Dari penelitian awal didapatkan nilai hambatan LDR 2 sebagai berikut :

Tabel 3-1 Penelitian Awal Nilai Hambatan LDR2 Terhadap Intensitas Cahaya

Spesifikasi penyalaan lampu sebagai berikut :

a. Jika intensitas cahaya lebih besar dari 1300 lux, maka semua lampu padam

b. Jika intensitas cahaya antara 1300 lux sampai 1050 lux, maka 1 buah lampu menyala

c. Jika intensitas cahaya antara 1050 lux sampai 800 lux, maka 2 buah lampu menyala

d. Jika intensitas cahaya antara 800 lux sampai 550 lux, maka 3 buah lampu menyala

e. Jika intensitas cahaya antara 550 lux sampai 300 lux , maka 4 buah lampu menyala

f. Jika intensitas cahaya lebih kecil dari 300 lux, maka 5 buah lampu menyala

Perhitungan tegangan untuk tiap level didapat dari persamaan (2.22)

VX = RLDR2 X VS1

(RLDR2+R6)

Level 1 dengan RLDR2 = 250 Ohm

VX = 250 x 12 ( 250 + 1 x 103 )

= 2,4 V Intensitas Cahaya

(lux)

RLDR 2 (Ohm)

1300 250

1050 280

800 320

550 390

(62)

VX = 280 x 12 ( 280 + 1 x 103)

= 2,6 V

VX = 320 x 12 ( 320 +1 x 103)

= 2,9 V

VX = 390 x 12 ( 390 + 1 x 103)

= 3,4 V

VX = 560 x 12 ( 560 + 1 x 103)

= 4,3 V

Nilai – nilai tegangan pada titik x (VX) di atas akan digunakan sebagai input inverting pada komparator.

Nilai RPOT pada rangkaian pembagi tegangan inverting komparator ditentukan sebesar 10K Ohm, sehingga

nilai R7,R8,R9,R10,R11 dan R12 pada Gambar 3.10 adalah

a. Untuk VS = 2,4 V, besarnya R7 dapat dihitung dari persamaan (2.24)

R7 = RPOT x VS VS3

= 1 x 104 x 2,4 5

(63)

b. Untuk VR = 2,6 V, besarnya R8 dapat dihitung dari persamaan (2.24)

R8 = R POT x VR VS3

= 1 x 104 x 2,6 5

= 5200 Ohm

c. Untuk VQ = 2,9 V, besarnya R9 dapat dihitung dari persamaan (2.24)

R9 = RPOT x VQ VS3

= 1 x 104 x 2,9 5

= 5800 Ohm

d. Untuk VP = 3,4 V, besarnya R10 dapat dihitung dari persamaan (2.24)

R10 = RPOT x VP VS3

= 1 x 104 x 3,4 5

= 6800 Ohm

e. Untuk VO = 4,3V, besarnya R11 dapat dihitung dari persamaan (2.24)

R11 = R POT x VO VS3

= 1 x 104 x 4,3 5

= 8600 Ohm

(64)

Q3 BD139 C4 100uF C F S U4 Relay _SPDT COM A B NC NO Q2 BD139 Q1 BD139 U2A LM358 3 2 8 4 1 + -V + V -OUT D3 Vs3= 5V

Vs2 = 6 V

Vs1 = 12 V

C4 100uF O G C4 100 uF R8 POT 1 3 2 V s3 = 5V

D2 Q5 BD139 Q U1A LM358 3 2 8 4 1 + -V + V -OUT

Vs3 = 5V

Vs2=6 V

Vs1 = 12 V

C4 100 uF P R7 POT 1 3 2 H Vs2 = 6V

V s 1 = 12 V

U4A LM358 3 2 8 4 1 + -V + V -OUT U5A LM358 3 2 8 4 1 + -V + V -OUT W Z COM A B NC NO

Vs2 = 6V

E

RB2 2 1

L

Vs3 = 5V

Vs1 = 12 V RB2

2 1

D4 Vs2 = 6 V

J R6

D5 V s 3 = 5 V

D1 U1 Relay _SPDT COM A B NC NO K R11 POT 1 3 2 _D Q4 BD139 U2 Relay _SPDT COM A B NC NO U5 Relay _SPDT COM A B NC NO

Vs1 = 12 V RB2 2 1 R9 POT 1 3 2 RB2 2 1 R10 POT 1 3 2 I C4 100 uF LDR2 X

Vs1 = 12 V RB2 2 1 U3A LM358 3 2 8 4 1 + -V + V -OUT U3 Relay _SPDT COM A B NC NO R

Gambar 3.9 Rangkaian sensor cahaya di luar ruangan

Perancangan rangkaian pada Gambar 3.10 menggunakan relay dengan impedansi sebesar 400

Ohm dan tegangan catu 12 Volt. Nilai impedansi 400 Ohm didapatkan dari pengukuran

(65)

Dari persamaan (2.1), tegangan output (V_out) dari IC LM358 saat tegangan pada kaki

non-inverting lebih besar dari kaki non-inverting adalah :

V_out = VS2 – 1

= 6 - 1

= 5V

Mengacu pada perhitungan IC dan IB pada halaman 29, resistansi pada kaki basis (RB2) dapat

dihitung dari persamaan (2.6)

RB2 = VOUT - VBE IB

= 5 - 0,7 2,925 x 10-4

= 14,7 KOhm

Resistansi hasil perhitungan tersebut adalah resistansi maksimal yang harus digunakan sehingga

dipilih RB2 sebesar 12KOhm, dengan pertimbangan resistor sebesar itu banyak ditemui

dipasaran.

Terminal pada relay yaitu Com dan NO dihubungkan dengan rangkaian lampu pada Gambar 3.11.

Ketika relay menjadi aktif (IC saturasi), maka NO dari relay akan terhubung dengan Com pada relay,

sehingga menyebabkan adanya arus yang mengalir pada rangkaian lampu. Tetapi ketika relay tidak aktif

(IC = 0), terminal NO relay tidak terhubung dengan terminal Com relay, sehingga tidak ada arus yang

(66)

SOURCE 220Vac 50Hz H LAMPU 2 J LAMPU 1 U3 E COM A B NC NO SOURCE 220Vac 50Hz L LAMPU 5 U2 G COM A B NC NO U1 K COM A B NC NO SOURCE 220Vac 50Hz U1 I COM A B NC NO D LAMPU 4 SOURCE 220 Vac 50Hz U2 C COM A B NC NO F LAMPU 3 SOURCE 220Vac 50Hz

(67)