MESIN CUCI TANGAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR OPTOKOPLER

MESIN CUCI TANGAN OTOMATIS

MENGGUNAKAN SENSOR OPTOKOPLER

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh :

HENDRY SANTOSO

NIM : 03511401

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

AUTOMATIC HAND WASHING MACHINE

USING OPTOCOUPLER SENSOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

by :

HENDRY SANTOSO

STUDENT NUMBER : 035114011

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

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, 23 Februari 2008

MOTO DAN PERSEMBAHAN

…

!

"

INTISARI

Di berbagai tempat sering dijumpai wastafel atau tempat untuk mencuci tangan yang bekerja secara manual. Hal itu akan menjadi masalah jika ada pemakai yang mencuci tangannya dengan sengaja atau tidak sengaja lupa mematikan kran air. Dari contoh yang sederhana itu maka dibuat suatu alat cuci tangan otomatis yang prinsip kerjanya menghidupkan pompa air sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.

Mesin cuci tangan otomatis ini mempunyai prinsip kerja mengalirkan air dari bak penampung ke wastafel jika ada tangan yang menghalangi sensor pendeteksi tangan yang berada di wastafel tersebut. Dengan proses, tangan menghalangi sensor optocoupler yang menjadi masukan komparator. Kemudian keluaran komparator mengaktifkan timer sehingga pompa air hidup selama 5 detik.

Pada tugas akhir ini, mesin cuci tangan otomatis telah berhasil dibuat. Alat ini mampu bekerja dengan mendeteksi adanya gerakan tangan pada sensor dan menghidupkan pompa air selama 5 detik. Kemudian pompa air akan bekerja lagi jika sensor optocoupler masih mendeteksi tangan.

ABSTRACT

At many place we can find manually hand washing machine. However, it could cause a problem if the person who use it forgot to turn off the water tap whether it is accidentally or not. From that example, an automatic hand washing machine has been designed that will turn on the water pump automatically based on the time setting.

These automatic hand washing machine has a mechanism to flow the water from the water tank to the wastafel if there is a hand that detected by the sensors on the wastafel. With the process, the hand detected by the optocoupler sensors that is the comparator input. After that, comparator output activate timer so water pump turn on in five seconds.

On this final assignment, automatic hand washing machine was successfully made. This tool able to work by detecting hand movement on sensors, and activating water pump in five seconds. Then, the water pump will turn on again if optocoupler sensors are still detecting a hand.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa disurga, yang telah memberikan kasih karunia, anugerah, dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir dengan baik.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini, penilis mendapatkan banyak bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini perkenankanlah dengan segala kerendahan hati dan penuh hormat, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan tugas akhir ini.

3. Bapak Martanto, ST, MT selaku pembimbing atas segala pemikiran dalam membimbing dan mengarahkan penulis dari awal hingga akhir. 4. Seluruh dosen di Fakultas Sains dan Teknologi yang tidak dapat di

sebutkan satu persatu, yang telah mendidik penulis untuk mengetahui lebih dalam tentang Teknik Elektronika.

6. Kedua orang tua dan adik – adik penulis yang telah memberikan doa, dorongan moril maupun material, kasih dan kesabaran yang tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

7. My Friends : Yudi “Kabayan”, Roni, Riki, Andika, Suvendi “Boboto”, Supriyadi, Opang, Denis, Yohana “Joo”, Inggit. thanks all...

8. Teman – teman Elektro semuanya yang tidak dapat disebutkan satu persatu...terima kasih untuk kebersamaan selama 5 tahun ini...

Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca semuanya.

Yogyakarta, 23 Februari 2008

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

……… i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING

……… iii

HALAMAN PENGESAHAN

……… iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

………. v

MOTO DAN PERSEMBAHAN

……….. vi

INTISARI

……… vii

ABSTRACT

... viii

KATA PENGANTAR

………. ix

DAFTAR ISI

……….. xi

DAFTAR TABEL……….. xiv

DAFTAR GAMBAR………. xv

BAB I. PENDAHULUAN

... 1

1.1 Latar Belakang……… 1

1.2 Rumusan Masalah……… 2

1.3 Batasan Masalah... 2

1.4 Tujuan Penelitian... 2

1.5 Manfaat Penelitian... 3

1.6 Metedologi Penelitian... 3

BAB II. DASAR TEORI

………. 5

2.1 Laser pointer……….. 5

2.2 Fototransistor ………... 6

2.3 Optocoupler ……… 7

2.3.1 Optocoupler Terhalang ON………... 8

2.4 Pembanding ……… 8

2.5 Relay……… 9

2.6 LM 555……… 12

BAB III. PERANCANGAN

………. 15

3.1 Perancangan Mekanik………... 15

3.2 Diagram Blok………... 17

3.3 Perancangan sistem elektronis……….... 18

3.3.1 Sensor identifikasi………... 18

3.3.2 Rangkaian timer……….. 21

3.3.2.1 Rangkaian LM 555 monostabil………... 22

3.3.2.2 Rangkaian trigger……… 23

3.3.3 Pengendali pompa air dan timer………... 24

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

…….

27

BAB V. Kesimpulan dan Saran

………. 37

5.1 Kesimpulan………. 37

5.2 Saran ………... 37 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

1. Tabel 3-1 Logika kerja 2 buah sensor………. 21

2. Tabel 3-2 Logika kerja pompa air dan timer... 25

3. Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1……… 30

4. Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2……… 30

5. Tabel 4-3 Data keluaran komparator………. 30

6. Tabel 4-4 Data pengukuran timer……….. 32

7. Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer………… 33

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2-1 Rangkaian laser pointer……….. 5

2. Gambar 2-2 Cara kerja laser pointer………. 6

3. Gambar 2-3 Rangkaian fototransistor………. 7

4. Gambar 2-4 Rangkaian optocoupler terhalang ON... 8

5. Gambar 2-5 Rangkaian Pembanding……….. 9

6. Gambar 2-6 Simbol relay……….. 10

7. Gambar 2-7 Relay OFF ... 11

8. Gambar 2-8 Relay ON... 11

9. Gambar 2-9 Rangkaian transistor penggerak relay……… 12

10. Gambar 2-10 IC LM555... 13

11. Gambar 2-11 IC LM555 sebagai multivibrator monostabil ... 13

12. Gambar 2-12 IC LM555 dengan jaringan pulsa pemicu... 14

13. Gambar 3-1 Mekanik mesin cuci tangan otomatis... 15

14. Gambar 3-2 Bak penampungan air ... 16

15. Gambar 3-3 Mekanik wastafel ... 16

16. Gambar 3-4 Diagram blok perancangan ... 17

17. Gambar 3-5 Rangkaian sensor identifikasi ... 19

18. Gambar 3-6 Rangkaian sensor identifikasi keseluruhan... 21

19. Gambar 3-7 Rangkaian LM 555 monostabil... 22

20. Gambar 3-8 Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver... 23

21. Gambar 3-9 Rangkaian penggerak pompa air... 25

23. Gambar 4-2 Alat cuci tangan tampak samping ... 28 24. Gambar 4-3 Alat cuci tangan tampak atas ... 28 25. Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop... 31 26. Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor

terhalang lebih dari 5 detik ... 34 27. Gambar 4-6 Gambar masukanrangkaian trigger... 35

BAB I

BAB I

BAB I

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Pada zaman yang sudah semakin modern, manusia melakukan segala sesuatu dengan praktis, cepat, dan efisien. Manusia sering merasa malas untuk melakukan sesuatu dengan cara tradisional, karena cara tersebut biasanya memakan waktu dan tenaga lebih banyak. Dengan adanya teknologi modern di awal abad 20 ini tercipta sesuatu yang lebih sempurna atau terjadi perubahan yang lebih baik. Contohnya seperti: mesin fotokopi, komputer, kamera, smartcard,

hairdryer, dan lain-lain.

Teknologi canggih tidak hanya dipakai pada perusahaan-perusahaan saja tetapi sudah mulai digunakan oleh masyarakat, tentunya sesuai dengan kebutuhan masing-masing individu. Untuk toko-toko yang cukup besar (swalayan,

supermarket, dan mall) juga berusaha memberikan pelayanan yang praktis agar

konsumen mendapat nilai kepuasan yang tinggi. Ternyata tidak hanya dikhususkan untuk konsumen, pemilik usaha tersebut membutuhkan suatu keamanan atau security yang canggih sehingga meminimalisasi terjadinya tindak kejahatan yang dapat merugikan konsumen dan pemilik usaha tersebut. Dengan adanya alat-alat tersebut secara tidak langsung akan mengefisienkan jumlah tenaga kerja dan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perusahaan.

diaplikasikan juga dibidang kebersihan, yaitu mesin pengering tangan otomatis. Ternyata di bidang kebersihan masih banyak yang bisa diaplikasikan salah satunya mesin cuci tangan otomatis atau automatic washing macine.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Dari uraian latar belakang masalah di atas dapat dirumuskan dua rumusan masalah yaitu:

1. Bagaimana merancang model mesin cuci tangan otomatis atau automatic

washing machine?

2. Bagaimana mengimplementasikan mesin cuci tangan otomatis atau automatic

washing machine?

1.3 BATASAN MASALAH

1. Membuat model yang tepat untuk mesin cuci tangan otomatis. 2. Fungsi kendali dari sistem dibuat otomatis.

3. Menggunakan timer LM 555 untuk mengaktifkan pompa air selama lima detik.

4. Menggunakan lebih dari satu buah sensor optocoupler.

1.4 TUJUAN PENELTIAN

1.5 MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini memiliki beberapa manfaat yang dapat dipetik. Penelitian ini dapat menambah pengetahuan tentang aplikasi timer LM 555, menjadi bahan pertimbangan atau model dasar untuk penelitian yang akan dilakukan tentunya dalam mengembangkan lebih lanjut mesin cuci tangan otomatis, dan memberikan tambahan wawasan baru terutama di bidang sistem kendali.

1.6 METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini diawali dengan perancangan hardware kemudian mengimplementasikannya sesuai dengan perancangan. Setelah membuat alat, diadakankan suatu pengujian untuk alat tersebut tentu saja disertai dengan pengambilan data dan analisa data. Dari data-data yang diperoleh dapat disimpulkan kualitas alat tersebut.

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Penelitian ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN

BAB II. DASAR TEORI

Dalam bab ini akan dipaparkan atau menguraikan teori-teori yang akan mendukung dalam penelitian mesin cuci tangan otomatis atau washing

machine automatic yang sesuai dengan kebutuhan.

BAB III. PERANCANGAN

Pada bagian ini akan dibahas mengenai penerapan sistem kendali otomatis yang digunakan mesin cuci tangan otomatis, tentu saja menggunakan dasar teori yang sudah tersedia.

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini dibahas mengenai hasil pengamatan dari mesin cuci tangan otomatis yang berupa data-data dan kemudian dilakukan pembahasan atau analisa untuk data-data yang diperoleh tersebut.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

BAB II

DASAR TEORI

2.1

Laser Pointer

Laser pointer merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai

penunjuk dalam presentasi. Laser pointer terdiri dari dua komponen semikonduktor yaitu laser diode (LD) dan photodiode (PD). Tegangan yang digunakan untuk mengoperasikan laser pointer ini adalah 4,5 Volt. Rangkaian dasar laser pointer ditunjukkan pada Gambar 2-1.

Gambar 2-1. Rangkaian Laser pointer

Laser diode merupakan common cathode (LDC = Laser Diode Cathode)

yang akan diberi prasikap maju. Laser diode driver akan mengatur besarnya arus yang mengalir pada laser diode berdasarkan arus yang dihasilkan oleh photodiode.

Photodiode merupakan common anoda (PDA = Photodiode Anode) yang akan

diberi prasikap balik. Besarnya arus yang dihasilkan pada photodiode berasal dari besarnya intensitas cahaya laser diode yang tersorot ke belakang (ke arah

Gambar 2-2. Cara Kerja Laser pointer [1]

Laser pointer mempunyai tiga pin, yaitu LDC, PDA, dan COM (Common

Positive Terminal). Photodiode ini digunakan untuk mengatur arus laser diode

dengan sebuah eksternal loop feedback.

2.2

Fototransistor

Fototransistor merupakan transistor yang peka terhadap cahaya pada kaki basisnya [2]. Transistor ini mempunyai kaki basis untuk menangkap sinar, sedangkan kaki yang tampak yaitu kaki kolektor dan kaki emiter.

0

VCC

f ototransistor

1 2

R

VO

Basis terbuka

Gambar 2-3. Rangkaian fototransistor

Berdasarkan Gambar 2-3, hambatan di kaki kolektor fototransistor adalah :

RC ₌ C CE CC

I V

V −

………

(2.1) keterangan:

Vcc = Tegangan sumber (Volt)

VCE = Tegangan antara kaki kolektor dan emitter fototransistor (Volt)

IC = Arus di kaki kolektor (Ampere)

2.3

Optocoupler

Optocoupler merupakan gabungan komponen dari infra merah atau laser

pointer dengan fototransistor. Infra merah atau laser pointer digunakan sebagai

2.3.1

Optocoupler

Terhalang ON

Optocoupler terhalang ON yaitu pada saat terhalangnya sumber cahaya ke

fototransistor, sehingga tegangan keluaran (VO) mendekati nilai tegangan

masukan (Vcc). Tegangan keluaran diambil di kaki kolektor fototransistor.

Rangkaian optocoupler terhalang ON ditunjukkan Gambar 2-4.

Gambar 2-4. Rangkaian optocoupler terhalang ON

Pada kondisi terhalang dan tidak terhalang, optocoupler mempunyai persamaan:

cc

o V

V ≈ _{kondisi optocoupler terhalang ……… (2.2)}

Ground V_o ≈

kondisi optocoupler tidak terhalang ……… (2.3)

2.4 Pembanding

Penguat operasional (Op-amp) sebagai pembanding merupakan penguat DC yang digunakan dalam penerapan frekuensi rendah [4]. Penguat operasional sebagai pembanding mempunyai dua terminal masukan (tak membalik dan membalik) dan satu tegangan keluaran. Jika tegangan tak membalik lebih besar daripada tegangan membalik, maka pembanding menghasilkan tegangan keluar

R2

VO

0

1

2

3 4

R1

membalik, maka keluarannya rendah. Rangkaian penguat opersional sebagai pembanding ditunjukkan pada Gambar 2-5.

Gambar 2-5. Rangkaian pembanding

Tegangan keluaran akan sama dengan atau mendekati Vcc apabila

tegangan masukan (VIN) lebih besar daripada tegangan referensi Vref. Sebaliknya

apabila VIN lebih kecil dari Vref , maka tegangan keluaran akan sama dengan ground.

Vo ≈Vcc _{Vinlebih besar dari V}

ref ………. (2.4)

Vo ≈Ground _{Vinlebih kecil dari V}

ref ………. (2.5)

2.5

Relay

Relay adalah suatu piranti yang akan aktif bila ada arus listrik sehingga akan timbul medan magnet pada koil, yang berfungsi untuk mengoperasikan kontak. Relay mempunyai konektor-konektor seperti pada saklar manual, tetapi

relay dikendalikan dengan menggunakan tegangan dari luar. Relay terdiri dari dua 0

VCC

+

-LM324

3

2

1 4

11

Vref

1

3 2

VOUT

keadaan yaitu Normally Closed (NC) dan Normally Open (NO) seperti pada Gambar 2-6.

a. Normally Closed (NC)

Normally Closed adalah kondisi kontak mula-mula adalah terhubung (tertutup). Apabila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi terbuka.

b. Normally Open (NO)

Normally Open adalah kondisi mula-mula kontak adalah terbuka. Apabila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi terhubung (tertutup).

NC

NO COM

INPUT .

RELAY

3

5

4 1

2

Gambar 2-6. Simbol relay

Model untuk penggunaan relay dapat dilihat dari contoh di bawah ini. Cara mengaktifkan relay adalah dengan melihat tegangan masukan yang sesuai dengan karakteristik relay yang dipilih. Tegangan keluaran tergantung dari masukan tegangan di kaki common. Jadi tegangan untuk mengaktifkan relay

Gambar 2-7. Relay OFF

Gambar 2-8. Relay ON

Gambar 2-8 menunjukkan kerja relay pada saat aktif akan berpindah posisi dari posisi yang sebelumnya (Gambar 2-7). Lampu LED dapat hidup karena ada arus yang mengalir melalui relay yang digunakan sebagai saklar,

Relay

Vin

Vcc

COIL

DIODE

NPN RB

Gambar 2-9. Rangkaian transistor sebagai penggerak relay

Dioda diperlukan untuk membuang energi dalam bentuk medan listrik yang timbul pada lilitan saat transistor dalam keadaan OFF sehingga tidak merusak transistor. Analisis dc dari rangkaian tersebut :

Vin−VRB −VBE =0 _………

(2.6)

2.6 LM 555

Gambar 2-10. IC LM555 [4]

Suatu multivibrator monostabil juga disebut dengan multivibrator satu-tembakan yang beroperasi selama jangka waktu yang sudah tertentu. Gambar 2-11 adalah suatu diagram rangkaian yang menggunakan LM 555 untuk operasi monostabil dan bentuk gelombang masukan atau keluaran dari multivibrator monostabil.

Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :

C R T

f

A

1 . 1

1 1

= =

……… (2.7)

Bila sebuah pulsa negatif diterapkan ke terminal 2 atau pin 2, keluarannya menjadi tinggi dan terminal 7 menghilangkan suatu hubungan singkat dari kapasitor. Tegangan yang melintasi C bertambah pada laju yang ditentukan RA

dan C. Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran dapat dilihat pada Gambar 2-11. Keluaran tinggi untuk waktu diberikan oleh persamaan:

C R

T_P =1.1 _{A ………} (2.8)

IC LM 555 dengan jaringan pulsa pemicu ditunjukkan pada Gambar 2-12.

Gambar 2-12. IC LM 555 dengan jaringan pulsa pemicu [4] Agar pewaktu 555 memicu jenis operasi ini secara tepat, lebarnya pulsa pemicu (triggerinput) harus lebih kecil dari

T

tinggi (

T

p) dan sebuah jaringan pulsa

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Perancangan Mekanik

Secara garis besar perancangan mekanik mesin cuci tangan otomatis menggunakan sensor optocoupler dapat dilihat pada Gambar 3-1.

Gambar 3-1. Mekanik mesin cuci tangan otomatis

Dari gambar mekanik di atas, fungsi dari tiap bagian adalah sebagai

berikut: 1. Bak penampungan air

keluaran air menuju bagian pompa air. Gambar mekanik untuk bak penampungan air dapat dilihat pada Gambar 3-2.

Gambar 3-2. Bak penampungan air 2. Wastafel

Pada Gambar 3-3, laser pointer dan fototransistor digunakan untuk mendeteksi atau mengidentifikasi keberadaan suatu benda. Apabila di wastafel tidak terdapat benda yang menghalangi sensor tersebut, maka pompa tidak bekerja. Bak air kotor digunakan untuk menampung air yang sudah digunakan di wastafel.

3.2 Diagram Blok

Diagram blok mesin cuci tangan otomatis dapat dilihat pada Gambar 3-4.

Gambar 3-4. Diagram blok perancangan

Penjelasan secara umum dari diagram blok pada Gambar 3-4 adalah sebagai berikut:

1. Blok sensor identifikasi

Pada perancangan ini, sensor identifikasi menggunakan sensor

optocoupler yang berfungsi untuk mengaktifkan timer.

Benda _identifikasi Sensor Timer Pompa

2. Blok timer

Rangkain timer ini menggunakan LM 555 yang berfungsi untuk mengatur waktu hidup pompa air. Blok ini mendapat masukan dari sensor identifikasi.

3. Blok pompa air

Pada perancangan ini, pompa air digunakan untuk memompa air dari bak penampungan menuju ke wastafel.

3.3 Perancangan Sistem Elektronis

Komponen penyusun perancangan sistem elektronis terdiri dari sensor identifikasi, rangkaian timer, pengendali pompa air dan timer.

3.3.1 Sensor Identifikasi

VCC Ouput R5 1K 1 3 2 + -3 2 6 7 4 R2 2 1 5 4 R1

Gambar 3-5. Rangkaian sensor identifikasi

Nilai VCC yang digunakan dalam rangkaian ini adalah 12 V. Arus yang

mengalir pada laser pointer dirancang adalah 30 mA, VLP = 2,4 V (dari datasheet)

sehingga nilai R1 dapat dicari sebagai berikut:

1 1 R LP CC I V V

R = −

1 30 10 3

4 , 2 12 − × − = R

1 30 10 3 6 , 9 − × = R = 330

Dari perhitungan di atas, diperoleh nilai R1 = 330 . Untuk mencari nilai R2,

fototransistor dibuat agar berada pada kondisi saturasi (fototransistor tidak terhalang) dengan menentukan VCE (saat saturasi) = 0,2V dan ICmax = 11,8mA.

Sehingga dengan mengacu pada persamaan 2.3, nilai R2 dapat dicari sebagai

berikut: 3 2 10 8 , 11 2 , 0 12 − × − = R

Dari perhitungan di atas, nilai resitor R2 = 1 K . Logika kerja dua buah sensor

ditunjukkan Tabel 3-1.

Tabel 3-1. Logika kerja 2 buah sensor

Sensor A Sensor B Output

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Gambar 3-6. Rangkaian sensor identifikasi keseluruhan

Rangkaian pada Gambar 3-6 bekerja dengan dua buah sensor. Logika kerja sesuai dengan Tabel 3-1. Fungsi op-amp akan membandingkan nilai tegangan VRef akibat dari potensio dengan nilai tegangan sensor yang terhubung

3.3.2 Rangkaian Timer

Rangkaian timer ini dirancang untuk mengatur waktu aktifnya pompa air sesuai dengan keinginan. Komponen penyusun perancangan rangkaian timer

adalah Rangkaian LM 555 monostabil dan rangkaian trigger. 3.3.2.1Rangkaian LM 555 Monostabil

Pada perancangan rangkaian LM 555, waktu yang diinginkan harus ditentukan terlebih dahulu . Di dalam perancangan ini, waktu (Tp) yang digunakan

adalah 5 detik. Rancangan rangkaian LM 555 ditunjukkan pada Gambar 3-7.

VCC C C2 RA U1 LM555 2 5 3 7 6 4 8 1 TR CV Q DIS THR R V C C G N D Vtrigger Vtimer

Gambar 3-7. Rangkaian LM 555 monostabil

Waktu (Tp) yang diinginkan diperoleh dengan menentukan nilai RA dan C.

Nilai VCC yang digunakan dalam rangkaian LM 555 ini adalah 12 V. Nilai C

terlebih dahulu ditentukan yaitu sebesar 10 µF, sehingga nilai RA dapat dicari

dengan mengacu pada persamaan 2.8.

Ω × = × ×

= ₋ 6

6 0,454545 10 10 10 1 , 1 5 A R

Dari perhitungan di atas, maka digunakan RA = 0,454545 M . Masukan

LM 555 adalah tegangan keluaran rangkaian trigger (Vtrigger). Jika sensor masih

mendeteksi tangan lebih dari 5 detik, maka timer aktif kembali setelah 5 detik. Hal tersebut disebabkan oleh kendali dari relay, seperti yang dijelaskan pada bagian sensor identifikasi di atas.

3.3.2.2Rangkaian Trigger (Trigger Circuit)

Nilai Ri dan Ci harus diperhatikan dalam perancangan rangkaian trigger.

Hasil perkalian dari Ri Ci harus jauh lebih kecil dari TP. Rangkaian trigger dan relay driver ditunjukkan Gambar 3-8.

Vcc Vcc DIODE 2N2222 3 2 1 RELAY 3 5 4 1 2 2k8 Ri Ci 10k Vout comparator Vtrigger

Gambar 3-8. Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver

Nilai Ri dan Ci ditentukan sebagai berikut :

misal: Ri = 10 K dan Ci = 0,001 µF

6 3 10 001 , 0 10

10× × × −

= × _i

i C

R

Jika hasil perkalian Ri dan Ci dibandingkan dengan nilai TP, maka nilai Ri

= 10 K dan Ci = 0,001 µF sudah memenuhi syarat untuk rangkaian trigger.

Kapasitor (Ci) membuat masukan yang masuk ke LM 555 hanya berupa pulsa

trigger, sedangkan dioda membatasi nilai puncak tegangan positif. Kegunaan dari

rangkaian trigger ini adalah meminimalkan kesalahan dalam masukan yaitu berupa pulsa trigger. Masukan untuk rangkaian trigger diperoleh dari relay yang dikontrol oleh relay driver. Penjelasan rangkaian relay driver (Gambar 3-8) dibahas pada bagian pengendali pompa air dan timer.

3.3.3 Pengendali Pompa Air dan Timer

Perancangan pengendali pompa air dan timer ini bertujuan agar pompa air

dan timer dapat bekerja bersamaan (sinergi). Logika kerja antara pompa air dan

timer dapat dilihat pada Tabel 3-2.

Tabel 3-2. Logika kerja pompa air dan timer

Timer Pompa Air Air

On On keluar

Off Off tidak keluar

Dari Tabel 3-2 dapat dijelaskan sebagai berikut:

- Jika timer mati (Off), maka pompa air mati (Off) - Jika timer aktif (On), maka pompa air aktif (On)

Dua kondisi itu saja yang digunakan dalam rangkaian pengendali timer

dan pompa air. Rangkaian untuk pengendali ini menggunakan relay. Tombol start

menggunakan kendali otomatis yaitu sensor optocoupler (sensor identifikasi). Agar terjadi kendaliyang otomatis, pompa dihubungkan dengan kontak normally

open relay yang kemudian dari kontak tersebut dihubungkan ke sumber tegangan

220 V, sehingga pompa akan hidup ketika koil relay aktif. Pompa yang digunakan memerlukan tegangan 220 V. Rangkaian penggerak pompa air ditunjukkan pada Gambar 3-9. 12V 220V Ri 10k RA 0.4545M R1 2k8 Ci 0.001u C2 0.01u C 10u Q1 2N2222 3 2 1 U1 LM555 2 5 3 7 6 4 8 1 TR CV Q DIS THR R V C C G N D D2 LS1 Relay 3 4 5 6 8 7 1 2 D1 Vo1 POMPA AIR

Agar dihasilkan transistor dalam keadaan saturasi, dibutuhkan IC > ICmin dan IC <

ICmax sehingga digunakan IC = 300 mA. Pada saat Vin = +Vsat dan transistor

saturasi dapat dihitung nilai resistor RB. Rangkaian transistor sebagai relay ini

menggunakan transistor NPN dengan jenis 2N2222, datasheet terlampir. 2N2222 memiliki ICmax = 800 mA, β = 75. Dengan menggunakan persamaan 2.6.

0

= − −VRB VBE

Vin _{dengan I}

B = IC /

= 300×10-3 / 75 = 4 mA

3 10 4

7 , 0 12

−

× − = − =

B BE B

I V Vin R

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Dalam bab ini akan diuraikan hasil data yang telah diambil dari mesin cuci tangan otomatis dan pembahasan yang menunjukkan baik atau tidaknya alat tersebut. Selain itu juga dapat diketahui apakah alat tersebut sudah sesuai dengan perancangannya. Fungsi utama dari alat tersebut adalah untuk mencuci tangan. Jika sensor dalam kondisi terhalang tangan, maka air keluar dan akan berhenti dengan tunda waktu sebesar 5 detik. Gambar alat mesin cuci tangan otomatis ini ditunjukkan pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.3.

Gambar 4.1 Alat Cuci Tangan Tampak Depan 1

2 ₃

4

Keterangan gambar 4.1: 1. Kran Air

2. Sensor Optocoupler (receiver) 3. Sensor Optocoupler (transmiter)

4. Power Supply

5. Rangkaian Mesin Cuci Tangan Otomatis

Gambar 4.2 Alat Cuci Tangan Tampak Samping

Mesin cuci tangan otomatis ini mempunyai cara kerja sebagai berikut : - Pada saat sensor tidak terhalang benda, keluaran komparator tidak dapat

mengaktifkan timer. Timer yang tidak aktif mengakibatkan pompa air off.

- Pada saat sensor pendeteksi tangan terhalang benda selama 5 detik, keluaran komparator dapat mengaktifkan timer. Timer yang aktif mengakibatkan relay driver bekerja, sehingga relay sebagai saklar menghubungkan pompa air dengan sumber PLN. Pompa air dapat mengalirkan air menuju kran air.

- Pada saat sensor pendeteksi tangan terhalang benda selama lebih dari 5 detik, komparator mengaktifkan timer. Timer yang aktif menyebabkan

relay driver bekerja sehingga pompa air menyala selama 5 detik. Jika sensor masih mendeteksi tangan, maka timer akan aktif kembali.

4.1 Rangkaian Sensor

Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1

Kondisi

Vopto (data)

Volt

Hambatan fototransistor k

tidak terhalang benda 9,95 1,6

terhalang benda 11,5 9

Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2

Kondisi

Vopto (data)

Volt

Hambatan fototransistor k

tidak terhalang benda 10,4 2,2

terhalang benda 11,3 5,6

Tabel 4-3 Data keluaran komparator (Vref = 10,6 V)

Kondisi

Vcomp (teori)

Volt

Vcomp (data)

Volt tidak terhalang

benda

0 0,4

Data di atas terlihat perbedaan level tegangan keluaran antara kedua sensor. Sehingga pengaturan sensitivitas (Vref) mengacu ke level tegangan keluaran

sensor optocoupler2 yaitu lebih besar dari 10,4 V. Hal itu disebabkan range level tegangan sensor optocoupler2 sangat kecil. Perbedaan level tegangan antara sensor optocoupler1 dan optocoupler2 tersebut dikarenakan perbedaan hambatan di dalam fototransistor.

Tegangan keluaran komparator diperoleh dari perbandingan Vopto dengan

Vref. Dari Tabel 4-3 dapat dilihat keluaran komparator sudah mendekati

perancangan yaitu dan

4.2 Rangkaian Timer

Rangkaian timer ini memiliki bentuk keluaran gelombang dan data pengukuran timer seperti ditunjukkan pada Gambar 4-4 dan Tabel 4-4.

Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop digital T

Tabel 4-4 Data pengukuran timer

Kegiatan (s) (V)

1. 5,5 8,8

2. 5,5 8,8

3. 5,5 8,8

4. 5,5 8,8

5. 5,5 8,8

6. 5,5 8,8

7. 5,5 8,8

Dengan melihat Gambar 4-4 dan Tabel 4-4 dapat dilihat hasil keluaran timer :

% 10 100 5

5 5 , 5

= × − =

waktu Galat

menyebabkan nilai resistor meyimpang dari perancangan. Nilai R (data) diperoleh dengan mengukur menggunakan multimeter pada saat kondisi rangkaian tidak diberi Vcc atau kondisi rangkaian mati. Data pengukuran nilai resistor rangkaian

timer ditunjukkan Tabel 4-5.

Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer

R (teori) M

R (data) M

0,4545 0,499

Terjadi selisih nilai resistor antara teori dengan kenyataan yaitu sebesar 0,0445 M atau 44,5 K . Dengan kata lain nilai R pada kenyataannya mempunyai galat sebesar:

% 6 , 9 100 4545 , 0 4545 , 0 499 , 0 = × − = Galat

Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.8 dapat menghitung Tp yang

dihasilkan ketika R yang dipakai adalah 0,499 M .

C T

RA P

1 , 1 = 6 6 10 10 1 , 1 10 499 ,

0 × × × × −

=

P

T

= 5,489 s ≈5,5 s

Apabila sensor tangan terhalang benda lebih dari 5 detik, maka terjadi tunda waktu untuk kondisi ON berikutnya. Keluaran dari timer mempengaruhi kerja relay, sehingga ketika timer OFF menyebabkan relay berpindah ke NC. Jika sensor masih mendeteksi tangan, maka timer akan aktif kembali dan relay

berpindah ke kondisi NO. Jadi tunda waktu ini disebabkan oleh kondisi kontak

relay pada saat berpindah kondisi dari normally closed ke normally open. Gambar 4-5 akan menunjukkan gelombang keluaran tunda waktu ketika sensor tangan terhalang lebih dari 5 detik.

Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor terhalang lebih dari 5 detik

Dengan melihat Gambar 4-5 dapat dihitung tunda waktu yang terjadi sebesar :

Nilai tunda waktu tersebut karena perpindahan posisi relay dari normally closed

ke normally open.

Gambar 4-6 Gelombang masukan rangkaian trigger

Tunda waktu dapat dihitung dari Gambar 4-7 yaitu:

Nilai tunda waktu ini sama dengan keluaran timer yaitu sebesar 70,3 ms. Jadi dapat dipastikan tunda waktu ini disebabkan oleh perpindahan posisi relay.

4.3 Rangkaian relay driver

Rangkaian relay driver menggunakan transistor yang bekerja sebagai saklar. Hasil pengamatan untuk rangkaian relay driver dapat dilihat pada Tabel 4-6.

Tabel 4-6. Data pengukuran transistor sebagai relay driver

Kondisi

Vtimer (teori)

Volt

Vtimer (data)

Volt

Ic (teori) mA

Ic (data) mA

VBE (teori-)

Volt

VBE (data)

Volt

Vrelay Volt

On 12 8,8 300 215,5 0,75 0,755 12

Off 0 0 0 0 0 0 0

T1

Perbedaan nilai IC, VBE, Vtimer tidak mempengaruhi kerja sistem karena

nilai tersebut masih dapat mengaktifkan transistor sebagai relay. Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut:

V

Tegangan VBE mendekati tegangan 0,75 V transistor akan aktif. Saat

transistor aktif, koil relay mendapat tegangan masukan sebesar 12 V. Tegangan yang masuk ke koil menyebabkan relay aktif dan menggerakan pompa air. Pompa air mengalirkan air melalui selang menuju kran air.

BAB V

Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan

Dari pembahasan, dapat disimpulkan bahwa :

a) Alat cuci tangan otomatis ini dapat bekerja baik dengan waktu tunda sebesar 5,5 detik dengan galat sebesar 10%. Galat tersebut disebabkan karena toleransi yang ada dalam komponen resistor.

b) Jika sensor pendeteksi tangan terhalang benda lebih dari 5 detik maka akan terjadi tunda waktu 77ms untuk keadaan ON selanjutnya.

5.2. Saran

DAFTAR PUSTAKA

[1] Magicien, LE, KEYCHAIN LASER DRIVER CIRCUIT.

http://www.geocities.com/lemagicien_2000/elecpage/chlaser/. Diakses

pada 8 Juni 2007

[2] Uria, Tadius, 1988, Dasar-dasar transistor, Jakarta; Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

[3] Petruzella, Frank D, 1996, Elektronika Industri, Yogyakarta; Andi

Gambar rangkaian keseluruhan: 12V 12V 12V C 10u C2 0.01u Ci 0.001u 2k8 RA 0.4545M D2 U1 LM555 2 5 3 7 6 4 8 1 TR CV Q DIS THR R V C C G N D Q1 2N2222 3 2 1 1 3 2 LS1 Relay 3 4 5 6 8 7 1 2 DIODE 2N2222 3 2 1 R1 330 R2 1k R4 1k R3 330 RELAY 3 5 4 1 2 D1 DIODE DIODE 2k8 + -3 2 6 7 4 R5 1k OPTO A 2 1 5

4 OPTO B

2 1 5 4 AC 220V 1 2 Ri 10k

10k POMPA AIR

Vopto

Vcomp

Vo1

Vtrigger

MAKALAH

Judul: Mesin Cuci Tangan Otomatis Menggunakan Sensor Optocoupler

Nama Penulis: 1 A. Bayu Primawan, ST, M.Eng, 2 Martanto, ST, MT, 3 Hendry Santoso Instansi: Universitas Sanata Dharma Yogyakarta (Fakultas Sains Dan Teknologi) Alamat kontak dan email: Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

ABSTRACT

At many place we can find manually hand washing machine. However, it could cause a problem if the person who use it forgot to turn off the water tap whether it is accidentally or not. From that example, an automatic hand washing machine has been designed that will turn on the water pump automatically based on the time setting.

These automatic hand washing machine has a mechanism to flow the water from the water tank to the wastafel if there is a hand that detected by the sensors on the wastafel. With the process, the hand detected by the optocoupler sensors that is the comparator input. After that, comparator output activate timer so water pump turn on in five seconds.

On this final assignment, automatic hand washing machine was successfully made. This tool able to work by detecting hand movement on sensors, and activating water pump in five seconds. Then, the water pump will turn on again if optocoupler sensors are still detecting a hand.

Key words : water pump, optocouplersensor

LATAR BELAKANG MASALAH

Pada zaman yang sudah semakin modern, manusia melakukan segala sesuatu dengan praktis, cepat, dan efisien. Manusia sering merasa malas untuk melakukan sesuatu dengan cara tradisional, karena cara tersebut biasanya memakan waktu dan tenaga lebih banyak. Dengan adanya teknologi modern di awal abad 20 ini tercipta sesuatu yang lebih sempurna atau terjadi perubahan yang lebih baik. Contohnya seperti: mesin fotokopi, komputer, kamera, smartcard, hairdryer, dan lain-lain.

Teknologi canggih tidak hanya dipakai pada perusahaan-perusahaan saja tetapi sudah mulai digunakan oleh masyarakat, tentunya sesuai dengan kebutuhan masing-masing individu. Untuk toko-toko yang cukup besar (swalayan, supermarket, dan mall) juga berusaha memberikan pelayanan yang praktis agar konsumen mendapat nilai kepuasan yang tinggi. Ternyata tidak hanya dikhususkan untuk konsumen, pemilik usaha tersebut membutuhkan suatu keamanan atau security yang canggih sehingga meminimalisasi terjadinya tindak kejahatan yang dapat merugikan konsumen dan pemilik usaha tersebut. Dengan adanya alat-alat tersebut secara tidak langsung akan mengefisienkan jumlah tenaga kerja dan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perusahaan.

Oleh karena keinginan memberikan pelayanan yang maksimal kepada masyarakat atau konsumen dan pengefisienan waktu dan tenaga kerja, ternyata diaplikasikan juga dibidang kebersihan, yaitu mesin pengering tangan otomatis. Ternyata di bidang kebersihan masih banyak yang bisa diaplikasikan salah satunya mesin cuci tangan otomatis atau automatic washing macine.

DASAR TEORI

2.1Laser Pointer

Laser pointer merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai penunjuk dalam presentasi. Laser pointer terdiri dari dua komponen semikonduktor yaitu laser diode (LD) dan photodiode (PD). Tegangan yang digunakan untuk mengoperasikan laser pointer ini adalah 4,5 Volt.

Laser diode merupakan common cathode (LDC = Laser Diode Cathode) yang akan diberi prasikap maju. Laser diode driver akan mengatur besarnya arus yang mengalir pada laser diode berdasarkan arus yang dihasilkan oleh photodiode. Photodiode merupakan common anoda (PDA = Photodiode Anode) yang akan diberi prasikap balik.

2.2 Fototransistor

Fototransistor merupakan transistor yang peka terhadap cahaya pada kaki basisnya [2]. Transistor ini mempunyai kaki basis untuk menangkap sinar, sedangkan kaki yang tampak yaitu kaki kolektor dan kaki emiter.

Sinar yang masuk ke basis akan memicu terjadinya arus basis. Semakin besar arus basis, semakin besar pula arus kolektor yang mengalir.

Hambatan di kaki kolektor fototransistor adalah :

RC ₌ C

CE CC

I V

V −

……… (2.1)

keterangan:

Vcc = Tegangan sumber (Volt) IC = Arus di kaki kolektor (Ampere)

VCE = Tegangan antara kaki kolektor dan emitter fototransistor (Volt)

2.3 Optocoupler

Optocoupler merupakan gabungan komponen dari infra merah atau laser pointer dengan fototransistor. Infra merah atau laser pointer digunakan sebagai sumber cahaya untuk fototransistor. Sistem kinerja dasar dari optocoupler yaitu saat sumber cahaya ke fototransistor tidak terhalang, fototransistor aktif. Sedangkan saat sumber cahaya ke fototransistor terhalang, fototransistor tidak aktif. Dalam rangkaian perlu ditambahkan resistor yang berfungsi sebagai pengaman laser pointer dan fototransistor.

2.3.1Optocoupler Terhalang ON

Optocoupler terhalang ON yaitu pada saat terhalangnya sumber cahaya ke fototransistor, sehingga tegangan keluaran (VO) mendekati nilai tegangan masukan (Vcc). Tegangan keluaran

diambil di kaki kolektor fototransistor.

Pada kondisi terhalang dan tidak terhalang, optocoupler mempunyai persamaan:

cc

o V

V ≈

kondisi optocoupler terhalang ……… (2.2)

Ground V_o ≈

kondisi optocoupler tidak terhalang ……… (2.3)

2.4Pembanding

Penguat operasional (Op-amp) sebagai pembanding merupakan penguat DC yang digunakan dalam penerapan frekuensi rendah [4]. Penguat operasional sebagai pembanding mempunyai dua terminal masukan (tak membalik dan membalik) dan satu tegangan keluaran. Keluarannya ditunjukkan dengan persamaan berikut:

Vo ≈Vcc _{Vinlebih besar dari V}

ref ………. (2.4)

Vo ≈Ground _{Vinlebih kecil dari V}

ref ………. (2.5)

2.5 Relay

Relay adalah suatu piranti yang akan aktif bila ada arus listrik sehingga akan timbul medan magnet pada koil, yang berfungsi untuk mengoperasikan kontak. Relay mempunyai konektor-konektor seperti pada saklar manual, tetapi relay dikendalikan dengan menggunakan tegangan dari luar. Relay terdiri dari dua keadaan yaitu Normally Closed (NC) dan Normally Open (NO).

a. Normally Closed (NC)

Normally Closed adalah kondisi kontak mula-mula adalah terhubung (tertutup). Apabila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi terbuka.

b. Normally Open (NO)

0

= − −VRB VBE

Vin _{……… (2.6)}

2.6 LM 555

Multivibrator adalah rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan keluaran gelombang segi empat [4]. Untuk keluaran tinggi dan Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :

C R T f A 1 . 1 1 1 = =

………… (2.7) ; TP=1.1RAC _{……… (2.8)}

Agar pewaktu 555 memicu jenis operasi ini secara tepat, lebarnya pulsa pemicu (triggerinput) harus lebih kecil dari Ttinggi (Tp) dan sebuah jaringan pulsa pemicu diperlukan agar keluarannya

tidak berpindah pada ujung pulsa pemicu yang menuju positip (titik P) [4].

PERANCANGAN 3.1 Perancangan Mekanik

Dari gambar mekanik di atas, fungsi dari tiap bagian adalah sebagai berikut:

1. Bak penampungan air

Bak penampungan air ini berfungsi sebagai tempat penampungan air bersih yang pada akhirnya akan diteruskan atau dipompa menggunakan pompa air.

2. Wastafel

Wastafel ini berfungsi sebagai tempat mencuci tangan dilengkapi dengan sensor identifikasi, kran air, dan bak penampungan air kotor. laser pointer dan fototransistor digunakan untuk mendeteksi atau mengidentifikasi keberadaan suatu benda.

3.2Diagram Blok

Penjelasan secara umum dari diagram blok adalah sebagai berikut:

1. Blok sensor identifikasi

Pada perancangan ini, sensor identifikasi menggunakan sensor optocoupler yang berfungsi untuk mengaktifkan timer.

2. Blok timer

Rangkain timer ini menggunakan LM 555 yang berfungsi untuk mengatur waktu hidup pompa air. Blok ini mendapat masukan dari sensor identifikasi.

3. Blok pompa air

Pada perancangan ini, pompa air digunakan untuk memompa air dari bak penampungan menuju ke wastafel.

3.3Perancangan Sistem Elektronis

Komponen penyusun perancangan sistem elektronis terdiri dari sensor identifikasi, rangkaian timer, pengendali pompa air dan timer.

3.3.1 Sensor Identifikasi

Sensor identifikasi menggunakan rangkaian optocoupler terhalang ON yang dihubungkan dengan op-amp sebagai pembanding dan potensio sebagai pengatur sensitivitas sensor. Nilai VCC

yang digunakan adalah 12 V. Arus yang mengalir pada laser pointer adalah 30 mA, VLP = 2,4 V

sehingga nilai R1 dapat dicari sebagai berikut:

1 1 R LP CC I V V

R = −

; 1 30 103

6 , 9 − × = R = 330

Untuk mencari nilai R2, fototransistor dibuat agar berada pada kondisi saturasi dengan menentukan

VCE (saat saturasi) = 0,2V dan ICmax = 11,8mA. Sehingga dengan mengacu pada persamaan 2.3,

nilai R2 dapat dicari sebagai berikut:

3 2 10 8 , 11 2 , 0 12 − × − = R

3.3.2 Rangkaian Timer

Komponen penyusun perancangan rangkaian timer adalah Rangkaian LM 555 monostabil dan rangkaian trigger.

3.3.2.1 Rangkaian LM 555 Monostabil

Pada perancangan rangkaian LM 555, waktu yang diinginkan harus ditentukan terlebih dahulu . Waktu (Tp) yang digunakan adalah 5 detik. Waktu (Tp) yang diinginkan diperoleh dengan

menentukan nilai RA dan C. Nilai VCC yang digunakan adalah 12 V. Nilai C terlebih dahulu

ditentukan yaitu sebesar 10 µF, sehingga nilai RA dapat dicari dengan persamaan 2.8.

C T R P A 1 , 1 = ; Ω × = × ×

= ₋ 6

6 0,454545 10 10 10 1 , 1 5 A R

3.3.2.2 Rangkaian Trigger (Trigger Circuit)

Nilai Ri dan Ci harus diperhatikan dalam perancangan rangkaian trigger. Hasil perkalian dari Ri

Ci harus jauh lebih kecil dari TP. Nilai Ri dan Ci ditentukan sebagai berikut :

misal: Ri = 10 K dan Ci = 0,001 µ F

6 3 10 001 , 0 10

10× × × − =

× i

i C

R 6_s

10 10× −

=

Kegunaan dari rangkaian trigger ini adalah meminimalkan kesalahan dalam masukan yaitu berupa pulsa trigger.

3.3.3Pengendali Pompa Air dan Timer

Perancangan pengendali pompa air dan timer ini bertujuan agar pompa air dan timer dapat bekerja bersamaan (sinergi). Pompa yang digunakan memerlukan tegangan 220 V. Agar dihasilkan transistor dalam keadaan saturasi, dibutuhkan IC > ICmin dan IC < ICmax sehingga

digunakan IC = 300 mA. Saat Vin = +Vsat dan transistor saturasi dapat dihitung nilai resistor RB.

Rangkaian transistor sebagai relay ini menggunakan transistor NPN dengan jenis 2N2222, datasheet terlampir. 2N2222 memiliki ICmax = 800 mA, β = 75. Dengan menggunakan persamaan

2.6.

0

= − −VRB VBE

Vin _{dengan I}

B = IC /

= 300×10-3 / 75 = 4 mA

3 10 4 7 , 0 12 − × − = − = B BE B I V Vin R =2825

Pada kenyataan menggunakan nilai RB sebesar 2800 .

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Rangkaian Sensor

Rangkaian ini menggunakan 2 buah sensor optocoupler. Data untuk rangkaian sensor dan komparator ditunjukkan Tabel 4-1 sampai Tabel 4-3.

Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1

Kondisi Vopto (data)

Volt

Hambatan fototransistor k

tidak terhalang benda 9,95 1,6

terhalang benda 11,5 9

Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2

Kondisi Vopto (data)

Volt

Hambatan fototransistor k

tidak terhalang benda 10,4 2,2

tidak terhalang benda 0 0,4

terhalang benda 12 11,2

Data di atas terlihat perbedaan level tegangan keluaran antara kedua sensor. Sehingga pengaturan sensitivitas (Vref) mengacu ke level tegangan keluaran sensor optocoupler2 yaitu lebih

besar dari 10,4 V. Perbedaan level tegangan antara sensor optocoupler1 dan optocoupler2 tersebut dikarenakan perbedaan hambatan di dalam fototransistor.

4.2 Rangkaian Timer

Rangkaian timer ini memiliki bentuk keluaran gelombang timer seperti ditunjukkan pada Gambar 4-4

Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop digital

Dengan melihat Gambar 4-4 dapat dilihat hasil keluaran timer :

5 100 10%

5 5 , 5 = × − = waktu Galat

Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer ditunjukkan Tabel 4-5.

Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer R (teori)

M

R (data) M

0,4545 0,499

Nilai R pada kenyataannya mempunyai galat sebesar:

% 6 , 9 100 4545 , 0 4545 , 0 499 , 0 = × − = Galat

Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.8 dapat menghitung Tp yang dihasilkan ketika R

yang dipakai adalah 0,499 M .

C T R P A 1 , 1 = ; 6 6 10 10 1 , 1 10 499 ,

0 × × × × −

=

P

T _{= 5,489 s ≈5,5 s}

Apabila sensor tangan terhalang benda lebih dari 5 detik, maka terjadi tunda waktu untuk kondisi ON berikutnya. Gambar 4-5 akan menunjukkan gelombang keluaran tunda waktu ketika sensor tangan terhalang lebih dari 5 detik.

Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor terhalang lebih dari 5 detik Dengan melihat Gambar 4-5 dapat dihitung tunda waktu yang terjadi sebesar :

T

T1 T2

Nilai tunda waktu tersebut karena perpindahan posisi relay dari normally closed ke normally open. Tunda waktu tersebut dapat juga dilihat pada masukan rangkaian trigger. Gambar 4-6 menampilkan gelombang masukan rangkaian trigger.

Gambar 4-6 Gelombang masukan rangkaian trigger Tunda waktu dapat dihitung dari Gambar 4-7 yaitu:

Nilai tunda waktu ini sama dengan keluaran timer yaitu sebesar 70,3 ms.

4.3Rangkaian relay driver

Hasil pengamatan untuk rangkaian relay driver dapat dilihat pada Tabel 4-6.

Tabel 4-6. Data pengukuran transistor sebagai relay driver Kondisi Vtimer (teori)

Volt

Vtimer (data)

Volt

Ic (teori) mA

Ic (data) mA

VBE (teori-)

Volt

VBE (data)

Volt

Vrelay Volt

On 12 8,8 300 215,5 0,75 0,755 12

Off 0 0 0 0 0 0 0

Perbedaan nilai IC, VBE, Vtimer tidak mempengaruhi kerja sistem karena nilai tersebut masih

dapat mengaktifkan transistor sebagai relay. Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut:

V

Tegangan VBE mendekati tegangan 0,75 V transistor akan aktif. Saat transistor aktif,

pompa air mengalirkan air melalui selang menuju kran air.

Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan, dapat disimpulkan bahwa :

a) Alat cuci tangan otomatis ini dapat bekerja baik dengan waktu tunda sebesar 5,5 detik dengan galat sebesar 10%. Galat tersebut disebabkan karena toleransi yang ada dalam komponen resistor.

b) Jika sensor pendeteksi tangan terhalang benda lebih dari 5 detik maka akan terjadi tunda waktu 77ms untuk keadaan ON selanjutnya.

5.2 Saran

Saran untuk pengembangan alat ini adalah pengembangan untuk pengaturan timer agar dapat sesuai dengan waktu yang diinginkan, misalnya menggunakan microcontroller untuk pengaturan waktu yang diinginkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Magicien, LE, KEYCHAIN LASER DRIVER CIRCUIT.

http://www.geocities.com/lemagicien_2000/elecpage/chlaser/. Diakses pada 8 Juni 2007 [2] Uria, Tadius, 1988, Dasar-dasar transistor, Jakarta; Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. [3] Petruzella, Frank D, 1996, Elektronika Industri, Yogyakarta; Andi

T1