PEMANFAATAN SENSOR SUARA (TEPUK) SEBAGAI SAKLAR LAMPU SECARA OTOMATIS
Proyek
BENGKEL ELEKTRONIKA
Elkom A 2011 Lila Listiyani O (11050514053) Fachrory Akbar Ghozali (11050514208) Nia Hidayatur Rachma (11050514249) Moh. Ridwan Hanafi (11050514266)
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2014
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah rangkain laser yang berjudul “PEMANFAATAN SENSOR TEPUK SEBAGAI SAKLAR LAMPU OTOMATIS” dapat terselesaikan. Makalah ini tidak dapat diselesaikan dengan baik apabila tidak ada dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak, maka dari itu kami mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Bapak Nur Kholis, ST., MT selaku dosen pengampu Mata Kuliah Bengkel
Elektronika
yang
telah
membagikan
ilmu
dan
pengalamannya, motivasi kuat dalam setiap pertemuan, serta 2.
telah dengan sabar dalam membimbing Ayahanda dan Ibunda beserta Kakak-Adik kami, yang senantiasa mencurahkan doa, restu dan limpahan kasih sayangnya yang tak
3.
terhingga sampai kapanpun. Dan untuk sahabat-sahabat di S1 Pend. Teknik Elektro 2011 yang telah membantu, terima kasih kalian telah menjadi bagian dari penyemangat kami. Kami menyadari bahwa makalah rangkaian ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritikan yang berkonstruktif sangat diharapkan sebagai bahan pertimbangan untuk penulisan selanjutnya.
Surabaya, 12 mei 2014
Kelompok 2
BAB I PENDAHULUAN A.Latar Belakang Perkembangan teknologi dewasa ini begitu pesat hampir di seluruh
aspek
kehidupan,
salah
satunya
di
bidang
teknologi
elektronika. Kemajuan teknologi elektronika dan aplikasinya telah memberi banyak keuntungan bagi kehidupan manusia. Otomatis ini sudah menjadi kebutuhan dalam kehidupan sehari-hari. Dengan
perkembangan
peralatan
menggunakan
sistem
otomatisasi diharapkan mampu memberikan berbagai kemudahan khususnya
di
bidang
bisnis.
Dalam
usaha
peningkatan
mutu
pelayanan para pelaku bisnis di berbagai aspek memberikan media peralatan untuk memberikan kemudahan bagi
konsumennya,
terutama diaplikasikan pada bidang bisnis properti. Dengan adanya alat sensor tepuk sebagai saklar lampu otomatis, diharapkan memberikan nilai lebih bagi para konsumen. Sesuai dengan namanya, alat ini berfungsi untuk menerangi dalam ruang dengan sistem otomatis. Sehingga diharapkan alat ini dapat mempermudah konsumen dalam menyalakan lampu tanpa harus menekan tombol on atau off pada saklar. Saklar otomatis ini bersifat higienis dan tidak merusak dinding pada rumah. Arti higienis disini adalah saklar tidak menyebarkan kuman. Sebagai contoh saat tangan kita kotor dan ingin menyalakan lampu, tentu saja pertama kali kita akan memegang saklar itu dan menyalakan saklar lampu untuk mengalirkan arus sehingga dapat mengeluarkan cahaya dan menerangi ruangan tersebut.Pada saklar lampu yang konvensional tersebut, kuman akan berada pada saklar lampu karena saat pertama kali yang dilakukan setiap orang jika ingin menyalakan lampu adalah memegang saklar lampu itu dan menyalakan tombol on dan tombol off untuk mematikan lampu. Kuman yang menempel pada saklar kranakan makin banyak jika saklar lampu jarang dibersihkan. Masalah tersebut dapat diatasi dengan merancang suatu saklar lampu yang
akan berkerja secara otomatis jika ada tepukkan sekali untuk menyalakan
lampu
dan
sebaliknya
tepukkan
dua
kali
untuk
mematikan lampu. Dan sensor tepuk ini juga dapat merawat dinding rumah tanpa kita menempatkan saklar pada suatu sudut dinding di dalam maupun di luar rumah sehingga dapat menjaga dinding rumah. Saklar otomatis ini menggunakan prinsip sensor tepuk pada tangan yang menerima suara dari laser. Saat suara tepuk pada tangan terdengar sekali maka lampu akan menyala dan sebaliknya apabila suara tepuk dua kali dengan cepat tanpa ada jarak suara lama pada tepuk maka lampu akan mati. Dengan alat ini diharapkan dapat mengurangi pemborosan listrik dan tidak berkuman atau higienis. B.Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang diatas maka dapat ditarik rumusan masalah: 1. Bagaimana unjuk kerja dari sensor tepuk sebagai saklar lampu otomatis? 2. Bagaimana rancang bangun sensor tepuk sebagai saklar lampu otomatis? C.Tujuan Tujuan yang akan dicapai dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Merancang dan membuat suatu rangkaian elektronika agar saklar dapat bekerja secara otomatis. 2. Membuat alat yang dapat membantu manusia dalam menyalakan lampu dan mematikan lampu tanpa menyentuh. 3. Memberdayakan saklar konvensional dengan menambahkan alat kontrol untuk mengendalikan saklar.
BAB II PEMBAHASAN A.Teori Singkat 1. SCR FIR3D Silicon Controlled Rectifier ( SCR ) adalah salah satu komponen yang mirip dengan transistor karena memiliki tiga buah kaki. Tapi kaki pada SCR tidak sama dengan kaki yang terdapat pada transistor. Kaki yang terdapat pada SCR terdiri dari ; A = Anoda, G = Gate, K = Katoda. Jadi jelaslah bahwa fungsi SCR ini beda dengan transistor. SCR ini memiliki berbagai macam daya dan kekuatan, misalnya saja SCR yang memiliki daya dan kekuatan sebesar 100 V / 2A. Ini berartii SCR tersebut hanya bisa dipakai tidak lebih dari 2 Ampere atau sama dengan tak lebih dari 200 Watt. Fungsi SCR adalah sebagai pengatur daya dan juga sebagai saklar arus yang otomatis. Dengan karakteristik yang serupa tabung thiratron, maka SCR atau Tyristor (Therystor) masih termasuk keluarga semikonduktor. Kaki gate (G) adalah sebagai pengendalinya. Sebetulnya SCR terbuat dari bahan campuran P dan N. SCR berisi bahan-bahan yang terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut sebagai PNPN Trioda. 2. Resistor Pengertian resistor adalah salah satu komponen elekronika yang berfungsi sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa terminal dua komponen elektronik yang
menghasilkan tegangan pada terminal yang sebanding dengan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hukum Ohm (V = IR). Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negatif, tapi memiliki karakteristik utama yaitu resistensi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperatur, kebisingan, dan induktansi. Ohm yang dilambangkan
dengan
simbol
Ω(Omega)
merupakan
satuan
resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif. Resistor banyak sekali kegunaanya dalam rangkaian elektronika, misalnya : Sebagai
penghambat
arus
listrik Sebagai pembagi tegangan Sebagai
pengaman
berlebih Sebagai pembagi arus
arus
3. Transistor Transistor peranan
adalah
penting.
pengetahuan dasar.
komponen Untuk
elektronika
mengenalnya
yang
memegang
dibutuhkan
sejumlah
Transistor banyak dibutuhkan atau hampir
semua rangkaian elektronika membutuhkannya. Meskipun dalam rangkaian elektronika itu ada IC, namun transistor tak bisa ditinggalkan. Misalnya pada pesawat penerima radio transistor, pesawat
pemancar,
dan
lain
sebagainya,
semuanya
butuh
transistor. Ada 2 jenis transistor yaitu transistor tipe P – N – P dan transistor jenis N – P – N. Transistor NPN adalah transistor positif dimana transistor dapat bekerja mengalirkan arus listrik apabila basis dialiri tegangan arus positif. Sedangkan transistor PNP adalah transistor negatif,dapat
bekerja
mengalirkan
arus
apabila
basis
dialiri
tegangan negatif.
Gambar 2.3. Simbol transistor. Dalam
dunia
elektronika, fungsi
transistor ini
berikut: Sebagai sebuah penguat (amplifier). Sirkuit pemutus dan penyambung (switching). Stabilisasi tegangan (stabilisator). Sebagai perata arus. Menahan sebagian arus. Menguatkan arus. Membangkitkan frekuensi rendah maupun tinggi. Modulasi sinyal dan berbagai fungsi lainnya.
adalah
sebagai
4. Dioda
Gambar 2.4. Simbol Dioda. Dioda adalah komponen aktif semi konduktor yang terdiri dari persambungan
(junction)
P-N.
Sifat
dioda yaitu
dapat
menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik. Dioda berasal dari pendekatan kata dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Dioda semi konduktor hanya melewatkan
arus
searah
saja
(forward),
sehingga
banyak
digunakan sebagai komponen penyearah arus. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup. Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya
terdapat
garis
yang
melintang.
Simbol
tersebut
sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N). Fungsi Dioda: 1. Sebagai penyearah, untuk dioda bridge 2. Sebagai penstabil tegangan (voltage regulator), untuk dioda zener 3. Pengaman / sekering
4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas / membuang level sinyal yang ada di atas
atau di bawah level tegangan
tertentu. 5.
Sebagai
rangkaian
clamper,
yaitu
untuk
menambahkan
komponen DC kepada suatu sinyal AC 6. Sebagai pengganda tegangan. 7. Sebagai indikator, untuk LED (light emiting diode) 8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier 9. Sebagai sensor cahaya, untuk dioda photo 10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), untuk dioda varactor 6.
Sensor Suara (Mic Condenser)
Sensor suara adalah sensor yang cara kerjanya merubah besaran suara menjadi besaran listrik, dan dipasaran sudah begitu luas penggunaannya. Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu electric condenser microphone atau mic kondenser. ECM atau Electric Condenser Microphone atau biasa juga disebut mic kondenser adalah microphone yang terbuat dari lempeng konduktor tipis membentuk sebuah kapasitor yang dapat berubah-ubah nilai kapasitasnya sesuai dengan getaran suara yang diterima.
7. IC Timer NE 555 IC timer 555 atau sering disebut dengan IC 555 adalah salah satu IC yang sangat populer. Populer disini karena banyak sekali kegunaan dari IC ini, dan banyak orang tertarik menggunakannya dengan berbagai fungsi yang ada didalamnya. Bagi penggemar elektronika pastinya sudah banyak tau dan tidak asing lagi dengan IC yang satu ini. IC ini pertama kali diperkenalkan oleh signetics corporation sebagai SE555/NE555 dan disebut “The IC Time Machine” yang merupakan mesin timer pertama dan dikomersialkan. Sampai saat ini, sudah berpuluh-puluh tahun, IC ini masih tetap populer walaupun sudah banyak variasinya. Ada yang membuat versi CMOS nya, contohnya dari Motorola MC1455 yang cukup populer juga karena sering digunakan. Seperti yang kita ketahui bahwa rangkaian dengan transistor berteknologi CMOS sangat sedikit dalam hal konsumsi daya, dengan kata lain tidak boros energy, selain itu CMOS juga lebih cepat dalam hal switching dari high ke low dan juga sebaliknya(responsenya cepat, secara logika rangkaian tidak ada time constant). Selain NE555, saat ini banyak dipasaran adalah dari National yaitu LM555. Adapun 556 yang merupakan versi dual dari 555. Kalau pada 555 terdapat 8-pin dalam packagenya, 556 tampil dengan 14-pin. Akan tetapi IC556 ini tidak mudah untuk didapatkan. Toko komponen elektronik berskala kecil biasanya tidak menyimpan stok IC yang satu ini. Fungsi dari IC555 bisa bermacam-macam, karena dapat menghasilkan sinyal pendetak/sinyal kotak. Tergantung kreativitas saja untuk merangkainya, beberapa diantaranya adalah sebagai clock untuk jam digital, hiasan menggunakan lampu LED, menyalakan 7-segment dengan rangkaian astable, metronome dalam industry music, timer counter, atau dengan lebih dalam mengutak-atik
lagi
dapat
memberikan
PWM
(pulse
width
modulation) yang mengatur frekuensi sinyal logika high untuk mengatur duty cycle yang diinginkan.
B. Skema Rangkaian Daftar Komponen: Lampu Tepuk komponen R1 = Resistor 27k R2 = Resistor 6k8 R3 = Resistor 470k R4 = 47k R5 = 10k R6, R7 = 15k C1 = 203 C2 = 103 C3 = 104 C4 = 4.7 uF /16volt C5 = 470 uF / 25volt D1, D2, D3, D4, D5 = 1N4007 Diode zener 1N4733A 5volt Tr1 = Fcs 9013 IC1 = NE 555 IC2 = CD 4017 SCR atau FIR3D Microphone : Mic Condensor kaki dua Rangkaiannya :
Menggunakan Software Dip Trace v 2.3.10 Layout PCB pada software DipTrace :
C. Layout PCB Dari Sisi Bawah Dan Atas :
D. Hasil Rangkaian:
Foto papan PCB sebelum di solder dengan timah
Foto papan PCB dari atas
Foto sebelum sesudah di tepuk
E. Analisis Rangkaian a. R1=27K, R2=6K8 fungsinya adalah sebagai penurun tegangan yang masuk pada kaki kondensor sebesar 3 volt dan emitor pada kaki transistor tidak kurang dari 0,7 volt agar transistor dapat aktif, b. sedangkan C1=203 dan R3 =470k berfungsi sebagai pembangit frekuensi dengan bantuan transistor 1 c. R4=47K dan C4= 4.7uF/16v sebagai pembagi tegangan sekaligus filter yang akan masuk pada IC1 = NE 555 yaitu sebesar 5volt d. R5= 10K sebagai pembagi tegangan yang masuk pada transistor agar tidak ada arus balik besar yang akan masuk pada IC e. R6,R7=15k adalah rangkaian seri yang berfungsi sebagai penurun tegangan f. C2=103 berfungsi sebagai filter yang akan masuk pada pin 2. g. C3=104 dan C4= 4.7uF berfungsi sebagai kopling sekaligus untuk mencegah percikan api saat switch dinyalakan. h. C5=470uF/25v berfungsi mencegah percikan api serta sebagai penyimpan muatan agar tegangan yang masuk pada rangkaian stabil. i. D1,D2,D3,D4,D5 = 1N4007 berfungsi sebagai penyearah dan sebagai regulator (penstabil tegangan) j. D ZENER = 5V1 fungsi utamanya sebagai penstabil tegangan ,agar tegangan yg masuk ke IC tidak terlalu tinggi sehingga awet dan tidak rusak karena kelebihan tegangan. k. TR1=FCS 9013 sebagai penguat dari sensor suara yang dihasilkan oleh kondensor. l. IC1=NE 555 digunakan sebagai Time Delay Generator , IC ini akan bekerja jika ada suara tepuk 1 kali, jika ada tepuk 2 kali secara bersamaan, maka akan di terjemahkan dan disamakan dengan 1 tepuk saja serta untuk membentuk pulsa clock, yang berfungsi sebagai timer untuk menghasilkan denyutan (pulse) sebagai penggerak IC 4017. m. IC2= CD 4017 sebagai pengendali output ke lampu. n. SCR= FIR3D / 2P4M sebagai pengatur daya dan juga sebagai saklar arus yang otomatis, Tyristor ini mampu bekerja pada tegangan tinggi sampai 400volt (sesuai data sheet). o. MIC = MIC KONDENSOR 2 KAKI berfungsi sebagai sensor suara agar dapat menangkap suara tepuk dari luar. Cara Kerja Rangkaian
Ketika ada suara tepuk maka kondensor akan menangkap getaran dan mengubahnya menjadi sinyal listrik, sinyal listrik yang masih kecil ini diperkuat oleh
Transistor TR1 FCS 9013,
hasilnya
c2
dimasukkan
ke
capasitor
untuk
di
filter
dan
dimasukkan ke IC NE 555 untuk mendapatkan delay sinyal 1 tepukan saja, jika sinyal sudah besar kapasitor c4 akan terisi dan tegangannya akan tinggi, yang kemudian masuk pada IC2 CD
4017 yang kalau mendapatkan tegangan akan selalu mengubah status outputnya. Pada output IC CD 4017 dipasangkan penguat Tyristor FIR3D tipe 2P4M sebagai switch untuk menghidupkan lampu. Hasil pengukuran Pengukuran dilakukan di output rangkaian tepatnya pada kaki lampu. Pada saat pertama kali disambungkan dengan tegangan 220v lampu langsung menyala, dikarenakan pada saat offline Transistor FIR3D bernilai 1. Kemudian selanjutnya jika ada tepukan 1 kali lampu akan mati dan kami ukur dengan multimeter tidak ada tegangan yang mengalir, dan selanjutnya pada saat ada tepukan sekali lagi pada output terdapat tegangan 220v.
BAB III PENUTUP A.Kesimpulan Dari hasil uji coba diketahui bahwa rangkaian switch dapat membuat saklar bekerja secara otomatis. Mengalirkan arus sehingga mengeluarkan cahaya saat dibutuhkan dan berhenti ketika tidak dibutuhkan. Dengan demikian merupakan
suatu
penghematan
energi listrik. Namun manfaat yang paling utama dari alat ini yaitu higienis dan menjaga dinding untuk tidak di lubangi sebagai tempat saklar. Kita dapat menyalakan lampu tanpa harus memegang saklar tombol on dan off. Pada saklar biasa, kuman dapat menumpuk pada tombol saklar on-off. Namun pada saklar otomatis ini hal tersebut tidak perlu dikhawatirkan lagi. Setelah cahaya yang dikeluarkan untuk ruangan tersebut mencukupi dan tidak di butuhkan lagi seperti ketika pagi hari kita tidak perlu menekan tombol off pada saklar tetapi hanya dengan menepuk tangan secara dua kali dengan cepat maka lampu akan mati dengan sendirinya begitu sebaliknya apabila kita menepuk tangan sekali maka lampu akan menyala dengan sendirinya karena pada rangkaian ini menggunakan sensor mic condensor yang berguna untuk menangkap suara tepuk pada tangan dari kita.
B.Saran Jika ada kekurangan dalam penulisan makalah ini,
penulis
bersedia menerima kritik dan saran dari pembaca. Karena Sensor tepuk sebagai saklar lampu otomatis ini merupakan sistem yang sederhana tentunya sistem ini mempunyai beberapa keunggulan. Tapi tidak menutup kemungkinan jika dikemudian hari ingin lebih dikembangkan. Pengembangan – pengembangan yang bisa dilakukan yaitu diantaranya: 1. Menambahkan remote control sebagai input data saat dilakukan setting manual agar bisa dikendalikan dengan jarak jauh.
C. Daftar Pustaka Subo, btp. 2011. "Rangkaian lampu tepuk. Antaranews. Diakses dari http://subobtp.blogspot.com/2011/02/lampu-tepuk-menyalakan-ataumematikan.html pada 24 april 2014.
