TUGAS SISTEM KONTROL 2 “APLIKASI SENSOR
RESISTANSI DUA PELAT
DAN ULTRASONIK”
Oleh :
MOCHAMAD MIFTACHUL ARIF
101910201024 KELAS B
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO STRATA 1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER 2012 APLIKASI SENSOR UNTUK WATER LEVEL CONTROL
Penampungan air ini bisa berupa ground tank, roof tank, tanki air atau sering disebut tandon air dan bermacam-macam tempat penampungan buatan yang lain. Tujuan dibuat penampungan air ini adalah untuk menampung sekian liter/meter kubik air dengan jumlah yang banyak atau minimal untuk keperluan dalam jangka waktu tertentu, misalnya satu hari dan seterusnya. Maksudnya adalah untuk mengantisipasi jika sewaktu-waktu sumber supply air tidak bisa mensupply air karena adanya gangguan jaringan (PAM) atau di daerah yang kering karena sumurnya sudah tidak bisa disedot lagi oleh pompa dan harus menunggu 1 hari untuk bisa disedot. Satu kali pompa menyala berarti hanya satu kali terjadi lonjakan arus listrik yang terjadi ketika pompa start, dan hal ini sangat menghemat energi listrik. Sangat berbeda jika pompa menyala ketika seseorang membuka keran hanya untuk mencuci tangannya dan sebentar lagi pompa mati ketika keran ditutup. Jika hal ini terjadi berkali-kali dalam satu hari saja, maka sudah terjadi berkali-kali juga pompa menyala-mati (start-stop) yang berarti terjadi berkalikali juga lonjakan arus pada start-pompa, ini adalah pemborosan. Oleh karena itu penampungan air sangat diperlukan. Penampungan/tanki air yang berada di atas atap rumah/gedung pastinya memerlukan pompa untuk mengisinya, dan untuk menghidupkan pompa tersebut diperlukan orang untuk melakukannya. Sedangkan ketika orang lupa menghidupkan pompa dan air dalam tanki sudah hampir habis, maka ini bisa mengganggu rutinitas yang ada hubungannya dengan konsumsi air, begitu juga ketika orang lupa mematikan pompa dan air dalam tanki sudah hampir penuh dan meluber, maka ini juga pemborosan, baik pemborosan air maupun pemborosan energi listrik. Untuk mengantisipasi masalah di atas, maka diperlukan sebuah sistem atau alat yang bisa mengendalikan kerja pompa, yaitu dengan sensor yang mengetahui secara otomatis saat air tandon sedikit atau penuh. Berikut penjelasan prinsip kerja macam-macam sensor yang di aplikasikan untuk water level controler.
1
A. PENGUKURAN LEVEL AIR DENGAN SENSOR RESISTANSI DUA PELAT 1.
Water Level Control Menggunakan RS Flip-Flop NAND Gate
Flip-flop adalah keluarga Multivibrator yang mempunyai dua keadaaan stabil atau disebut Bistabil Multivibrator. Rangkaian flip-flop mempunyai sifat sekuensial karena sistem kerjanya diatur dengan jam atau pulsa, yaitu sistem-sistem tersebut bekerja secara sinkron dengan deretan pulsa berperiode T yang disebut jam sistem (System Clock atau disingkat menjadi CK). fungsi rangkaian flip-flop yang utama adalah sebagai memori (menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit. RS Flip-Flop yaitu rangkaian Flip-Flop yang mempunyai 2 jalan keluar Q dan Q (atasnya digaris). Simbol-simbol yang ada pada jalan keluar selalu berlawanan satu
dengan yang lain. RS-FF adalah flip-flop dasar yang memiliki dua masukan yaitu R (Reset) dan S (Set). Bila S diberi logika 1 dan R diberi logika 0, maka output Q akan berada pada logika 0 dan Q not pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika 0 maka keadaan output akan berubah menjadi Q berada pada logik 1 dan Q not pada logika 0. Sifat paling penting dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah satu dari dua keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II diperoleh saat Q=0 dan Q not = 1 yang diperlihatkan pada gambar berikut:
2
Tabel Kebenaran: S 0 0 1 1 1 0 1
B 0 1 1 0 1 0 1
Q 1 1 1 0 0 1 Qn
̅
1 0 0 1 1 1 ̅
Keterangan Terlarang Set (memasang) Stabil I Reset (melepas) Stabil II Terlarang Memori (mengingat)
Yang dimaksud kondisi terlarang yaitu keadaaan yang tidak diperbolehkan kondisi output Q sama dengan Q not yaitu pada saat S=0 dan R=0. Sedangkan yang dimaksud dengan kondisi memori yaitu saat S=1 dan R=1, output Q dan Qnot akan menghasilkan perbedaan yaitu jika Q=0 maka Qnot=1 atau sebaliknya jika Q=1 maka Q not =0. Rangkaian water level control ini dibuat dari RS flip-flop NAND gate. NAND gate G1, G2 dan G3 adalah IC CD4011 yang dikonfigurasikan sebagai RS flip-flop. Rangkaian water level control ini dapat memonitor ketinggian level air dalam suatu bak berdasarkan logika yang diterima pada jalur sensor Treshold dan Trigger yang di pasang pada bak air. Treshold sensor berfungsi memonitor titik tertinggi air yang diperbolehkan kemudian trigger sensor berfungsi sebagai batas minimal air yang diperbolehkan.
Rangkaian water level control ini akan memonitor air pada bak, apabila air dalam kondisi minimum kemudian sensor trigger dan treshold berlogika tinggi semua maka rangkaian akan menyalakan pompa air (melalui relay) untuk mengisi air dalam bak tersebut. Kemudian pada saat air menyentuh sensor treshold sehingga sensor treshold dan triger berlogika rendah semua maka pompa air dimatikan melalui relay dan pengisian air berhenti. Proses kerja ini akan terus berulang pada rangkaian Water Level Control RS Fliop-Flop ini.
3
2.
Pengisian Tandon (Tangki) Air Otomatis Berbasis ATMEGA 8535
Pada aplikasi ini menggunakan prinsip penekanan push button sebagai cara untuk mendeteksi level air (sensor level air). Terdapat 2 buah sensor level air yaitu MAX dan MIN, sedangkan GND digunakan untuk mendeteksi sensor mana yang sedang terbaca. Cara kerjanya jika air berada dibawah sensor MIN maka sensor MIN (PC3) akan belogika high. Kemudian jika air berada diatas sensor MIN maka sensor MIN (PC3) akan berlogika low (terhubung ke GND karena terkena air). Begitu juga untuk sensor MAX (PC2), jika air sudah penuh (menyentuh sensor MAX) maka yang awalnya sensor MAX (PC2) berlogika high akan berubah menjadi low. Dengan kata lain jika tangki air sedang kosong maka sensor MIN dan MAX akan berlogika high dan jika air sudah penuh sensor MIN dan sensor MAX akan berlogika low. Kemudian terdapat duah buah saklar yaitu saklar MODE dan POMPA. Saklar MODE digunakan untuk pemilihan mode yaitu otomatis dan manual. Jika mode otomatis maka motor pompa akan bekerja (mengisi) jika tangki air sedang kosong (dibawah sensor MIN), dan akan berhenti mengisi ketika terdeteksi sensor MAX (penuh). Untuk mode manual motor pompa dapat dinyalakan secara manual menggunakan saklar POMPA, jika dinyalakan motor pompa tersebut dan air sudah penuh, maka saya buat motor pompa tersebut mati dengan sendirinya. Dan terdapat beberapa LED yang digunakan sebagai indikator untuk masing-masing parameter.
4
B. Pengukuran Level Air Dengan Sensor Ultrasonik
Pengukuran ini menggunakan sensor ultrasonic ( Ultrasonic Sensory Unit ), prinsip kerjanya adalah :
Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi ( V ) yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.
Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :
dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
5
Lebih jelas bisa dilihat pada ilustrasi di bawah ini :
Pemancar Ultrasonik (Transmitter)
Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinewave berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonic.
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler. 2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3 kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor. 3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
6
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V)
Penerima Ultrasonik ( Receiver)
Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).
7
Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2. 2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. 3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. 4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. 5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3. 6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.
8
