MODUL 4 ELEKTRONIKA

HALAMAN UTAMA

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

KONTROL TOILET

DAFTAR ISI

Percobaan ...

1. Pendahuluan[Kembali]

Dalam era modern, kebutuhan akan sistem otomatisasi semakin meningkat untuk mendukung kenyamanan, efisiensi, dan kebersihan di berbagai fasilitas umum, termasuk toilet. Salah satu bentuk penerapan teknologi otomatisasi adalah penggunaan sensor untuk mengontrol perangkat yang berkaitan dengan kebersihan dan pengelolaan air.

Touch sensor digunakan sebagai pemicu untuk mengaktifkan kipas (fan) yang berfungsi mengeringkan tangan pengguna secara otomatis, sehingga lebih higienis dan praktis dibandingkan penggunaan tisu.

Water level sensor berperan dalam mendeteksi ketinggian air pada bak penampungan. Sensor ini akan mengontrol pompa air agar dapat menjaga volume air tetap stabil, mencegah pemborosan, serta memastikan ketersediaan air yang cukup untuk kebutuhan toilet.

Dengan kombinasi kedua sensor tersebut, sistem ini diharapkan mampu meningkatkan efisiensi penggunaan air dan energi, sekaligus memberikan pengalaman yang lebih nyaman dan higienis bagi pengguna.

2. Tujuan[Kembali]

Penerapan sistem kontrol toilet berbasis sensor ini memiliki beberapa tujuan utama, yaitu:

Mengembangkan sistem otomatisasi toilet yang lebih modern, efisien, dan ramah lingkungan.
Memanfaatkan touch sensor untuk mengaktifkan kipas pengering tangan secara otomatis, sehingga meningkatkan kebersihan dan mengurangi penggunaan tisu.
Menggunakan water level sensor untuk mengontrol pompa air, menjaga kestabilan volume air pada bak penampungan, serta mencegah pemborosan air.
Memberikan solusi praktis dalam pengelolaan fasilitas toilet dengan teknologi sensor yang mudah diterapkan.
Menjadi dasar pembelajaran dan penerapan konsep kontrol otomatis dalam bidang elektronika.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

1. Breadboard

2. Kotak Plastik

3. Power Supply 5V

4. Adapter 12V

5. Jumper

B. Bahan

1. TouchSensor

2. Water Level Sensor

3. Operational Amplifier tipe 393

4. Transistor 2SD882

Spesifikasi:

Karakteristik:

5. Potensiometer

6. Resistor

Tabel Warna

7. Relay

8. Pompa DC 5V

9. Motor DC 5V

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Sensor Touch
Sensor touch digunakan untuk mendeteksi sentuhan pada permukaannya. Ketika disentuh, sensor akan mengubah kondisi keluarannya dari LOW ke HIGH (atau sebaliknya), sehingga dapat berfungsi sebagai tombol sentuh otomatis tanpa komponen mekanik. Sensor ini cocok digunakan pada sistem kontrol sederhana, panel sentuh, dan perangkat otomatisasi yang membutuhkan input dari sentuhan manusia.

2. Water Level Sensor

Water level sensor digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau ketinggian air pada suatu permukaan. Ketika air menyentuh jalur konduktif pada sensor, nilai resistansi akan berubah dan menghasilkan sinyal analog atau digital. Perubahan ini dapat digunakan sebagai pemicu otomatisasi, seperti sistem peringatan banjir, pendeteksi kebocoran air, atau kontrol pompa.

3. Operational Amplifier tipe 393

LM393 adalah IC pembanding tegangan yang banyak digunakan, tersedia dalam paket Dip 8-pin, SO-8, dan lainnya. LM393 berisi dua penguat operasional pembanding presisi tinggi independen yang dapat ditenagai dari satu atau dua catu daya.

Rentang tegangan suplai yang lebar memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi. Chip ini membutuhkan arus operasi yang rendah, yang sangat cocok untuk peralatan portabel dan bertenaga baterai, dan sistem logika penggerak keluarannya dapat digunakan dalam sirkuit digital. LM393 memiliki arus keluaran maksimum 20 mA, cukup untuk menggerakkan transistor dan sistem logika.

Pin 1: Output 1, pin keluaran penguat operasional 1

Pin 2: Input pembalik 1, pin input pembalik dari op amp 1

Pin 3: Input non-pembalik 1, pin input non-pembalik op amp 1

Pin 4: GND, Ground Ini adalah pin ground IC dan perlu dihubungkan ke terminal negatif (-) dari tegangan suplai

Pin 5: Input pembalik 2, pin input non-pembalik dari op amp 2

Pin 6: Input non-pembalik 2, pin input pembalik op amp 2

Pin 7: Output 2, ini adalah pin output dari op amp 2

4. Transistor 2SD882

Transistor D882 , juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:

Karakteristik:

5. Potensiometer

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

Pin Out:

6. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel Warna

7. Relay

Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme.

8. Pompa 5 V

Pompa air adalah alat atau perangkat mekanik yang digunakan untuk memindahkan air dari satu tempat ke tempat lain dengan cara memberikan energi mekanik pada fluida tersebut, sehingga air dapat mengalir dari daerah bertekanan rendah ke daerah bertekanan tinggi. Pompa air bekerja dengan prinsip mengubah energi mekanik menjadi energi tekanan dan kecepatan pada fluida (air) sehingga air dapat mengalir dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.

9. Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion).

Built-in gearbox
Vsuplai : DC 5V
Arus : 2 A
Speed : 9100rpm at 5V
Ratio gear : 1:21
Dimensi body : panjang 5 cm x diameter 2,5 cm
Dimensi shaft : panjang 1 cm x diameter 4 mm
Berat : 0,2 Kg

4. Dasar Teori [Kembali]

A.Water Level Sensor

Secara umum, sensor water level bekerja dengan mendeteksi keberadaan air berdasarkan daya hantar listrik (konduktivitas). Air, terutama air yang mengandung mineral, dapat menghantarkan arus listrik. Ketika air menyentuh elektroda sensor, arus kecil akan mengalir di antara terminal sensor. Arus ini kemudian menghasilkan tegangan keluaran yang dapat diolah untuk menentukan posisi ketinggian air.

Dalam sistem kontrol tangki air, sensor ini biasanya memiliki beberapa titik deteksi (low, medium, dan high).

Titik low mendeteksi jika air sudah berada di batas bawah, menandakan pompa harus dinyalakan.
Titik high mendeteksi jika air sudah mencapai batas atas, menandakan pompa harus dimatikan.
Tegangan dari masing-masing titik sensor dibandingkan dengan nilai referensi oleh op-amp. Ketika perbandingan menunjukkan bahwa air telah mencapai batas tertentu, op-amp akan mengaktifkan atau menonaktifkan

Spesifikasi Sensor Water Level

Tegangan kerja 3,3–5 V DC.
Arus kerja sekitar 10–20 mA.
Keluaran berupa sinyal analog atau digital.
Rentang deteksi 0–40 mm atau lebih tergantung tipe.
Bahan tahan air dan korosi.
Suhu kerja 0–80°C.
Akurasi ±2–5 mm.
Memiliki tiga pin: VCC, GND, dan OUT.
Dapat digunakan dengan mikrokontroler seperti Arduino atau PLC.

Karakteristik Sensor Water Level

Mendeteksi dan mengukur ketinggian air dalam wadah atau tangki.
Bekerja berdasarkan perubahan konduktivitas, tekanan, atau jarak permukaan air.
Memiliki beberapa jenis seperti pelampung, ultrasonik, kapasitif, dan konduktif.
Menghasilkan sinyal analog atau digital untuk sistem kontrol.
Memiliki akurasi dan sensitivitas tinggi terhadap perubahan level air.
Terbuat dari bahan tahan air dan korosi.
Digunakan pada sistem otomatis seperti tangki air, inkubator, dan irigasi.

B. Thermistor NTC 3950 (Sensor Suhu)

Thermistor NTC 3950 adalah sensor suhu berbasis komponen semikonduktor yang memiliki nilai resistansi listrik yang menurun seiring meningkatnya suhu. Istilah NTC (Negative Temperature Coefficient) berarti koefisien suhu negatif, yaitu ketika suhu naik, hambatan listriknya turun. Sensor ini memiliki karakteristik sensitivitas tinggi, respon cepat, dan akurasi baik, sehingga banyak digunakan dalam sistem pengendalian suhu seperti inkubator, pemanas air, printer 3D, dan perangkat pendingin. Angka 3950 menunjukkan konstanta beta (β) yang menggambarkan hubungan antara resistansi dan suhu, dengan nilai khas 3950 K yang menunjukkan kestabilan dan presisi tinggi dalam rentang suhu -40°C hingga 125°C.

Cara Kerja:

Saat suhu berubah, material semikonduktor pada thermistor merespons perubahan tersebut.
Ketika suhu naik, resistansi menurun; saat suhu turun, resistansi meningkat.
Perubahan resistansi diubah menjadi sinyal tegangan oleh rangkaian pembaca.
Mikrokontroler membaca sinyal dan mengonversinya menjadi nilai suhu.
Data suhu digunakan untuk pemantauan atau pengendalian sistem otomatis.

Spesifikasi Thermistor NTC 3950 (Sensor Suhu)

Jenis sensor: NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor
Nilai resistansi nominal: 10 kΩ pada suhu 25°C
Konstanta Beta (β): 3950 K
Rentang suhu operasi: -40°C hingga +125°C
Toleransi resistansi: ±1% hingga ±5% (tergantung tipe)
Tegangan kerja: 3,3 V – 5 V DC (tergantung rangkaian pembaca)
Bahan pelindung sensor: Stainless steel tahan air
Panjang kabel: Umumnya 1 meter (bisa bervariasi)
Tipe keluaran: Analog (berupa perubahan resistansi terhadap suhu)

Karakteristik Thermistor NTC 3950

Koefisien suhu negatif – Nilai resistansi menurun ketika suhu meningkat.
Sensitivitas tinggi – Mampu mendeteksi perubahan suhu kecil dengan cepat.
Respon cepat – Perubahan resistansi terjadi hampir seketika saat suhu berubah.
Akurasi baik – Memiliki konstanta Beta 3950 yang menunjukkan kestabilan pengukuran suhu.
Rentang suhu lebar – Dapat bekerja pada kisaran suhu -40°C hingga +125°C.
Tahan air dan korosi – Dilengkapi pelindung stainless steel agar aman digunakan di lingkungan lembap.
Keluaran analog – Menghasilkan perubahan resistansi yang dapat dikonversi menjadi sinyal tegangan.
Mudah diintegrasikan – Kompatibel dengan berbagai sistem mikrokontroler seperti Arduino atau ESP32.

C. Transistor BC547

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP.

Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.
Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

Rumus :

Konfigurasi transistor bipolar :

Cara mengukur transistor bipolar

Karakteristik input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

D. OP-AMP

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian dasar Op-Amp

1. Detektor Non-Inverting

Detektor non-inverting adalah rangkaian penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mendeteksi dan memperkuat sinyal input tanpa membalik fasa sinyal tersebut. Artinya, polaritas sinyal keluaran tetap sama dengan sinyal masukan, tidak mengalami pembalikan seperti pada konfigurasi inverting.

Dalam konfigurasi ini, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (–) digunakan sebagai umpan balik (feedback). Rangkaian ini mampu memperkuat sinyal kecil menjadi lebih besar dengan gain positif, sehingga sering digunakan pada sensor, detektor sinyal, dan sistem penguat otomatis.

Gelombang Input dan Output

Fungsi Detektor Non Inverting

Detektor non-inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal input tanpa mengubah polaritas atau fasa sinyal tersebut. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan dari sensor atau sumber sinyal lain dengan cepat dan akurat. Karena memiliki impedansi input yang tinggi dan output yang searah dengan input, detektor non-inverting mampu menjaga kestabilan serta keaslian bentuk sinyal. Komponen ini banyak diterapkan dalam sistem sensor dan kontrol otomatis sebagai penguat deteksi yang mengaktifkan aktuator berdasarkan perubahan sinyal masukan.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja detektor non-inverting adalah ketika sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) pada op-amp, tegangan output akan mengikuti perubahan sinyal input tanpa membalik polaritasnya. Jika tegangan input melebihi tegangan referensi pada terminal inverting (–), maka output akan berubah ke tegangan maksimum positif, dan sebaliknya jika lebih rendah, output menjadi tegangan minimum (negatif). Proses ini memungkinkan detektor mengenali dan memperkuat perubahan sinyal input dengan cepat tanpa pembalikan fasa, sehingga sering digunakan dalam sistem pendeteksi level atau pembanding tegangan.

Kurva Karakteristik I/O

2. Detektor Inverting

Detektor inverting adalah rangkaian elektronika yang menggunakan konfigurasi op-amp dengan sinyal input dimasukkan ke terminal inverting (–), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke tegangan referensi. Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan sinyal masukan dengan menghasilkan keluaran yang berlawanan fasa (terbalik polaritasnya) terhadap sinyal input. Artinya, ketika tegangan input meningkat, output justru menurun, dan sebaliknya. Detektor inverting banyak digunakan dalam sistem kontrol dan penguat sinyal untuk menghasilkan respon kebalikan dari sinyal masukan.

Prinsip Kerja:

Prinsip kerja detektor inverting yaitu ketika sinyal input diberikan pada terminal inverting (–) op-amp, maka output akan berubah dengan polaritas berlawanan terhadap sinyal masukan. Jika tegangan input lebih besar dari tegangan referensi pada terminal non-inverting (+), output akan menjadi negatif (−V_sat), sedangkan jika tegangan input lebih kecil, output berubah menjadi positif (+V_sat). Dengan demikian, detektor inverting bekerja dengan membalik fasa sinyal masukan dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan kondisi perbandingan antara tegangan input dan referensi.

Bentuk Gelombang Input/Output

Karakteristik I/O

Cari Blog Ini

PERKULIAHAN ELEKTRONIKA