[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan
a) Prosedur
b) Hardware
c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
d) Flowchart
e) Video Demo
f) Download File

*Klik teks untuk menuju

MODUL 4

KONTROL KEAMANAN PABRIK KARET

---

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam lingkungan industri pabrik karet, aspek keamanan menjadi faktor yang sangat penting untuk diperhatikan. Proses produksi yang melibatkan bahan mudah terbakar serta area penyimpanan yang sensitif menuntut adanya sistem pemantauan yang responsif dan dapat bekerja secara otomatis. Tanpa adanya sistem pengamanan yang baik, potensi bahaya seperti kebakaran, korsleting, atau kondisi lingkungan yang tidak terpantau dapat mengakibatkan kerugian besar bagi perusahaan.

Pada era modern ini, penerapan teknologi sensor telah memberikan solusi praktis dalam meningkatkan keselamatan industri. Sistem keamanan yang dirancang dengan memanfaatkan sensor cahaya (LDR) dan sensor api (Flame Sensor) dapat mendeteksi kondisi abnormal dengan lebih cepat dan akurat. Melalui pengolahan sinyal sederhana, sistem mampu memberikan peringatan dini, menyalakan alarm, mengaktifkan indikator LED, hingga memicu pompa air sebagai respon otomatis ketika terjadi ancaman kebakaran.

2. Tujuan [Kembali]

a. Mendeteksi kondisi keamanan lingkungan pabrik secara otomatis menggunakan sensor cahaya (LDR) dan sensor api sebagai alat pemantau utama..
b. Memberikan peringatan dini melalui indikator alarm ketika kondisi berpotensi membahayakan, seperti adanya api di area pabrik.
c. Mengaktifkan pompa air secara otomatis untuk melakukan penyemprotan awal jika api terdeteksi pada kondisi gelap atau kekurangan cahaya lingkungan.
d. Menampilkan informasi status keamanan pabrik secara real time melalui seven segment sehingga operator dapat mengetahui kondisi pabrik dari jarak jauh.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat :

1. Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

 

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter

2. Ampermeter

Ampermeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besar arus listrik (I) yang mengalir pada suatu rangkaian. Satuan yang digunakan adalah Ampere (A), sesuai dengan hukum Ohm dan konsep dasar arus listrik. Agar pembacaan akurat, ampermeter harus disusun secara seri dengan beban sehingga seluruh arus yang mengalir ke beban juga melewati ampermeter.

Spesifikasi:

3. Solder 

4. Lem Tembak 

Bahan :

1. LDR Sensor

2. Flame Sensor

3. 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

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi

4. Sevent Segment

Pin Out :

5. Kabel Jumper 

6. IC 74148

7. IC 7432 ( Gerbang OR)

 8. IC 4511

Pin Out :

Spesifikasi :

9. IC LM741

Konfigurasi PIN LM741:

Spesifikasi:

Respons karakteristik kurva I-O:

10. Motor DC (Waterpump)

 Sebagai keluaran (output) yang menyatakan rangkaian jalan ketika motor hidup.

 

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:

3. Dasar Teori [Kembali]

1. LDR Sensor

LDR atau Light Dependent Resistor merupakan salah satu komponen jenis resistor dengan nilai resistansi yang terus berubah sesuai intensitas cahaya yang mengenai sensor. Semakin banyak cahaya yang mengenai sensor LDR, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Nah, semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai resistansinya akan semakin besar, jadi arus listrik yang mengalir akan terhambat.

Pada umumnya, sensor LDR mempunyai nilai resistansi sebesar 200 KOhm di tengah kegelapan dan akan turun menjadi 500 Ohm saat terkena banyak cahaya. Oleh karena itu, menjadi hal biasa apabila komponen elektronika yang peka cahaya ini sering digunakan untuk lampu alarm, kamar tidur, penerangan jalan dan lain sebagainya.

 

LDR memiliki peran sebagai sensor cahaya di dalam aneka rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya. Jadi jika sensor terkena cahaya, maka arus listrik akan mengalir (ON) dan jika sensor berada di dalam kondisi minim cahaya alias gelap, maka aliran listrik akan terhambat (OFF). LDR sering digunakan untuk sensor lampu kamar tidur, penerangan jalan otomatis, alarm dan lain sebagainya.

2. Flame Sensor

Flame sensor atau sensor api merupakan alat pendeteksi kebakaran melalui adanya nyala api yang muncul secara tiba-tiba. Besarnya nyala api yang terdeteksi yaitu nyala api dengan panjang gelombang 760 nm hingga 1.100 nm. Transduser yang digunakan dalam mendeteksi nyala api yaitu infrared. Biasanya sensor api ini digunakan pada ruangan di perkantoran, apartemen atau perhotelan. Namun sering juga digunakan dalam pertandingan robot. Sensor ini berfungsi sebagai mata dari robot untuk mendeteksi nyala api. Dengan meletakkan sensor api sebagai mata, diharapkan robot bisa menemukan posisi lilin yang menyala. Sensor api memiliki manfaat yang cukup besar. Salah satu diantaranya yaitu bisa meminimalisir adanya alarm palsu sebagai sebuah tanda akan terjadinya kebakaran. Sensor ini dirancang khusus untuk menemukan penyerapan cahaya pada gelombang tertentu. 

3. Motor DC

       

     Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu

  

4. 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

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

5. Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

    Transistor Bipolar adalah salah satu jenis transistor yang terbentuk dari 2 dioda sehingga memiliki polaritas atau sisi positif dan sisi negatif. Biasanya transistor Bipolar atau disebut dengan BJT (Basis Junction Transistor) memiliki 2 jenis, diantaranya yaitu Transistor PNP dan Transistor NPN. Transistor ini memiliki 3 polaritas yang biasa disebut B (Basis), E (Emiter), C (Collector). Basis berfungsi sebagai base atau tempat berkumpulnya kumpulan aliran arus yang masuk ke transistor, Emiter dan Collector sebagai aliran arus masuk dan keluar.

Lambang Transistor BJT

Sudah jelas seperti gambar di atas bahwa transistor PNP memiliki simbol yang arah panahnya masuk dan sebaliknya untuk NPN arah panah dari emiter mengarah keluar.

Bentuk aliran arus pada sebuah transistor dapat dirumuskan dengan hukum KCL ( Kirchoff Current Law) Atau hukum Kirchoff I, yang dirumuskan sebagai berikut.

Ie = Ic + Ib  

Keterangan : 
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector
Ib = Arus Basis

Pada Transistor BJT nilai arus Ib relatif sangat kecil terhadap Ic, maka Ib ini dapat diabaikan. Sehingga persamaan diatas bisa berubah menjadi

Ie = Ic

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector

Karakteristik input merupakan karakteristik dari tegangan base dan emitter (VBE) sebagai fungsi arus base (IB) dengan VCE dalam keadaan konstan. Karakteristik ini merupakan karakteristik dari junction emitter-base dengan forward bias atau sama dengan karakteristik diode pada forward bias. Pada BJT seluruh pembawa muatan akan melewati junction Base-Emittor menuju Collector maka arus pada basis menjadi jauh lebih kecil dari diode P-N dengan adanya faktor hfe. Penambahan nilai VCE megakibatkan arus IB akan berkurang. Arus IB akan mengalir jika tegangan VBE > 0,7 V

Karakteristik output merupakan karakteristik dengan tegangan emitter (VCE) sebagai fungsi arus kolektor (IC) terhadap arus base (IB) yang tetap seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat IB=0, arus IC yang mengalir adalah arus bocor ICB0 (pada umumnya diabaikan), sedangkan pada saat IB ≠ 0 untuk VCE kecil (<< 0,2 V), pembawa muatan di basis tidak efisien dan transistor dikatakan dalam keadaan saturasi dengan IB > IC / hfe . Pada saat VCE diperbesar IC pun naik hingga melewati level tegangan VCE saturasi (0,2 -1 V) hingga transistor bekerja dalam daerah aktif dengan IB = IC / hfe. Pada saat ini kondisi arus IC relatif konstan terhadap variasi tegangan VCE.

Gelombang input dan output transistor

Jenis-jenis transistsor yang digunakan

    1. Fixed Bias

Fixed bias pada transistor BJT adalah metode yang sangat sederhana di mana tegangan basis transistor ditetapkan oleh sumber tegangan eksternal melalui sebuah resistor basis (RB). Konfigurasi dasar rangkaian ini melibatkan tegangan suplai (VCC), resistor kolektor (RC), dan resistor basis yang terhubung ke sumber tegangan bias (VBB). Kelebihan dari metode ini adalah kesederhanaannya, namun kelemahannya adalah stabilitas yang rendah. Fixed bias sangat sensitif terhadap variasi parameter transistor seperti β (gain) dan perubahan suhu, sehingga titik kerja transistor dapat mudah bergeser.

Gambar Rangkaian Fixed Bias

Rumus Untuk Rangkaian Fixed Bias

    2. Self Bias

Self bias meningkatkan stabilitas dengan menambahkan resistor emitor (RE) yang memberikan umpan balik negatif. Dalam konfigurasi self bias, tegangan basis diatur melalui resistor basis (RB) dan tegangan pada emitor yang dikendalikan oleh arus emitor (IE) yang mengalir melalui RE. Ini membantu menstabilkan arus kolektor (IC) karena perubahan dalam arus kolektor akan mempengaruhi tegangan emitor dan, pada gilirannya, menyesuaikan tegangan basis-emitor (VBE). Metode ini menawarkan stabilitas yang lebih baik dibandingkan fixed bias, tetapi masih relatif sederhana.

Gambar Rangkaian Self Bias

Rumus untuk Rangkaian Self Bias

    3. Emitter Bias

Emitter bias menggabungkan pembagi tegangan untuk basis dan resistor emitor untuk mencapai stabilitas yang lebih tinggi. Konfigurasi ini melibatkan dua resistor pembagi tegangan (RB1 dan RB2) yang menetapkan tegangan basis, serta resistor emitor (RE) yang menyediakan umpan balik negatif. Pembagi tegangan memastikan tegangan basis tetap stabil meskipun ada perubahan dalam tegangan suplai atau parameter transistor. Sementara itu, resistor emitor menambah stabilitas termal dengan mengurangi efek perubahan suhu pada arus kolektor. Emitter bias adalah metode yang sangat stabil dan cocok untuk aplikasi yang memerlukan titik kerja yang sangat stabil.

Gambar Rangkaian Emitter Bias

Rumus untuk Rangkaian Emitter Bias

6. OP-AMP

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

 Simbol 

  Konfigurasi pin:

Karakteristik IC OpAmp

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu 

Inverting Amplifier

Rumus:

Non Inverting 

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

7. Gerbang OR

Secara umum, gerbang logika OR adalah komponen dasar dalam elektronika dan sistem digital yang beroperasi dengan dasar prinsip aljabar Boolean.  Lebih lanjut, gerbang ini mengambil dua atau lebih input dan menghasilkan satu output. Fungsi utama dari gerbang OR adalah memberikan output bernilai tinggi jika setidaknya satu dari bernilai tinggi. Dengan kata lain, jika salah satu atau lebih dari input-nya ‘true’ atau ‘1’, maka output-nya akan ‘true’ atau ;1’.

Hanya ketika semua input-nya ‘false’ atau ‘0’, output-nya akan ‘true atau ‘1’. Secara keseluruhan, gerbang OR sangat penting dalam pembangunan sirkuit digital. Pasalnya, gerbang ini memungkinkan pelaksanaan fungsi logika dasar yang digunakan dalam berbagai aplikasi komputasi. Hal tersebut meliputi pemrosesan data sederhana hingga operasi yang lebih kompleks dalam sistem komputer dan elektronik.

8. Sevent Segment 

Seven segment merupakan bagian-bagian yang digunakan untuk menampilkan angka atau bilangan decimal. Seven segment tersebut terbagi menjadi 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda). Seven segment bisa menunjukan angka-angka desimal serta beberapa bentuk tertentu melalui gabungan aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment.

Supaya memudahkan penggunaannnya biasanya memakai sebuah sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Bentuk tampilan modern disusun sebagai metode 7 bagian atau dot matriks. Jenis tersebut sama dengan namanya, menggunakan sistem tujuh batang led yang dilapis membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf yang dilihatkan dalam gambar itu ditetapkan untuk menandai bagian-bagian tersebut.

Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 bagian, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder tersebut terbentuk  dari pintu-pintu akal yang masukannya berbetuk digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.

Tabel Pengaktifan Seven Segment Display

7-Segment Display adalah komponen penampil angka (0–9) yang tersusun dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) berbentuk huruf “8”.
Setiap LED disebut segmen, diberi nama a, b, c, d, e, f, g, dan dapat dinyalakan secara kombinasi untuk menampilkan angka tertentu.

Pada 7-segment Common Cathode, setiap LED menyala jika:

• Katoda dihubungkan ke GND (0V)
• Anoda segmen diberi logika HIGH (+5V)

Misalnya, untuk menyalakan segmen “a”, cukup beri logika 1 ke pin “a”.

Counter digital (IC 4026, 74LS90 + 74LS47)

Display penghitung langkah atau waktu

  Sistem kontrol penyiram tanaman otomatis (seperti milikmu)

→ IC 4026 menghitung jumlah penyiraman dan menampilkannya pada 7-segment Common Cathode

4. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

1. Rangkailah alat seperti pada rangkaian di Proteus. 

b) Hardware [Kembali]

c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Prinsip Kerja : 

Rangkaian kontrol keamanan pabrik karet ini dirancang untuk mendeteksi potensi bahaya kebakaran berdasarkan dua parameter utama, yaitu intensitas cahaya lingkungan melalui sensor LDR dan keberadaan api melalui sensor api. Sensor LDR bekerja berdasarkan perubahan resistansi terhadap cahaya; Ketika cahaya terang, resistansi menurun, dan ketika resistansi gelap meningkat. Sinyal dari sensor LDR selanjutnya dibandingkan dengan tegangan referensi yang disetel melalui potensiometer menggunakan komparator konfigurasi op-amp. Output komparator tersebut menjadi penentu apakah kondisi area pabrik terang (aman) atau gelap (berpotensi bahaya seperti konslet atau tertutup asap).

Selain sensor LDR, sensor api menjadi elemen kunci dalam mendeteksi keberadaan api secara langsung. Sensor api menghasilkan logika HIGH ketika sumber api terdeteksi, memicu respon cepat dari sistem untuk menghadapi kondisi darurat. Sinyal keluaran sensor api diproses dan dikombinasikan dengan sinyal hasil komparator sensor LDR, sehingga sistem dapat membedakan empat kondisi utama: pabrik aman, tidak ada cahaya, api terdeteksi di bawah cahaya, dan api terdeteksi dalam kondisi gelap. Dua kondisi terakhir menandai keadaan berbahaya yang memerlukan respons otomatis dari sistem.

Rangkaian ini juga dilengkapi dengan elemen aktuator berupa indikator LED, alarm, dan pompa air. Ketika kondisi berbahaya terdeteksi, logika keluaran dari komponen gerbang OR (U2) mengaktifkan sistem peringatan berupa LED kuning dan alarm siaga. Lebih lanjutnya, transistor Q1 bekerja sebagai saklar elektronik yang mengaktifkan pompa air untuk menyemprotkan udara sebagai usaha pemadaman dini ketika sensor api memberikan sinyal TINGGI. Dengan demikian, sistem ini mampu memberikan respon otomatis tanpa intervensi manual ketika terjadi ancaman kebakaran.

Seluruh logika kondisi keamanan divisualisasikan melalui tampilan seven segment yang dikendalikan oleh IC dekoder 7447 (U11). IC ini menerima input logika biner dari rangkaian sensor dan komparator untuk menampilkan kode numerik 0 hingga 3, sesuai kondisi pabrik. Angka 0 menandakan kondisi aman, 1 menunjukkan LDR tidak mendeteksi cahaya, 2 menandakan api terdeteksi pada kondisi terang, dan 3 menandakan api terdeteksi pada kondisi gelap yang merupakan situasi paling kritis. Dengan integrasi sensor, komparator, logika digital, dan aktuator, rangkaian ini membentuk suatu sistem keamanan otomatis yang andal dan aplikatif untuk mitigasi risiko kebakaran di lingkungan pabrik karet.

d) Flowchart [Kembali]

e) Video Demo [Kembali]

f) Download File [Kembali]

Download File Rangkaian                     klik disini

Download Datasheet Motor DC            klik disini

Download Datasheet 7 Segment          klik disini

Download Datasheet Gerbang OR       klik disini 

Download Datasheet Resistor              klik disini

Download Datasheet LDR Sensor       klik disini

Download Datasheet Flame Sensor    klik disini