Chapter 2 : Microprocessor and its Architecture

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Arsitektur Internal Mikroprosesor

2. Model Pemrograman

3. Register Serbaguna dan Register Khusus

4. Real Mode Memory Addressing

5. Protected Mode Memory Addressing

6. Memory Paging

7. Flat Memory Model

Mikroprosesor dan Arsitekturnya

    Mikroprosesor merupakan pusat pemrosesan utama dalam sistem komputer yang bertugas mengeksekusi instruksi program, melakukan operasi aritmetika maupun logika, serta mengatur komunikasi antara memori dan perangkat input/output. Sebagai otak dari komputer, mikroprosesor dirancang dengan arsitektur internal yang memungkinkan ribuan hingga jutaan instruksi dapat dijalankan setiap detik. Arsitektur ini terdiri atas unit pengendali, unit logika aritmetika (ALU), register, serta jalur data yang saling terhubung untuk membentuk suatu sistem pemrosesan yang terorganisasi.

Model pemrograman mikroprosesor, yang mencakup kumpulan register dan flag, memberikan gambaran bagaimana perangkat lunak dapat berinteraksi langsung dengan perangkat keras. Setiap register memiliki fungsi tertentu, mulai dari penyimpanan data sementara, penunjuk alamat memori, hingga pengendalian status operasi. Dalam perkembangannya, arsitektur mikroprosesor juga mengenal berbagai mode pengalamatan memori, seperti real mode yang sederhana, protected mode dengan sistem proteksi antar proses, hingga flat memory model pada prosesor modern yang mendukung pengelolaan ruang alamat lebih luas dan efisien.

Kemajuan arsitektur mikroprosesor tidak hanya terbatas pada peningkatan kecepatan dan kapasitas memori yang dapat diakses, tetapi juga mencakup teknologi seperti paging untuk mendukung konsep memori virtual, serta mekanisme pengelolaan data yang lebih kompleks. Semua aspek tersebut menjadikan mikroprosesor sebagai inti dari sistem komputer modern, yang memungkinkan perangkat ini tidak hanya sekadar menghitung, tetapi juga mengendalikan berbagai proses komputasi yang mendukung kebutuhan manusia di berbagai bidang.

Tujuan

Penulisan ini bertujuan untuk: 

1. Menjelaskan arsitektur internal mikroprosesor secara sederhana.

2. Menjelaskan model pemrograman yang ada.

3. Memberikan informasi tentang apa itu register serbaguna dan register khusus.

4. Mendeskripsikan apa itu real mode memory addressing.

5. Memberikan gambaran umum mengenai Protected Mode Memory Addressing

6. Mengetahui cara kerja dari memory paging.

7. Mengetahui apa itu flat memory model

1. Arsitektur Internal Mikroprosesor [Kembali]

    Arsitektur internal mikroprosesor dapat dipahami melalui model pemrograman (programming model) yang terdiri atas kumpulan register yang dapat diakses oleh program. Register-register ini digunakan untuk menyimpan data, alamat memori, maupun status operasi yang sedang dijalankan.

Pada mikroprosesor keluarga Intel (mulai dari 8086 hingga Core2, termasuk ekstensi 64-bit), register dikelompokkan menjadi beberapa bagian, yaitu:

1. Register Serbaguna (General-Purpose Registers):
   Digunakan untuk operasi aritmetika, logika, maupun penyimpanan sementara. Contohnya AX, BX, CX, DX pada 16-bit; EAX, EBX, ECX, EDX pada 32-bit; serta RAX, RBX, RCX, RDX hingga R15 pada 64-bit.

2. Register Penunjuk dan Indeks (Pointer and Index Registers):
   Digunakan untuk pengalamatan memori, misalnya SP (Stack Pointer), BP (Base Pointer), SI (Source Index), dan DI (Destination Index).

3. Register Segmen (Segment Registers):
   Menyimpan alamat dasar segmen memori, seperti CS (Code Segment), DS (Data Segment), SS (Stack Segment), serta ES, FS, dan GS untuk keperluan tambahan.

4. Instruction Pointer (IP/EIP/RIP):
   Menunjuk alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

5. Register Status/Flag (FLAGS/EFLAGS/RFLAGS):
   Berisi bit-bit status yang menunjukkan hasil operasi (misalnya Zero Flag, Carry Flag, Sign Flag) serta kontrol eksekusi program.

Keseluruhan register tersebut saling terhubung melalui jalur data (data bus) dan dikendalikan oleh unit kontrol serta unit logika aritmetika (ALU). Dengan arsitektur ini, mikroprosesor mampu melakukan pemrosesan data, pengambilan instruksi dari memori, dan pengendalian alur program secara terkoordinasi.

2. Model Pemrograman [Kembali]

    Model pemrograman pada mikroprosesor Intel mulai dari 8086 hingga Core2 terdiri atas register 8-bit, 16-bit, 32-bit, dan 64-bit. Mikroprosesor awal seperti 8086, 8088, dan 80286 hanya memiliki register 16-bit internal. Sejak 80386, seluruh register diperluas menjadi 32-bit, dan pada Pentium 4 serta Core2 ditambahkan ekstensi 64-bit. Dengan demikian, kompatibilitas antar generasi tetap terjaga, sementara kemampuan prosesor semakin meningkat.

Register 8-bit meliputi AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL. Instruksi yang menggunakan register ini hanya memengaruhi 8-bit dari register induknya, misalnya instruksi ADD AL, AH hanya mengubah bagian 8-bit bawah dari AX.

Register 16-bit meliputi AX, BX, CX, DX, SP, BP, DI, SI, IP, FLAGS, CS, DS, ES, SS, FS, GS. Sebagian besar register 16-bit merupakan pasangan dari register 8-bit. Contoh: AX terdiri dari AH dan AL. Instruksi seperti ADD DX, CX akan menambahkan isi register CX ke DX.

Register 32-bit diperkenalkan pada 80386, yaitu EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, EDI, ESI, ESP, EIP, EFLAGS. Register FS dan GS juga ditambahkan pada generasi ini untuk mendukung segmentasi tambahan. Instruksi 32-bit dapat mengakses langsung 32-bit data dalam register, misalnya ADD ECX, EBX.

Register 64-bit mulai diperkenalkan pada Pentium 4 dan Core2, dengan nama RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSP, RSI, RDI. Selain itu, ditambahkan 8 register baru R8–R15, yang masing-masing dapat diakses dalam ukuran 8-bit, 16-bit, 32-bit, maupun 64-bit. Ekstensi 64-bit ini memperluas kapasitas ruang register dan memungkinkan pengolahan data yang lebih besar.

Tabel di atas menjelaskan bagaimana register 64-bit dapat diakses sebagian sesuai kebutuhan instruksi. Misalnya, register R9 dapat diakses sebagai R9B (8-bit), R9W (16-bit), R9D (32-bit), atau R9 (64-bit penuh). Dengan fleksibilitas ini, programmer dapat menyesuaikan ukuran data yang digunakan tanpa kehilangan kompatibilitas dengan instruksi generasi sebelumnya.

3. Register Serbaguna dan Register Khusus [Kembali]

A. Register Serbaguna (General-Purpose Registers)

    Register serbaguna digunakan untuk menyimpan data sementara, alamat, maupun hasil perhitungan. Walaupun disebut “serbaguna”, pada praktiknya banyak register memiliki fungsi khas.

1. RAX (Accumulator)
   Berfungsi sebagai akumulator utama, digunakan dalam instruksi aritmetika seperti perkalian, pembagian, serta operasi penyesuaian. RAX dapat diakses sebagai RAX (64-bit), EAX (32-bit), AX (16-bit), dan AH/AL (8-bit).

2. RBX (Base Register)
   Digunakan sebagai base index untuk pengalamatan memori. RBX dapat diakses sebagai RBX (64-bit), EBX (32-bit), BX (16-bit), serta BH/BL (8-bit).

3. RCX (Count Register)
   Berfungsi sebagai penghitung pada instruksi perulangan (REP, REPE, REPNE) dan instruksi shift/rotate. RCX dapat diakses sebagai RCX (64-bit), ECX (32-bit), CX (16-bit), dan CH/CL (8-bit).

4. RDX (Data Register)
   Menyimpan bagian hasil perkalian atau bagian dividend sebelum pembagian. RDX dapat diakses sebagai RDX (64-bit), EDX (32-bit), DX (16-bit), dan DH/DL (8-bit).

5. R8 – R15
   Hanya tersedia pada prosesor 64-bit (Pentium 4, Core2, dan seterusnya). Semua dapat diakses dalam ukuran 8-bit, 16-bit, 32-bit, atau 64-bit, dan digunakan sebagai tambahan general-purpose registers.
   
   

B. Register Khusus (Special-Purpose Registers)

    Register khusus berfungsi untuk mengendalikan jalannya program, mengatur penggunaan memori, dan menyimpan kondisi prosesor. Instruction Pointer menentukan instruksi mana yang akan dijalankan berikutnya, segment register menunjukkan lokasi segmen memori yang sedang dipakai, sedangkan flag register menyimpan hasil operasi aritmetika maupun logika serta mengatur kontrol sistem seperti interupsi dan arah eksekusi instruksi string.

Gambar ini menunjukkan isi dari register FLAGS/EFLAGS pada keluarga mikroprosesor Intel, mulai dari 8086 sampai Pentium 4. Register ini berfungsi menyimpan status hasil operasi dan kontrol eksekusi program.

1. Bit-bit penting dalam FLAGS/EFLAGS:

• C (Carry Flag, bit 0) → Menunjukkan adanya carry/borrow pada operasi aritmetika. Fungsinya adalah mendeteksi apakah hasil penjumlahan atau pengurangan melampaui kapasitas register.

• P (Parity Flag, bit 2) → Bernilai 1 jika hasil operasi memiliki jumlah bit 1 genap. Fungsinya adalah membantu pemeriksaan kesalahan sederhana (error checking) pada data.

• A (Auxiliary Carry, bit 4) → Bernilai 1 jika terjadi carry (setengah carry) dari bit 3 ke bit 4 saat penjumlahan, atau borrow dari bit 4 ke bit 3 saat pengurangan. Fungsinya digunakan oleh instruksi DAA/DAS untuk menyesuaikan hasil aritmetika BCD.

• Z (Zero Flag, bit 6) → Bernilai 1 jika hasil operasi bernilai 0. Fungsinya adalah digunakan pada instruksi percabangan (misalnya JZ, JNZ) untuk menentukan alur program.

• S (Sign Flag, bit 7) → Menunjukkan tanda (positif/negatif) dari hasil operasi. Fungsinya adalah menentukan apakah hasil operasi aritmetika bertanda negatif.

• T (Trap Flag, bit 8) → Bernilai 1 jika prosesor diatur ke mode single-step (trap). Fungsinya adalah memungkinkan prosesor menghentikan eksekusi setelah setiap instruksi, sehingga memudahkan proses debugging.

• I (Interrupt Enable Flag, bit 9) → Bernilai 1 jika interupsi maskable diizinkan, dan 0 jika dinonaktifkan. Fungsinya adalah mengaktifkan atau menonaktifkan penerimaan interupsi eksternal melalui pin INTR.

• D (Direction Flag, bit 10) → Menentukan arah pemrosesan pada instruksi string. Jika bernilai 0, indeks (SI/DI) akan bertambah setelah setiap operasi string; jika bernilai 1, indeks akan berkurang setelah setiap operasi string.

• O (Overflow Flag, bit 11) → Menunjukkan overflow pada operasi bilangan bertanda. Fungsinya adalah mendeteksi kesalahan ketika hasil operasi signed tidak dapat ditampung dalam register.

• IOPL (I/O Privilege Level, bit 12–13) → Menentukan tingkat hak akses (privilege level) yang diperlukan untuk menjalankan instruksi I/O (seperti IN, OUT). Nilai 0 memiliki hak akses tertinggi, sedangkan 3 paling rendah. Hanya dapat diubah saat prosesor berada pada level hak istimewa (ring 0).

• NT (Nested Task, bit 14) → Bernilai 1 jika task yang sedang berjalan dipanggil oleh task lain (nested). Fungsinya adalah membantu mekanisme pengendalian task switching dalam mode terproteksi.

• RF (Resume Flag, bit 16) → Digunakan oleh mekanisme debugging untuk melanjutkan eksekusi program setelah terjadi trap atau fault. Jika bernilai 1, prosesor akan melanjutkan eksekusi pada instruksi berikutnya setelah instruksi yang memicu trap.

• VM (Virtual-8086 Mode, bit 17) → Bernilai 1 jika prosesor sedang berada pada mode Virtual-8086. Fungsinya adalah memungkinkan eksekusi program real-mode di dalam lingkungan protected-mode.

• AC (Alignment Check, bit 18) → Bernilai 1 bila terjadi akses word/doubleword pada alamat yang tidak sejajar (misaligned). Fungsinya adalah mendeteksi kesalahan penyelarasan memori, terutama pada mode terproteksi.

• RF (Resume Flag, bit 16) → Digunakan oleh mekanisme debugging untuk melanjutkan eksekusi program setelah terjadi trap atau fault. Jika bernilai 1, prosesor akan melanjutkan instruksi berikutnya setelah yang memicu trap.

• IF (Interrupt Enable, bit 9) → Mengizinkan atau menonaktifkan interupsi maskable. Fungsinya adalah mengaktifkan atau menonaktifkan penerimaan interupsi.

• DF (Direction Flag, bit 10) → Menentukan arah operasi string (inkremen/dekrement). Fungsinya adalah menentukan apakah indeks (SI/DI) bertambah atau berkurang setiap kali operasi string dilakukan.

• VIF (Virtual Interrupt Flag, bit 19) → Salinan dari Interrupt Flag (IF) yang digunakan pada mode virtual. Fungsinya adalah memungkinkan sistem operasi mengelola status interupsi pada lingkungan multitasking.

• VIP (Virtual Interrupt Pending, bit 20) → Bernilai 1 jika terdapat interupsi virtual yang tertunda pada mode virtual. Fungsinya membantu sistem operasi dalam menangani interupsi yang sedang menunggu untuk dijalankan.

• ID (Identification Flag, bit 21) → Digunakan untuk mengecek dukungan instruksi CPUID pada prosesor modern. Fungsinya adalah memungkinkan perangkat lunak mengenali jenis dan fitur prosesor.

2. Perkembangan generasi prosesor:

• 8086/8088 hanya menggunakan sebagian kecil bit (hingga 16-bit FLAGS).

• 80286 menambahkan beberapa bit kontrol baru.

• 80386 ke atas memperluas menjadi 32-bit (EFLAGS).

• Pentium/Pentium 4 menambahkan fungsi kontrol tambahan.

4. Real Mode Memory Addressing [Kembali]

    Pengalamatan memori dalam real mode adalah cara prosesor generasi 8086 hingga Pentium awal mengakses memori. Pada mode ini, prosesor hanya dapat menggunakan ruang alamat maksimum sebesar 1 MB, yaitu area memori yang sering disebut sebagai conventional memory atau memori DOS. Prosesor modern seperti Pentium 4 atau Core2 tetap mendukung real mode untuk alasan kompatibilitas, tetapi hanya pada 1 MB pertama. Pada sistem 64-bit, aplikasi yang ditulis untuk real mode tidak dapat berjalan langsung kecuali melalui emulator.

Dalam real mode, setiap alamat memori dibentuk dari dua bagian, yaitu segment address dan offset address. Segment address tersimpan di salah satu register segmen, dan menunjukkan titik awal sebuah blok memori berukuran 64 KB. Offset address adalah jarak atau pergeseran dari awal segmen menuju lokasi data atau instruksi yang diinginkan. Untuk menghasilkan alamat fisik, prosesor akan mengalikan nilai segment address dengan 16 (atau menambahkan angka 0 di ujung kanan dalam notasi heksadesimal), kemudian menjumlahkannya dengan offset. Hasilnya adalah alamat memori fisik 20-bit yang menunjuk lokasi sebenarnya di RAM.

Setiap segmen dalam real mode memiliki panjang 64 KB, sehingga alamat memori yang dapat dicakup sebuah segmen dimulai dari alamat awal (base address) sampai alamat akhir (base address + FFFFH). Karena panjang segmen adalah kelipatan 16 byte, batas awal segmen disebut juga sebagai paragraph boundary. Sebagai contoh, bila register segmen berisi nilai 1200H, maka alamat awal segmen adalah 12000H. Jika offset yang diberikan adalah 1000H, maka alamat fisiknya adalah 13000H. 

Dengan mekanisme ini, real mode memungkinkan prosesor mengakses lokasi memori dengan menggunakan kombinasi segmen dan offset, walaupun ruang alamat totalnya dibatasi hingga 1 MB.

    Pada contoh, jika segment register berisi 1000H dan offset-nya 2000H, maka prosesor akan mengakses lokasi memori pada alamat fisik 12000H. Offset selalu ditambahkan ke alamat awal segmen untuk menemukan data atau instruksi. Cara penulisan sering kali ditulis sebagai 1000:2000, yang artinya segment 1000H dengan offset 2000H.

Mulai dari prosesor 80286 (dengan sirkuit eksternal tertentu) hingga 80386 dan Pentium 4, terdapat tambahan area memori sebesar 64 KB dikurangi 16 byte yang bisa diakses jika segment address = FFFFH dan offset lebih besar dari FFFFH. Area ini dikenal sebagai high memory (alamat 0FFFF0H hingga 10FFEFH). Jika pin alamat A20 diaktifkan, maka alamat yang melampaui 1 MB dapat diakses. Contohnya, segment FFFFH dengan offset 4000H menghasilkan alamat fisik FFFF0H + 4000H = 103FF0H. Jika A20 tidak didukung atau tetap nol, alamatnya akan terpotong menjadi 03FF0H.

Beberapa mode pengalamatan juga memungkinkan penjumlahan lebih dari satu register dengan nilai offset. Jika hasil penjumlahan melebihi FFFFFH (batas 20-bit), maka hasilnya akan dipotong menjadi 20 bit (modulo 1 MB). Misalnya, jika segment address = 4000H dan offset = F000H + 3000H, jumlah sebenarnya adalah 4000H + F000H + 3000H = 1C000H. Namun karena alamat fisik hanya 20 bit, nilai yang digunakan adalah 0C000H (hasil 1C000H setelah dibuang carry 1 pada bit ke-21). Sehingga alamat yang diakses adalah 0C000H atau 42000H, tergantung perhitungan dalam konteks register dan offset.

5. Protected Mode Memory Addressing [Kembali]

    Pengalamatan memori pada protected mode (mulai dari prosesor 80286 dan seterusnya) memungkinkan data dan program yang berada di luar 1 MB pertama memori untuk diakses, termasuk juga data dalam 1 MB tersebut. Protected mode inilah yang digunakan oleh sistem operasi modern seperti Windows.

Untuk menggunakan area memori yang lebih luas ini, prosesor tetap memakai kombinasi segmen dan offset seperti pada real mode, namun dengan cara yang berbeda. Pada protected mode, register segmen tidak lagi langsung menunjuk alamat awal segmen seperti di real mode. Sebagai gantinya, register segmen berisi selector, yaitu indeks yang menunjuk ke sebuah entri dalam descriptor table. Descriptor menyimpan informasi tentang lokasi segmen di memori, panjang segmen, dan hak aksesnya.

Karena alamat fisik tetap dihitung dari nilai offset ditambah informasi lokasi dari descriptor, sebagian besar instruksi memori pada protected mode tetap mirip dengan instruksi di real mode. Oleh sebab itu, banyak program yang ditulis untuk real mode dapat berjalan di protected mode tanpa perubahan besar.

Perbedaan utama antara kedua mode adalah cara prosesor menafsirkan nilai pada register segmen. Pada protected mode, register segmen digunakan untuk memilih descriptor, yang kemudian menentukan di mana segmen berada di memori. Selain itu, mulai dari prosesor 80386 dan seterusnya, nilai offset dapat berupa bilangan 32-bit, berbeda dengan real mode yang hanya menggunakan offset 16-bit. Offset 32-bit ini memungkinkan prosesor mengakses data dalam satu segmen dengan panjang hingga 4 GB. Program yang ditulis untuk protected mode 32-bit dapat berjalan di mode 64-bit pada prosesor seperti Pentium 4.

    Pada prosesor 80286, segmen memori dibatasi oleh alamat dasar (base) 24-bit dengan panjang segmen (limit) 16-bit. Karena itu, ukuran maksimum segmen hanya 64 KB.

Mulai dari 80386 hingga Pentium 4, digunakan alamat dasar 32-bit sehingga segmen bisa ditempatkan di mana saja dalam ruang memori 4 GB. Panjang segmen diperluas menjadi 20-bit dan ditambah fitur granularity bit. Jika granularity = 0, maka limit dihitung per 1 byte. Jika granularity = 1, maka limit dihitung per 4 KB. Dengan cara ini, ukuran segmen bisa dari 4 KB sampai 4 GB.

Pada prosesor 64-bit (seperti Core2), struktur dasar deskriptor masih sama dengan 80386, tetapi lingkungan 64-bit memungkinkan pengalamatan memori yang jauh lebih besar, melampaui 4 GB, bahkan hingga puluhan gigabyte.

Singkatnya, 80286 hanya mampu mengakses segmen kecil 64 KB, sedangkan 80386 ke atas mampu mengakses segmen besar hingga 4 GB berkat basis 32-bit dan granularity. Pada arsitektur 64-bit, konsep deskriptor tetap ada, tetapi kapasitas memori yang bisa dijangkau jauh lebih besar.

6. Memory Paging [Kembali]

    Pada gambar ditunjukkan bagaimana mekanisme paging memungkinkan sebuah alamat memori logis (linier) dipetakan ulang ke alamat fisik yang berbeda. Konsep dasar paging adalah pemisahan antara alamat logis yang digunakan program dengan alamat fisik yang benar-benar ada di modul RAM. Pemisahan ini membuat sistem operasi dapat mengelola memori secara lebih fleksibel, aman, dan efisien.

Dalam contoh pada gambar, terlihat bahwa sebuah rentang alamat logis, yaitu 000C8000H–000C9000H, tidak harus menempati alamat fisik dengan nilai yang sama. Melalui pemetaan ulang (remapping), alamat tersebut dapat dialihkan ke lokasi fisik lain, misalnya 00110000H–00110FFFH. Proses translasi ini sepenuhnya ditangani oleh unit paging dalam mikroprosesor melalui struktur page directory dan page table.

Page directory bertugas menunjukkan ke tabel halaman (page table), sedangkan page table menyimpan informasi pemetaan detail setiap halaman 4 KB memori logis ke alamat fisik tertentu. Dengan kata lain, sistem operasi bebas menempatkan halaman-halaman program di lokasi manapun pada RAM, selama ada catatan yang sesuai dalam page table.

Manfaat dari mekanisme ini cukup besar. Pada masa sistem operasi lama seperti DOS, fasilitas paging digunakan bersama dengan program EMM386.EXE untuk memindahkan sebagian program ke area memori tinggi (upper memory). Hal ini membantu mengatasi keterbatasan memori konvensional sebesar 640 KB yang tersedia untuk aplikasi.

7. Flat Memory Model [Kembali]

    Flat mode memory adalah sistem memori yang digunakan pada prosesor modern berbasis Pentium (seperti Pentium 4 atau Core2 dengan ekstensi 64-bit). Dalam mode ini, memori dipandang sebagai satu ruang alamat besar yang berkesinambungan, tanpa segmentasi.

• Alamat pertama dalam memori adalah 0000 0000H.

• Alamat terakhir adalah FFFFFFFFH (untuk 4 GB pada mode 32-bit).

• Pada mode 64-bit, alamat dapat diperluas hingga 64-bit address space.

Tidak seperti mode terproteksi yang masih menggunakan segment register, dalam flat mode segmentasi hampir diabaikan. CS segment register hanya dipakai untuk memilih deskriptor kode (code segment descriptor) yang berisi hak akses, tetapi tidak lagi memengaruhi perhitungan alamat. Dengan kata lain, offset yang digunakan langsung menjadi alamat fisik.

    Dari gambar, ditunjukkan bagaimana sebuah alamat linier (misalnya 0000F0000H) langsung dipetakan ke alamat fisik yang sama dalam ruang memori besar, mulai dari 000000000H sampai FFFFFFFFH.

Model ini sangat sederhana dibandingkan dengan model segmentasi atau paging yang memerlukan translasi tambahan. Flat mode memori menjadikan alamat logis dan fisik hampir identik.

[Kembali]

Tugas Kelompok

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Sistem Kontrol Penjernih Air Minum Otomatis

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prinsip Kerja

5. Download File

1. Jurnal [Kembali]

• Menyelesaikan tugas Sensor
• Mempelajari Sensor yang ada pada water quality sensor

2. Alat dan Bahan [Kembali]

1. pH Sensor.

Alat ini digunakan untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan. Sensor pH memberikan sinyal listrik yang berkaitan dengan konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam larutan, memungkinkan pengguna untuk menentukan pH suatu solusi dengan akurat.

2. Turbidity Sensor.

 Sensor ini digunakan untuk mengukur tingkat kekeruhan dalam air. Kekeruhan dapat disebabkan oleh partikel-partikel padat yang tersuspensi dalam air. Sensor ini biasanya bekerja dengan memancarkan cahaya dan mengukur jumlah cahaya yang terhambur oleh partikel dalam air.

3. Water Sensor.

 Alat ini dirancang untuk mendeteksi keberadaan air. Sensor ini sering digunakan dalam aplikasi seperti sistem alarm kebocoran atau pengendalian irigasi otomatis. Water sensor dapat memberikan sinyal ketika air terdeteksi, yang memungkinkan tindakan lebih lanjut dilakukan.

4. Proximity Sensor.

 Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi tekanan tanpa kontak langsung. Sensor ini sangat berguna dalam mengatur beberapa proses otomatis di dalam mesin penjernih air.

5. Touch Sensor.

 Sensor ini dapat mendeteksi sentuhan atau kehadiran objek pada permukaannya. Touch sensor sering digunakan dalam perangkat touchscreen dan aplikasi kontrol otomatis. Mereka mengubah perubahan kapasitas atau resistansi menjadi sinyal digital.

6. Oxygen Sensor.

  Sensor oksigen (oxygen sensor) adalah perangkat yang mendeteksi konsentrasi oksigen di air. Sensor oksigen digunakan dalam  untuk mengontrol kadar oksigen di dalam air.

7. Sensor Suhu.

 Sensor suhu adalah perangkat yang dirancang untuk mendeteksi perubahan suhu dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang dapat diolah oleh sistem elektronik. Di dalam sensor suhu terdapat rangkaian dan komponen elektronik tertentu yang bekerja sama untuk menghasilkan data suhu.

3. Dasar Teori [Kembali]

Dasar Teori Alat.

Sensor Suhu

• 
  • Prinsip Kerja: Sensor suhu adalah perangkat yang dirancang untuk mendeteksi perubahan suhu dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang dapat diolah oleh sistem elektronik. Di dalam sensor suhu terdapat rangkaian dan komponen elektronik tertentu yang bekerja sama untuk menghasilkan data suhu.
  • Kategori:
  • Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal untuk bekerja).
  • Analog/Digital: Biasanya analog, karena menghasilkan tegangan sebanding dengan konsentrasi gas.
  • Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (reaksi dengan molekul gas).
  • Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung.
  Grafik Respon
  
  
  

  Grafik menunjukkan perubahan tegangan (V) yang mengikuti pola osilasi konsentrasi suhu, disertai dengan sedikit noise untuk simulasi kondisi nyata.

Komponen dalam rangkaian: - Termistor (NTC/PTC) atau Dioda PN: Elemen utama yang sensitif terhadap suhu. - Resistor dan Kapasitor: Digunakan untuk biasing, penguatan sinyal, atau filter sinyal. - Transistor: Mengolah atau memperkuat sinyal output. - IC (Integrated Circuit): Memproses data suhu, seperti pada IC sensor suhu LM35 atau TMP36. - ADC (Analog-to-Digital Converter): Mengubah sinyal analog menjadi data digital (biasanya terdapat dalam mikrokontroler atau bagian IC sensor). - Sumber Daya: Biasanya membutuhkan catu daya (3.3V atau 5V). Cara Kerja Komponen:

- Termistor:

• NTC (Negative Temperature Coefficient): Resistansi berkurang ketika suhu meningkat.
• PTC (Positive Temperature Coefficient): Resistansi meningkat ketika suhu meningkat.
• Sinyal resistansi ini biasanya disusun dalam rangkaian pembagi tegangan yang menghasilkan tegangan berbeda berdasarkan suhu.

- Transistor atau Amplifier:

• Fungsi: Memperkuat perubahan kecil pada sinyal dari sensor sehingga dapat digunakan oleh rangkaian lebih lanjut.
• Jika sinyal yang dihasilkan terlalu kecil, amplifier meningkatkan amplitudo sinyal tersebut.

- IC LM35:

• Komponen ini mengintegrasikan elemen sensor suhu, rangkaian penguatan, dan kalibrasi. LM35, misalnya, memberikan output berupa tegangan analog yang linier terhadap suhu (10mV/°C).

- ADC (Analog-to-Digital Converter):

• Mengubah tegangan analog dari sensor menjadi data digital agar dapat diproses oleh sistem elektronik seperti mikrokontroler atau mikroprosesor.

Proximity Sensor 

• • 
    Prinsip Kerja: Proximity sensor adalah perangkat yang mendeteksi objek di sekitarnya tanpa kontak fisik langsung. Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi tekanan tanpa kontak langsung. Sensor ini sangat berguna dalam mengatur beberapa proses otomatis di dalam mesin penjernih air.
  • Kategori:
  • Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal).
  • Analog/Digital: Digital (mendeteksi kecepatan air secara digital.).
  • Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (kecepatan).
  • Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis.
  Grafik Respon

• Grafik di atas menunjukkan respons sensor proximity terhadap jarak objek. Tegangan keluaran sensor menurun secara eksponensial seiring bertambahnya jarak objek dari sensor. Ketika objek sangat dekat, tegangan keluaran maksimal (sekitar 1 V), dan saat objek menjauh (lebih dari 15 cm dalam simulasi ini), keluaran sensor menjadi sangat kecil mendekati nol.
  
  

Komponen dalam rangkaian:

1. Kumparan (Coil):

   • Kumparan atau solenoida digunakan untuk menghasilkan medan elektromagnetik. Medan ini memancarkan gelombang yang mendeteksi objek logam yang berada dalam jarak deteksi.

2. Osilator (Oscillator):

   • Sirkuit osilator menghasilkan gelombang berfrekuensi tinggi yang dipancarkan oleh kumparan. Frekuensi ini biasanya berada dalam rentang kilohertz (kHz) atau megahertz (MHz).
   • Ketika objek logam mendekati medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan, medan ini terpengaruh dan terjadi perubahan pada induktansi kumparan.

3. Detektor Frekuensi (Frequency Detector):

   • Sinyal yang dihasilkan oleh osilator akan dipantau dan diproses oleh detektor frekuensi. Perubahan induktansi atau impedansi akibat objek logam menyebabkan perubahan frekuensi sinyal yang terdeteksi.

4. Penguat dan Komparator:

   • Perubahan frekuensi atau amplitudo sinyal dari osilator diperkuat oleh rangkaian penguat (amplifier).
   • Setelah itu, komparator atau penguat operasional (op-amp) digunakan untuk membandingkan sinyal tersebut dengan ambang batas tertentu. Jika nilai sinyal melebihi ambang batas, maka sistem akan mendeteksi keberadaan objek.

5. Transistor (Saklar Elektronik):

   • Sinyal yang sudah diproses dan diperkuat oleh komparator akan mengaktifkan transistor. Transistor akan bertindak sebagai saklar untuk mengaktifkan perangkat output seperti LED atau relay yang menandakan bahwa objek terdeteksi.
   • Ketika transistor terhubung, arus listrik besar dapat mengalir melalui output, yang kemudian digunakan untuk menghidupkan indikator atau komponen lain.

Cara kerja Komponen:

1. Kumparan (Coil):

   • Fungsi: Membentuk medan elektromagnetik yang dapat terpengaruh oleh keberadaan objek logam. Kumparan ini terhubung dengan sirkuit osilator dan berperan besar dalam menghasilkan perubahan frekuensi.
   • Cara Kerja: Medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan menghasilkan gelombang yang berosilasi. Jika objek logam mendekat, sifat medan berubah, yang mempengaruhi karakteristik osilator.

2. Osilator:

   • Fungsi: Menghasilkan sinyal frekuensi yang digunakan untuk mendeteksi perubahan medan elektromagnetik.
   • Cara Kerja: Menghasilkan frekuensi yang dikontrol oleh kapasitansi dan induktansi kumparan. Perubahan akibat objek logam di area deteksi menyebabkan variasi pada karakteristik frekuensi sinyal tersebut.

3. Detektor Frekuensi:

   • Fungsi: Memantau perubahan frekuensi yang disebabkan oleh kedekatan objek logam dengan kumparan.
   • Cara Kerja: Ketika objek logam mengubah impedansi kumparan, detektor frekuensi mendeteksi perubahan ini dan memberikan sinyal pemrosesan.

4. Penguat dan Komparator:

   • Fungsi: Menguatkan sinyal lemah dan membandingkan dengan ambang batas untuk memutuskan apakah objek terdeteksi atau tidak.
   • Cara Kerja: Penguat op-amp memperbesar perubahan frekuensi atau amplitudo, kemudian komparator membandingkan nilai ini dengan nilai ambang. Jika melebihi batas tertentu, sinyal output akan aktif.

5. Transistor:

   • Fungsi: Bertindak sebagai saklar elektronik untuk mengendalikan output perangkat eksternal (misalnya, LED atau relay).
   • Cara Kerja: Ketika sinyal output dari komparator menunjukkan adanya perubahan, transistor akan mengalirkan arus besar untuk mengaktifkan perangkat penginderaan, misalnya LED yang menandakan bahwa objek telah terdeteksi.

Oxygen Sensor

• Prinsip Kerja: Sensor oksigen (oxygen sensor) adalah perangkat yang mendeteksi konsentrasi oksigen di air. Sensor oksigen digunakan dalam  untuk mengontrol kadar oksigen di dalam air.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal untuk bekerja).
• Analog/Digital: Biasanya Digital, karena mengukur kadar oksigen.
• Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (reaksi dengan molekul gas).
• Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung.

Grafik Respon

Grafik di atas menunjukkan respon sensor oksigen terhadap perubahan konsentrasi oksigen seiring waktu. Keluaran sensor (tegangan dalam Volt) berosilasi sesuai dengan variasi konsentrasi oksigen, termasuk sedikit gangguan acak (noise) yang mensimulasikan pengaruh lingkungan pada pengukuran.

Komponen dalam rangkaian:

- Elemen Detektor Oksigen (Zirkonia/Thimbel atau Titania):

• Sebagian besar sensor oksigen menggunakan elemen keramik berbasis zirkonia (ZrO₂) atau titania (TiO₂) yang sensitif terhadap konsentrasi oksigen.
• Zirkonia bekerja berdasarkan fenomena elektrokimia. Ketika perbedaan konsentrasi oksigen terjadi di kedua sisi elemen keramik, sinyal tegangan dihasilkan karena ion oksigen yang melewati material.

- Transistor:

• Dalam rangkaian analog, transistor digunakan untuk memperkuat atau sebagai saklar. Dalam kasus sensor oksigen, transistor dapat bekerja sama dengan op-amp untuk menghasilkan penguatan tahap awal.

- Penguat Sinyal (Amplifier):

• Sinyal dari sensor oksigen biasanya dalam mikrovolt hingga miliVolt. Op-Amp (Operational Amplifier) digunakan untuk memperkuat sinyal ini hingga mencapai level yang dapat diterima oleh perangkat pengolah data.

- Filter:

• Filter pasif atau aktif digunakan untuk menyaring noise pada sinyal, khususnya untuk menghilangkan fluktuasi tegangan yang disebabkan oleh interferensi lingkungan atau sistem mesin.

- Pemanas Internal (Heater):

• Beberapa sensor oksigen memiliki elemen pemanas (heater), yang digunakan untuk menjaga elemen detektor pada suhu optimal (sekitar 600–700°C) agar hasil pengukuran tetap akurat. Heater dikendalikan menggunakan transistor sebagai driver atau rangkaian kontrol PWM (Pulse Width Modulation).

- Resistor dan Kapasitor:

• Resistor digunakan untuk bias dan stabilisasi tegangan.
• Kapasitor membantu meredam noise dalam sinyal tegangan.

- Output ke ECU (Engine Control Unit):

• Setelah sinyal diolah dan diperkuat, output diberikan ke sistem kontrol elektronik (ECU). ECU menganalisis data ini untuk mengatur injektor bahan bakar sehingga campuran bahan bakar-udara sesuai.

Cara kerja Komponen:

- Deteksi Oksigen:

• Elemen detektor zirkonia menghasilkan tegangan berdasarkan konsentrasi oksigen di gas buang.

- Penguatan Sinyal:

• Tegangan kecil yang dihasilkan diteruskan ke op-amp. Op-amp memperkuat sinyal ke level yang dapat diproses lebih lanjut.
• Rangkaian transistor pada op-amp dapat membantu memperkuat sinyal awal dari elemen detektor.

- Pemrosesan Sinyal:

• Sinyal difilter untuk menghilangkan noise dan distorsi.
• Rangkaian komparator atau ADC (jika diperlukan) mengubah sinyal ke digital untuk pengolahan oleh ECU.

- Pemanasan Sensor:

• Elemen pemanas menjaga sensor pada suhu operasi menggunakan driver transistor. Ketika elemen keramik mencapai suhu ideal, pengukuran lebih akurat.

- Output ke ECU:

• Setelah diproses, tegangan yang mencerminkan kadar oksigen dikirim ke ECU. ECU menggunakan informasi ini untuk:
  • Menyesuaikan durasi penyemprotan bahan bakar.
  • Mengoptimalkan efisiensi mesin dan mengurangi emisi gas buang.

pH Sensor

• Prinsip Kerja: Sensor pH digunakan untuk mengukur keasaman atau kebasaan larutan. Komponen inti sensor pH adalah elektroda kaca, yang menghasilkan tegangan kecil bergantung pada konsentrasi ion hidrogen (H⁺) dalam larutan. Sensor pH sering digunakan di laboratorium, industri makanan, pengolahan air, dan akuakultur.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal untuk bekerja).
• Analog/Digital: Biasanya Digital, karena mengukur kadar pH.
• Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (reaksi dengan kadar pH).
• Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung.

Grafik Respon

Grafik ini menunjukkan perubahan tegangan (Voltage) terhadap waktu (Time), dengan pola sinusoidal dan sedikit gangguan untuk mensimulasikan data sensor yang realistis. Jika Anda ingin mengubah gaya atau menyesuaikan parameter.

Komponen dalam Rangkaian:

1. Elektroda pH:

   • Menghasilkan sinyal analog dalam bentuk tegangan (mV) berdasarkan konsentrasi ion H⁺.

2. Amplifier (Penguat Tegangan):

   • Tegangan dari elektroda pH sangat kecil dan memerlukan penguat berimpedansi tinggi (high-impedance amplifier) untuk memperkuat sinyal tanpa kehilangan akurasi.
   • IC op-amp seperti TL081 atau AD822 sering digunakan karena memiliki impedansi masukan sangat tinggi.

3. Transistor:

   • Dalam beberapa rangkaian, transistor digunakan untuk stabilisasi tegangan atau sebagai bagian dari driver untuk sinyal output.

4. Buffer:

   • Sirkuit buffer digunakan untuk memastikan sinyal output stabil dan menghindari penurunan tegangan saat sinyal diteruskan ke rangkaian pengolah data.

5. Resistor dan Kapasitor:

   • Resistor membantu memberikan bias untuk op-amp atau transistor. Kapasitor digunakan untuk penyaringan dan stabilisasi tegangan.

6. Pengolah Data:

   • Mikrokontroler (seperti Arduino, ESP32, atau STM32) mengubah tegangan dari sensor menjadi data pH melalui proses kalibrasi (berdasarkan persamaan linear).

7. Kalibrasi:

• Rangkaian memerlukan proses kalibrasi menggunakan larutan buffer (biasanya pH 4, 7, dan 10) untuk menghasilkan pengukuran yang akurat.

Cara kerja Komponen:

Elektroda pH:

• Mengukur konsentrasi ion H⁺ dan menghasilkan tegangan kecil.

Penguat Tegangan:

• Memperkuat sinyal dari elektroda hingga mencapai level yang lebih tinggi.

Kalibrasi & Penyaringan:

• Offset dan gain diatur, noise dihilangkan oleh filter RC.

ADC & Mikrokontroler:

• Mengubah sinyal analog menjadi data digital dan menghitung nilai pH menggunakan algoritma kalibrasi.

Turbidity Sensor

• Prinsip Kerja: Sensor turbidity (kekeruhan) digunakan untuk mengukur kekeruhan air, biasanya dengan memanfaatkan cahaya yang dilewatkan atau dipantulkan oleh partikel dalam cairan. Prinsip dasar pengoperasian sensor turbidity adalah berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oleh fotodetektor setelah melewati medium atau dipantulkan oleh partikel dalam cairan. Sensor ini terdiri dari dua elemen utama: pemancar cahaya (LED atau laser) dan fotodetektor.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Pasif (Tidak perlu sumber daya eksternal untuk bekerja).
• Analog/Digital: Analog, karena mengukur kadar pH.
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (reaksi dengan kadar pH).
• Thermal/Mekanis/Optik: Optik.

• Grafik Respon

• rafik di atas menunjukkan respon turbidity sensor terhadap tingkat kekeruhan air:

  1. Kekeruhan Rendah (0–30 NTU): Tegangan keluaran mendekati nilai maksimum (misalnya, 5V) karena air jernih memungkinkan lebih banyak cahaya diterima oleh sensor.
  2. Kekeruhan Sedang (30–70 NTU): Tegangan mulai menurun karena partikel tersuspensi dalam air memblokir cahaya.
  3. Kekeruhan Tinggi (70–100 NTU): Tegangan keluaran sangat rendah karena hampir tidak ada cahaya yang mencapai fotodetektor.

Komponen dalam Rangkaian:

LED Pemancar Cahaya:

• LED (biasanya inframerah) digunakan sebagai sumber cahaya karena konsistensi dan efisiensinya.
• Pada beberapa aplikasi, LED dikontrol menggunakan transistor sebagai saklar atau rangkaian PWM.

Fotodetektor (Fotodioda/Fototransistor):

• Fotodioda menangkap cahaya pantulan atau transmisinya dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.
• Jika intensitas cahaya tinggi, sinyal listrik menjadi lebih kuat.

Amplifier (Penguat Op-Amp):

• Sinyal dari fotodetektor lemah sehingga diperkuat menggunakan IC op-amp seperti LM358 atau TL081.
• Amplifier berfungsi memperbesar sinyal tanpa kehilangan akurasi.

Filter RC (Resistor-Kapasitor):

• Digunakan untuk menghilangkan noise dari sinyal output.

Mikrokontroler atau ADC:

• Mikrokontroler membaca data analog dari op-amp melalui ADC (Analog-to-Digital Converter) dan mengubahnya menjadi nilai tingkat kekeruhan.
• Data ini diolah dan ditampilkan dalam format yang sesuai (contohnya NTU – Nephelometric Turbidity Units).

Resistor dan Kapasitor Bias:

• Resistor bias digunakan untuk stabilisasi operasi op-amp.
• Kapasitor berperan dalam penyaringan noise pada tegangan input.

Cara kerja Komponen:

1. Pengiriman Cahaya:

   • LED dipicu oleh sumber daya (bisa berupa PWM untuk menghemat energi) dan menghasilkan cahaya infra merah yang diarahkan ke cairan.

2. Deteksi Cahaya oleh Fotodetektor:

   • Fotodetektor menerima cahaya yang dipantulkan atau diteruskan oleh partikel dalam cairan.
   • Semakin keruh cairan, semakin rendah intensitas cahaya yang diterima oleh fotodetektor.

3. Penguatan Sinyal:

   • Output dari fotodioda (biasanya berupa arus) diubah menjadi tegangan dan diperkuat menggunakan op-amp.
   • Rangkaian amplifier memberikan tegangan proporsional terhadap tingkat kekeruhan.

4. Penyaringan Noise:

   • Kapasitor dalam rangkaian RC menghilangkan gangguan frekuensi tinggi pada sinyal.

5. Pengolahan Data:

   • Mikrokontroler mengukur tegangan analog dari amplifier, memetakan nilai tegangan terhadap tingkat kekeruhan (biasanya dikalibrasi terhadap NTU).
   • Data dapat ditampilkan pada layar atau dikirim ke perangkat lain untuk monitoring.

Water Sensor

• Prinsip Kerja: Sensor air (water sensor) digunakan untuk mendeteksi keberadaan air atau kelembapan pada suatu permukaan. Umumnya digunakan untuk sistem peringatan kebocoran, monitoring kelembapan, atau deteksi air di tangki.
• Kategori:
• Pasif/Aktif: Aktif (Water sensor bekerja dengan aliran listrik melalui konduktivitas air untuk mendeteksi keberadaannya.).
• Analog/Digital: Digital, Menghasilkan sinyal digital (HIGH/LOW) berdasarkan keberadaan air di sekitar sensor.
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (Mendeteksi sifat fisik konduktivitas air untuk menentukan keberadaan cairan.).
• Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis (Beroperasi dengan mendeteksi kontak mekanis antara air dan elektroda sensor.).

• Grafik Respon

• Grafik di atas menunjukkan respon water sensor terhadap keberadaan air:

  1. Sebelum Air Terdeteksi (0–2 detik): Tegangan keluaran sensor bernilai nol karena tidak ada air yang menyentuh sensor.
  2. Saat Air Mulai Terdeteksi (2–7 detik): Tegangan meningkat secara bertahap seiring bertambahnya level atau keberadaan air.
  3. Setelah Air Stabil (7–10 detik): Tegangan mencapai nilai maksimum dan stabil karena air berada pada level tertentu.

Komponen dalam Rangkaian dan cara kerja:

- Elektroda/Plat Sensor:

• Sebagai kontak utama yang akan mendeteksi keberadaan air berdasarkan prinsip konduktivitas.

Resistor Pull-Up/Pull-Down:

• Digunakan untuk menstabilkan sinyal dari elektroda dan membantu membaca output dengan jelas saat air terdeteksi.

Transistor (Sebagai Saklar Elektronik):

• Transistor seperti BC547 atau 2N3904 digunakan untuk mengaktifkan output berupa buzzer, LED, atau relay saat air terdeteksi.

Op-Amp (Jika Dibutuhkan Penguatan Sinyal):

• Dalam sensor yang membutuhkan penguatan sinyal, IC op-amp seperti LM358 dapat digunakan untuk memperkuat sinyal output dari elektroda.

Kapasitor (Pada Sensor Kapasitif):

• Digunakan untuk mendeteksi perubahan kapasitansi akibat kehadiran air.

Touch Sensor

Prinsip Kerja Touch Sensor: Touch Sensor adalah sensor yang mendeteksi keberadaan atau sentuhan berdasarkan perubahan kapasitansi suatu elektroda. Prinsip kapasitif sangat umum digunakan dalam perangkat seperti layar sentuh smartphone, tombol sentuh, atau panel kontrol elektronik.

• Kategori: Aktif
  Touch sensor bekerja dengan mendeteksi perubahan kapasitansi atau tekanan yang dihasilkan oleh sentuhan pengguna.
• Analog/Digital: Digital
  Menghasilkan sinyal digital (HIGH/LOW) berdasarkan ada tidaknya sentuhan.
• Fisika/Kimia/Biologi: Fisika
  Mendeteksi perubahan sifat fisik seperti kapasitansi atau tekanan akibat sentuhan.
• Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis
  Menggunakan prinsip mekanis (tekanan) atau kapasitansi untuk mendeteksi sentuhan langsung.

• Grafik Respon

• Grafik di atas menunjukkan perubahan tegangan atau kapasitansi pada touch sensor:

  1. Sebelum Sentuhan (0–3 detik): Tegangan stabil pada level awal.
  2. Saat Sentuhan (3–5 detik): Tegangan mengalami peningkatan akibat perubahan kapasitansi yang dipicu oleh sentuhan.
  3. Setelah Sentuhan (5–10 detik): Tegangan kembali stabil seperti semula.

Komponen dalam Rangkaian:

- Elektroda Sensor:

• Elektroda dapat berupa permukaan logam, lapisan tembaga, atau area pola PCB.

- Osilator:

• Menghasilkan sinyal referensi yang dipengaruhi oleh kapasitansi elektroda.
• Osilator ini sering merupakan bagian dari IC kapasitif modern.

- Penguat dan Komparator:

• Perubahan kapasitansi sering menghasilkan perubahan sinyal yang sangat kecil, sehingga diperlukan rangkaian op-amp atau komparator untuk memperbesar dan menstabilkan sinyal.

- Resistor dan Kapasitor:

• Digunakan untuk membentuk rangkaian RC (resistor-kapasitor) untuk menentukan frekuensi osilator dan menyaring noise.

- IC Pemroses Kapasitif (contohnya: TTP223 atau AT42QT1010):

• Memproses perubahan kapasitansi dan langsung memberikan output digital (HIGH/LOW).

- Output (Transistor atau Mikrokontroler):

• Sinyal digital dari IC dapat mengontrol transistor untuk mengaktifkan LED, relay, atau perangkat lain.
• Dalam sistem kompleks, mikrokontroler seperti Arduino digunakan untuk membaca dan mengolah data lebih lanjut.

Cara kerja komponen: 

Elektroda (Plate atau Sensor Kapasitif)

• Bahan: Biasanya berupa lapisan konduktif dari tembaga, aluminium, atau material konduktor lain.
• Fungsi:
  • Bertindak sebagai permukaan pendeteksi kapasitansi.
  • Ketika jari menyentuh atau mendekati elektroda, terjadi perubahan medan listrik, sehingga kapasitansi antara elektroda dan bumi (ground) meningkat.
• Cara Kerja:
• Saat elektroda tidak disentuh, kapasitansinya kecil.
• Ketika disentuh, tubuh manusia bertindak sebagai pelat tambahan dalam sistem kapasitor, meningkatkan kapasitansi sistem.

Oscillator (Sirkuit Penghasil Gelombang)

• Fungsi:
  • Membuat sinyal listrik dengan frekuensi yang bergantung pada kapasitansi elektroda.
• Cara Kerja:
  • Osilator menggunakan sirkuit RC (resistor dan kapasitor) untuk menentukan frekuensi output.
  • Ketika kapasitansi elektroda berubah akibat sentuhan, frekuensi gelombang yang dihasilkan osilator juga berubah.
• Hasil:
• Frekuensi atau amplitudo sinyal akan berbeda ketika ada atau tidak ada sentuhan.

Penguat Operasional (Op-Amp)

• Komponen Contoh: LM358 atau sejenisnya.
• Fungsi:
  • Memperbesar perubahan tegangan yang sangat kecil dari osilator akibat perubahan kapasitansi.
• Cara Kerja:
  • Op-amp menerima sinyal input (tegangan kecil akibat perubahan kapasitansi).
  • Sinyal diperkuat sehingga cukup kuat untuk diolah di langkah berikutnya.
• Hasil:
  • Memberikan sinyal tegangan yang signifikan untuk diolah lebih lanjut oleh rangkaian logika atau IC sensor.

 Komparator

• Komponen Contoh: Bagian dari IC seperti TTP223.
• Fungsi:
  • Membandingkan sinyal tegangan dari elektroda dengan nilai ambang batas (threshold voltage).
• Cara Kerja:
  • Jika tegangan akibat sentuhan melebihi nilai ambang batas, komparator menghasilkan sinyal HIGH (menandakan adanya sentuhan).
  • Jika tidak disentuh, menghasilkan sinyal LOW.
• Hasil:
  • Menentukan status sentuhan (ON atau OFF).

Resistor dan Kapasitor

• Fungsi:
  • Membentuk sirkuit RC untuk osilator.
  • Memfilter noise pada sinyal agar output lebih stabil.
• Cara Kerja:
  • Resistor mengatur arus listrik dalam sirkuit dan menentukan waktu muat-lepas kapasitor.
  • Kapasitor menyimpan muatan dan memengaruhi frekuensi output osilator berdasarkan nilai kapasitansinya.

IC Sensor Kapasitif (Misalnya: TTP223 atau AT42QT1010)

• Fungsi:
  • Mengintegrasikan semua proses pendeteksian perubahan kapasitansi, pemrosesan sinyal, dan pembangkitan output digital.
• Cara Kerja:
  • Input dari elektroda diterima oleh IC.
  • IC memproses sinyal dari perubahan kapasitansi (termasuk osilasi dan perbandingan dengan threshold).
  • Output dari IC berupa sinyal digital (HIGH untuk sentuhan, LOW untuk tidak ada sentuhan).
• Hasil:
  • Sinyal logika digital yang siap digunakan untuk mengontrol perangkat lain.

Transistor (Sebagai Driver Output)

• Komponen Contoh: BC547, 2N3904, atau MOSFET kecil.
• Fungsi:
  • Bertindak sebagai saklar elektronik yang memperkuat sinyal output dari IC atau op-amp untuk menggerakkan perangkat lain, seperti LED atau buzzer.
• Cara Kerja:
  • Ketika IC menghasilkan sinyal HIGH (tegangan logika positif), arus mengalir melalui basis transistor, sehingga transistor mengalirkan arus lebih besar di kolektor ke emitor.
  • Ini memungkinkan perangkat seperti LED atau buzzer diaktifkan.
• Hasil:
  • Mengontrol perangkat output yang membutuhkan arus lebih besar dari yang bisa disuplai langsung oleh IC.

Output (LED, Buzzer, atau Mikrokontroler)

• Fungsi:
  • Memberikan umpan balik visual atau auditori kepada pengguna, atau mengolah sinyal untuk sistem kontrol lanjutan.
• Cara Kerja:
  • Sinyal HIGH dari IC atau transistor mengaktifkan perangkat output.
  • Misalnya, LED akan menyala untuk menunjukkan deteksi sentuhan, atau buzzer akan berbunyi.
• Hasil:
  • Sistem memberikan respons atau indikasi saat sentuhan terdeteksi.

Dasar teori komponen.

1. Komparator

 

 Komparator adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk membandingkan dua buah sinyal input analog (Volt). Kemudian berdasarkan perbandingan dua sinyal analog tersebut akan dikeluarkan output berupa tegangan sesuai dengan nilai VCC.

Terlihat pada gambar diatas pada dasarnya Komparator ini menggunakan perangkat Op Amp / Operational Amplifier yang digunakan untuk membandingkan dua tegangan yaitu V+ dan V-.

Kemudian terdapat sebuah rumus dasar yaitu :

• Apabila V+ > V-, output komparator adalah 1 atau senilai VCC
• Apabila V+ < V-, output komparator adalah 0

2. Transistor NPN

 Transistor NPN adalah salah satu jenis transistor bipolar yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor: dua lapisan tipe N (negatif) dan satu lapisan tipe P (positif). Berikut adalah penjelasan lebih mendetail tentang transistor NPN:

Struktur Transistor NPN:

• Emitor (E): Lapisan N yang terhubung ke sumber arus negatif, berfungsi sebagai penyuplai elektron.
• Basis (B): Lapisan P yang sangat tipis di antara emitor dan kolektor, berfungsi sebagai kontrol arus.
• Kolektor (C): Lapisan N yang mengumpulkan arus yang keluar dari transistor.

   Spesifikasi dan konfigurasi pin:

Spesifikasi

Prinsip Kerja:

1. Arus Basis: Untuk mengaktifkan transistor NPN, arus kecil dialirkan ke terminal basis. Ini menciptakan kondisi di mana elektron dari emitor dapat masuk ke lapisan basis.

2. Injeksi Elektron: Ketika arus mengalir dari emitor ke basis, beberapa elektron dari emitor disuntikkan ke lapisan basis. Karena lapisan basis sangat tipis dan memiliki sedikit lubang (defisiensi elektron), sebagian besar elektron ini bergerak menuju kolektor.

3. Penguatan Arus: Arus yang mengalir dari emitor ke kolektor jauh lebih besar daripada arus yang mengalir ke basis. Hal ini memungkinkan transistor NPN untuk bertindak sebagai penguat, di mana arus kecil di basis mengontrol arus yang jauh lebih besar di kolektor.

Karakteristik:

• Penguatan: Transistor NPN memiliki penguatan arus yang ditentukan oleh rasio antara arus kolektor (Ic) dan arus basis (Ib). Penguatan ini sering dinyatakan dalam bentuk faktor penguatan (hFE) atau β (beta).
• Saturasi dan Pemutusan: Transistor NPN dapat berada dalam dua keadaan:
  
  Saturasi: Ketika transistor diaktifkan sepenuhnya (arus basis cukup tinggi), maka arus kolektor maksimum mengalir dan transistor berfungsi seperti saklar tertutup.
  
  Pemutusan: Ketika tidak ada arus basis, transistor berada dalam keadaan mati dan arus kolektor sangat kecil.

3. Resistor

Spesifikasi resistor yang digunakan:

a. Resistor 10 ohm

b. Resistor 220 ohm

c. Resistor 10k ohm

            Datasheet resistor

 

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor

      Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :

1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Rumus Resistor:

Seri : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

Dimana :

Rtotal = Total Nilai Resistor

R₁ = Resistor ke-1

R₂ = Resistor ke-2

R₃ = Resistor ke-3

R_n = Resistor ke-n

Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n

Dimana :

R_total = Total Nilai Resistor

R₁ = Resistor ke-1

R₂ = Resistor ke-2

R₃ = Resistor ke-3

R_n = Resistor ke-n

4. Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. 

Spesifikasi tipe relay: 5VDC-SL-C

Tegangan coil: DC 5V

Struktur: Sealed type

Sensitivitas coil: 0.36W

Tahanan coil: 60-70 ohm

Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC

Ukuran: 196154155 mm

Jumlah pin: 5

Konfigurasi Pin

 Datasheet Relay

5. Dioda

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

6. OP-AMP

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah 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.

 

7. Motor DC

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. 

Konfigurasi Pin

 Pin 1 : Terminal 1

 Pin 2 : Terminal 2

                Spesifikasi Motor DC

8. Switch 

Features 

• Constant ON resistance for signals ±10V and 100 kHz connection diagram

 • tOFF < tON. break before make action

 • Open switch isolation at 1.0 MHz -50 dB

 • < 1.0 nA leakage in OFF state • TTL. DTL. RTL direct drive compatibility

 • Single disable pin turns all sWitches in package OFF  

9. Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.Dioda memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar Simbol Dioda

Cara Kerja Dioda

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

A. Kondisi tanpa tegangan

        Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

B. Kondisi tegangan positif (Forward-bias)

    Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

C. Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)

        Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

RUMUS

Transistor NPN

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. 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. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Simbol Transistor NPN BC547

Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

Rumus dari Transitor adalah :

h_FE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

h_FE = arus yang dicapai

Rumus dari Transitor adalah :

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

• OP-AMP

Simbol 

 

Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.

 

 

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

                                                                           

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:

NonInverting

 Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

• Gerbang NOT (IC 7404)

Gerbang NOT atau disebut juga "NOT GATE" atau Inverter (Gerbang Pembalik) adalah jenis gerbang logika yang hanya memiliki satu input (Masukan) dan satu output (keluaran). Dikatakan Inverter (gerbang pembalik) karena gerbang ini akan menghasilkan nilai ouput yang berlawanan dengan nilai inputnya . Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang NOT berikut.

Pada gerbang logika NOT, simbol yang menandakan operasi gerbang logika NOT adalah tanda minus (-) diatas variabel, perhatikan gambar diatas.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang NOT. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang NOT akan menghasilkan output (keluaran) logika 1 bila variabel input (masukan) bernilai logika 0" sebalikanya "Gerbang NOT akan menghasilkan keluaran logika 0 bila input (masukan) bernilai logika 1"

• Voltmeter

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.

• Ground

Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

4. Prinsip Kerja [Kembali]

A. Prosedur Percobaan

- Siapkan seluruh alat dan bahan yang akan digunakan di Proteus

- Rangkaian semua alat dan bahan pada proteus

- Atur nilai variable (tengang, arus, dll)

- Lalu tekan tombol jalankan 

- Simulasikan semua sensor yang ada

- Revisi lagi apakah ada yang kurang dari rangkaian

- Lakukan simulasi kembali

B. Gambar Rankaian

C. Prinsip Kerja Rankaian

1 Sensor 2 Output: 

Rangkaian ini memanfaatkan sensor Load Cell (LC1) untuk mengukur berat suatu benda, seperti contohnya Air. Saat beban ditempatkan pada Load Cell, sensor menghasilkan sinyal tegangan kecil yang sebanding dengan berat benda tersebut. Tegangan ini diperkuat oleh amplifier non-inverting berbasis op-amp U13 (UA741). Tegangan keluaran amplifier dihitung menggunakan rumus: Vo = (1 + RF/R1) × Vin, di mana RF dan R1 adalah resistor umpan balik yang menentukan faktor penguatan.

Tegangan keluaran amplifier selanjutnya dialirkan ke input inverting op-amp U14, yang berfungsi sebagai detektor. Op-amp ini membandingkan tegangan dari Load Cell dengan tegangan referensi yang diatur melalui potensiometer RV5. Jika berat benda melebihi ambang batas (misalnya, 30 satuan berat), tegangan pada input inverting akan melampaui tegangan referensi, menghasilkan sinyal keluaran tinggi (logika "1") dari op-amp U14.

Sinyal dari op-amp U14 diteruskan ke basis transistor Q3 (BC547) melalui resistor bias RB2. Ketika tegangan basis-emitor (Vbe) transistor mencapai ambang 0,6V, transistor menjadi aktif (saturasi), memungkinkan arus mengalir dari kolektor ke emitor. Aktivasi transistor ini menyalakan relay RL3, yang terhubung ke motor penggerak dan lampu indikator (LED hijau, D7). Motor mulai bekerja untuk memindahkan air, sementara lampu indikator menyala sebagai penanda bahwa proses sedang berlangsung.

Sumber daya untuk motor dan lampu indikator disuplai melalui relay, yang hanya diaktifkan oleh arus dari transistor saat berat benda mencapai atau melebihi ambang batas yang telah ditentukan. Dengan mekanisme ini, rangkaian memastikan motor hanya beroperasi ketika dibutuhkan, menjadikan sistem lebih efisien dan sepenuhnya otomatis.

Pada gambar rangkaian, terdapat dua sensor utama yang berfungsi untuk menjaga kualitas air di Sumur, yaitu pH sensor dan turbidity sensor. pH sensor digunakan untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan air. Jika nilai pH terlalu tinggi atau terlalu rendah, sensor ini akan menghasilkan sinyal yang diproses oleh rangkaian penguat (op-amp) dan logika gerbang. Ketika nilai pH melewati ambang batas yang telah ditentukan, motor akan diaktifkan untuk menggerakkan pompa sehingga air dalam Sumur dikeluarkan.

Sementara itu, turbidity sensor bertugas mengukur kejernihan air dengan mendeteksi jumlah partikel atau tingkat kekeruhan air. Sensor ini memanfaatkan cahaya yang tersebar dalam air untuk menentukan tingkat kekeruhan. Sinyal yang dihasilkan oleh sensor diproses oleh rangkaian penguat dan komparator untuk mengevaluasi apakah air terlalu keruh. Jika nilai kekeruhan melampaui ambang batas, rangkaian akan mengaktifkan motor untuk membersihkan air yang keruh dari Sumur.

Kedua sensor ini bekerja sama dalam satu rangkaian kontrol. Sinyal dari masing-masing sensor diolah melalui rangkaian penguat, komparator, dan logika gerbang (seperti OR). Jika salah satu sensor mendeteksi bahwa kondisi air tidak memenuhi standar (pH tidak normal atau air keruh), maka motor akan diaktifkan untuk memastikan air yang tercemar dapat dikeluarkan. Hal ini menjaga agar kualitas air dalam sumur tetap optimal.

2 Sensor 1 Output:

Rangkaian water sensor berfungsi untuk menjaga ketinggian air di dalam sumur secara otomatis. Sensor air yang diletakkan di dalam sumur mendeteksi ketinggian air. Jika ketinggian air berada di bawah ambang batas minimum, sensor akan menghasilkan sinyal yang diproses oleh rangkaian penguat dan komparator. Op-amp dalam rangkaian ini membandingkan sinyal sensor dengan nilai ambang batas yang telah ditentukan.

Jika air terlalu rendah, rangkaian akan mengaktifkan transistor yang berfungsi sebagai saklar elektronik untuk menyalakan motor pompa air. Motor ini kemudian memompa air. Selain itu, rangkaian dilengkapi dengan indikator digital berupa angka 7-segment yang menunjukkan status pompa: angka 1 berarti pompa hidup, sedangkan angka 0 berarti pompa mati.

Dengan mekanisme ini, rangkaian water sensor memastikan ketinggian air dalam sumur selalu terjaga secara otomatis dan memberikan informasi status pompa kepada pengguna secara real-time.

Touch sensor pada sistem kontrol penjernih air minum otomatis berfungsi sebagai pengendali manual untuk mengaktifkan atau menonaktifkan proses tertentu dalam sistem. Dengan sensor ini, pengguna dapat menyalakan atau mematikan pompa air, lampu indikator, atau fitur lainnya hanya dengan sentuhan.

Selain memberikan kemudahan, touch sensor juga meningkatkan fleksibilitas sistem. Misalnya, jika diperlukan penghentian atau pengaktifan cepat, touch sensor memungkinkan kontrol langsung tanpa harus bergantung pada sistem otomatisasi.

Sistem penjernih air minum otomatis menggunakan sensor suhu untuk mengontrol proses penjernihan air secara efisien dan memastikan kualitas air tetap terjaga. Sensor suhu digunakan untuk mendeteksi suhu air secara real-time. Jika suhu air berada di luar rentang normal yang telah ditentukan, sensor akan mengirimkan sinyal ke sistem kontrol dan kemudian akan menurunkan suhu ke tingkat yang stabil.

Oxygen sensor pada sistem kontrol penjernih air minum otomatis berfungsi untuk mengukur kadar oksigen terlarut dalam air. Sensor ini akan memberikan data tentang kualitas air dengan mendeteksi perubahan kandungan oksigen, yang merupakan indikator penting untuk proses pemurnian. Ketika kadar oksigen terlalu rendah atau terlalu tinggi, sistem kontrol akan menyesuaikan proses filtrasi atau penambahan oksigen untuk memastikan kualitas air tetap aman untuk konsumsi.

Proximity sensor dalam sistem penjernih air minum berfungsi untuk mendeteksi tekanan tanpa kontak langsung. Sensor ini sangat berguna dalam mengatur beberapa proses otomatis di dalam mesin penjernih air. Misalnya, sensor ini bisa digunakan untuk mendeteksi apakah tekanan air bersifat stabil. Ketika tekanan air terlalu rendah, sensor ini akan mendeteksi perubahan medan elektromagnetik dan mengirimkan sinyal untuk mengatur jalannya proses.

Sensor ini juga bisa memonitor aliran air, memastikan tidak ada penyumbatan, dan mengendalikan pemompaan air secara otomatis. Secara keseluruhan, penggunaan proximity sensor dalam penjernih air meningkatkan efisiensi, keamanan, dan memungkinkan pemantauan sistem tanpa harus melakukan pemeriksaan manual yang sering.

D. Video Teori dan Rangkaian

5. Download File [Kembali]

Rangkaian proteus klik disini 

Video percobaan Klik disini

DataSheet Resistor 10k  Klik disini 

DataSheet Dioda Klik disini

DataSheet Motor DC Klik disini 

DataSheet Resistor 10k  Klik disini 

DataSheet Dioda Klik disini

Datasheet Switch klik disini

Datasheet Seven Segment klik disini

Datasheet Potensiometer Klik disini

Datasheet LED klik disini

Datasheet 7432 (gerbang OR) klik disini

Download Datasheet Opamp klik

Datasheet IC 7447 Klik disini

Datasheet IC 555 Klik disini

Datasheet IC 4026 Klik disini

Datasheet IC 7482 Klik disini

Datasheet IC 4511 Klik disini