Tugas Besar

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Sistem Kontrol Penjernih Air Limbah 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. Flow Sensor.

 Flow sensor adalah untuk mendeteksi aliran dan menentukan kecepatan atau volumenya.

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.

8. TDS Sensor.

 Sensor TDS (Total Dissolved Solids) adalah mendeteksi kadar zat padat yang terlarut dalam air. TDS sensor dapat digunakan untuk menunjukkan kualitas air, dan dapat diaplikasikan pada berbagai aplikasi, seperti: Meteran TDS, Air sumur, Akuarium, Hidroponik.

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.

Flow Sensor 

• • 
    
    
    
    
    Prinsip Kerja: Flow sensor digunakan untuk mengukur laju aliran cairan atau gas dalam suatu pipa. Prinsip kerjanya bergantung pada jenis flow sensor yang digunakan.
  • Kategori:
  • Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal).
  • Analog/Digital: Analog (mendeteksi kecepatan air secara analog.).
  • Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (kecepatan).
  • Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis.
  Grafik Respon

• Grafik di atas menunjukkan hubungan linear antara laju aliran fluida (liter per menit) dan tegangan keluaran (V) dari flow sensor. Tegangan keluaran sensor meningkat secara linier seiring dengan bertambahnya laju aliran. Linearitas ini umum ditemukan pada flow sensor mekanis atau elektromagnetik selama masih dalam rentang operasional sensor. Di luar batas maksimum, respon sensor mungkin mengalami saturasi.
  
  

Komponen dalam rangkaian:

Berikut adalah komponen utama yang biasa digunakan dalam rangkaian flow sensor dan fungsinya:

---

1. Flow Sensor

• Fungsi: Komponen utama untuk mendeteksi dan mengukur laju aliran fluida.


• Penjelasan:
  
  
  • Jenis mekanis (turbine, impeller) mendeteksi aliran melalui gerakan fisik.
  • Jenis elektronik (elektromagnetik, ultrasonik, termal) menggunakan prinsip fisika untuk mengukur aliran.

---

2. Sensor Hall-Effect (Untuk Flow Sensor Mekanis)

• Fungsi: Mendeteksi perubahan medan magnet akibat gerakan turbin atau impeller dalam flow sensor.


• Penjelasan: Saat turbin berputar, magnet pada turbin menghasilkan pulsa yang diubah menjadi sinyal digital.

---

3. Mikrokontroler (Misalnya Arduino atau ESP32)

• Fungsi: Memproses sinyal dari sensor dan menghitung laju aliran fluida.


• Penjelasan:
  
  
  • Menerima pulsa atau sinyal analog dari sensor.
  
  
  • Mengubah sinyal tersebut menjadi nilai aliran (liter per menit atau lainnya) berdasarkan kalibrasi.

---

4. Resistor Pull-Up/Pull-Down

• Fungsi: Membantu menstabilkan sinyal digital pada sensor Hall-effect atau mengurangi noise pada input analog.


• Penjelasan: Membentuk sinyal yang lebih bersih untuk diproses oleh mikrokontroler.

---

5. Filter Kapasitor

• Fungsi: Mengurangi noise pada sinyal analog yang dihasilkan oleh sensor.


• Penjelasan: Kapasitor ini meminimalkan fluktuasi tegangan dan memberikan hasil pengukuran yang lebih stabil.

---

6. Amplifier Operasional (Op-Amp)

• Fungsi: Memperkuat sinyal analog dari flow sensor (terutama untuk sensor elektromagnetik atau termal).


• Penjelasan:
  
  
  • Membuat sinyal lebih kuat dan mudah diproses oleh ADC pada mikrokontroler.

---

7. ADC (Analog-to-Digital Converter)

• Fungsi: Mengubah sinyal analog menjadi data digital yang dapat diproses oleh mikrokontroler.


• Penjelasan: Bisa berupa komponen terpisah atau terintegrasi dalam mikrokontroler.

---

8. Layar LCD/Display atau Modul Komunikasi

• Fungsi:
  
  
  • Menampilkan hasil pengukuran secara langsung (LCD).
  
  
  • Mengirim data ke perangkat lain melalui protokol komunikasi seperti UART, I2C, atau WiFi.
  
  
  
  


• Penjelasan: Alat visualisasi atau pengirim data agar hasil mudah dibaca oleh pengguna.

---

9. Sumber Daya (Baterai atau Adaptor)

• Fungsi: Memberikan daya untuk mengoperasikan sensor dan rangkaian lainnya.


• Penjelasan: Tegangan biasanya 5V atau 3.3V, tergantung jenis sensor dan komponen.

---

10. PCB (Printed Circuit Board)

• Fungsi: Menghubungkan semua komponen secara terorganisir dalam satu rangkaian.


• Penjelasan: Memastikan koneksi antara sensor, mikrokontroler, dan sumber daya stabil.

Cara kerja Komponen:

1. Flow Sensor

• Cara Kerja:
  • Mekanis (Turbine/Impeller):
    Ketika fluida mengalir, turbin atau impeller berputar sebanding dengan laju aliran. Magnet pada turbin menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah. Perubahan ini digunakan untuk menghitung laju aliran.
  • Ultrasonik:
    Gelombang ultrasonik dipancarkan melalui cairan, lalu diterima oleh sensor lain. Perbedaan waktu tempuh atau pergeseran frekuensi (Doppler Effect) digunakan untuk menghitung kecepatan aliran.
  • Elektromagnetik:
    Saat fluida konduktif mengalir melalui medan magnet, tegangan listrik diinduksi dalam fluida. Tegangan ini diukur untuk mengetahui kecepatan aliran.

---

2. Sensor Hall-Effect (Pada Sensor Mekanis)

• Cara Kerja:
  • Sensor Hall mendeteksi perubahan medan magnet dari magnet yang terpasang pada turbin.
  • Setiap rotasi turbin menghasilkan pulsa listrik.
  • Pulsa ini diterjemahkan menjadi data digital untuk menghitung laju aliran.

---

3. Mikrokontroler (Misalnya Arduino atau ESP32)

• Cara Kerja:
  • Menerima data dari sensor, baik analog (tegangan) maupun digital (pulsa).
  • Menggunakan algoritma atau kalibrasi untuk menghitung nilai laju aliran fluida dari data mentah.
  • Data ini bisa ditampilkan langsung atau dikirim ke perangkat lain.

---

4. Resistor Pull-Up/Pull-Down

• Cara Kerja:
  • Mengatur logika sinyal digital di pin input sensor saat tidak ada sinyal.
  • Mencegah noise atau osilasi pada sinyal yang dapat mempengaruhi pembacaan mikrokontroler.

---

5. Filter Kapasitor

• Cara Kerja:
  • Mengurangi noise atau gangguan pada sinyal analog dari flow sensor.
  • Menyediakan tegangan yang lebih stabil untuk memastikan data yang lebih akurat.

---

6. Amplifier Operasional (Op-Amp)

• Cara Kerja:
  • Memperkuat sinyal tegangan kecil yang dihasilkan oleh sensor elektromagnetik, ultrasonik, atau sensor lain.
  • Sinyal yang diperkuat dapat diolah dengan mudah oleh ADC atau mikrokontroler.

---

7. ADC (Analog-to-Digital Converter)

• Cara Kerja:
  • Menerima sinyal tegangan analog dari sensor.
  • Mengubah tegangan tersebut menjadi data digital dalam bentuk angka.
  • Data digital ini digunakan oleh mikrokontroler untuk kalkulasi lebih lanjut.

---

8. Layar LCD/Display atau Modul Komunikasi

• Cara Kerja:
  • Layar LCD/Display: Menampilkan nilai laju aliran fluida yang diolah oleh mikrokontroler.
  • Modul Komunikasi: Mengirim data ke perangkat eksternal (PC, cloud, dll.) menggunakan protokol seperti UART, I2C, atau WiFi.

---

9. Sumber Daya (Baterai atau Adaptor)

• Cara Kerja:
  • Menyediakan daya stabil untuk seluruh komponen dalam rangkaian.
  • Fluktuasi tegangan diminimalkan agar tidak memengaruhi akurasi sensor.

---

10. PCB (Printed Circuit Board)

• Cara Kerja:
  • Menghubungkan semua komponen secara elektrik.
  • Menyediakan jalur listrik yang efisien dan aman antara sumber daya, sensor, dan mikrokontroler.

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:

Komponen Sensor:

1. Ceramic Sensor Body (ZrO₂ Element)
   Elemen inti sensor terbuat dari keramik zirconia (ZrO₂), yang memiliki sifat elektrolit padat untuk menghantarkan ion oksigen pada suhu tinggi.

2. Platinum Electrodes (Internal dan External)

   • Internal Platinum Electrode: Berinteraksi dengan gas buang (exhaust gas).
   • External Platinum Electrode: Berinteraksi dengan udara sekitar (atmosfer).
     Platinum digunakan karena tahan terhadap suhu tinggi dan memiliki sifat katalitik.

3. Coating
   Lapisan pelindung melindungi elektroda dari kontaminasi, misalnya jelaga atau residu bahan bakar.

4. Contact Spring & Bushing
   Bagian ini menghubungkan sensor ke sistem kelistrikan.

5. Exhaust dan Atmosphere
   Gas buang dari gas bersentuhan dengan elektroda internal, sedangkan udara atmosfer bersentuhan dengan elektroda eksternal.

6. Voltage Generator
   Mengukur perbedaan tegangan yang dihasilkan oleh reaksi elektrokimia.

- 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:

1. Perbedaan Konsentrasi Oksigen

   • Elektroda internal berada dalam kontak dengan gas buang (konsentrasi oksigen rendah).
   • Elektroda eksternal berada dalam kontak dengan udara luar (konsentrasi oksigen tinggi).

2. Reaksi Elektrokimia
   Ketika ada perbedaan konsentrasi oksigen di kedua sisi elemen zirconia, ion oksigen berpindah melalui elemen zirconia, menghasilkan tegangan listrik.

3. Output Tegangan

• Sensor menghasilkan tegangan antara 0,1 volt (campuran lean - lebih banyak oksigen) hingga 0,9 volt (campuran rich - lebih banyak bahan bakar).
• Tegangan ini digunakan oleh ECU (Engine Control Unit) untuk menyesuaikan rasio udara-bahan bakar demi efisiensi pembakaran dan pengurangan emisi.

- Deteksi Oksigen:

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

Detektor zirkonia mendeteksi oksigen di gas buang menggunakan material zirconia (ZrO₂) yang bersifat elektrolit padat pada suhu tinggi. Ketika terdapat perbedaan konsentrasi oksigen antara gas buang (oksigen rendah) dan udara luar (oksigen tinggi), ion oksigen (O²⁻) bergerak melalui zirkonia. Pergerakan ion ini menciptakan perbedaan tegangan listrik antara elektroda internal (gas buang) dan eksternal (udara).

Pada gambar, elemen deteksi zirkonia berada di bagian "Ceramic Sensor Body (ZrO₂ Element)", yaitu badan sensor keramik yang terbuat dari material zirconia.

• Kerja sensor oksigen akan membandingkan jumlah kandungan O2 di air dengan O2 udara luar (Artinya kandungan oksigen dalam gas buang dibandingkan dengan kandungan oksigen pada udara atmosfir (20,8 %). 
• Selanjutnya, hasil dari perbandingan O2 ini dikonversi oleh ZrO2 (Zirconia electrolyte) komponen pada O2 sensor agar menjadi arus listrik. 
• Apabila kandungan oksigen dalam gas buang sekitar 3 % (campuran kurus), O2 sensor akan menghasilkan tegangan sebesar 0,1 volt. Sedangkan Jika kandungan oksigen dalam gas buang berkisar 0,3 % (campuran kaya), O2 sensor akan menghasilkan tegangan sebesar 0,9 volt. 
• Kemudian, tegangan listrik ini disebut sinyal output yang akan di kirimkan ke ECU sebagai informasi dari hasil pembakaran yang terjadi pada ruang bakar yang terdeteksi melalui gas buang. 
• Sensor oksigen bekerja layaknya switch yang secara konstan memberikan sinyal di setiap  perubahan campuran bahan bakar. 
• Fungsi ECU adalah menjaga campuran bahan bakar supaya mendekati campuran ideal dengan melakukan kebalikan dari apa yang dilaporkan oleh oksigen sensor. 
• Jika dari sensor oksigen memberikan sinyal jika campuran bahan bakar terlalu gemuk, maka ECU akan memperpendek waktu kerja injektor sehingga akan mengurangi jumlah volome bahan bakar yang disemprotkan yang bertujuan agar campuran menjadi lebih kurus.

- 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.

Sensor TDS

• 
  
  
  
  
  • Prinsip Kerja: Prinsip kerja sensor Total Dissolved Solids (TDS) adalah mengukur konduktivitas listrik pada cairan. Sensor TDS memiliki dua elektroda yang terbuat dari bahan konduktif, seperti grafit atau logam.
  • Kategori:
  • Pasif/Aktif: Aktif - Membutuhkan sumber daya eksternal untuk mendeteksi perubahan konduktivitas atau sinyal yang berkaitan dengan TDS.
  • Analog/Digital:  Analog (untuk kebanyakan jenis sensor TDS); hasil pengukuran biasanya berupa tegangan analog yang dapat diolah menjadi nilai digital melalui ADC (Analog-to-Digital Converter). Beberapa model modern langsung mendukung Digital.
  • Fisika/Kimia/Biologi: Kimia - Sensor ini bekerja dengan prinsip pengukuran konduktivitas elektrik cairan, yang berkaitan dengan jumlah ion terlarut dalam larutan (reaksi kimia antar ion).
  • Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis/Elektrik - Prinsip kerjanya terkait dengan konduktivitas listrik pada cairan, tanpa melibatkan thermal atau optik secara langsung.
  Grafik Respon
  
  
  
  Berikut adalah grafik respons TDS sensor, yang menunjukkan hubungan linear antara konsentrasi TDS (ppm) dan tegangan keluaran (V). Semakin tinggi konsentrasi padatan terlarut, semakin besar tegangan keluaran yang dihasilkan oleh sensor. 

Komponen dalam rangkaian:

1. Probe TDS (Sensor)

• Fungsi: Mengukur konduktivitas cairan sebagai indikator jumlah padatan terlarut (TDS).
• Penjelasan: Probe ini biasanya terdiri dari dua elektroda konduktif yang menghantarkan listrik melalui cairan.

2. Resistor Pull-Up/Pull-Down

• Fungsi: Menyesuaikan sensitivitas dan stabilitas pembacaan.
• Penjelasan: Digunakan untuk membentuk hubungan dengan sirkuit pengukuran, mencegah noise, dan meningkatkan keakuratan.

3. Amplifier Operasional (Op-Amp)

• Fungsi: Memperkuat sinyal tegangan rendah yang dihasilkan oleh probe TDS.
• Penjelasan: Konduktivitas sering menghasilkan tegangan kecil; op-amp memperkuatnya agar dapat diolah oleh sistem.

4. Mikrokontroler (Misalnya: Arduino, ESP32, dll.)

• Fungsi: Mengolah data analog dari sensor dan mengubahnya menjadi nilai TDS dalam ppm.
• Penjelasan: Mikrokontroler menerima sinyal tegangan melalui ADC (Analog-to-Digital Converter) dan menerjemahkannya berdasarkan kalibrasi.

5. Regulator Tegangan

• Fungsi: Menyediakan tegangan stabil untuk rangkaian sensor.
• Penjelasan: Membatasi fluktuasi tegangan yang dapat memengaruhi akurasi pembacaan.

6. LCD atau Modul Komunikasi

• Fungsi: Menampilkan nilai TDS (LCD) atau mengirim data ke perangkat lain (via I2C, UART, WiFi, dll.).
• Penjelasan: Berguna untuk memvisualisasikan atau memantau data pengukuran.

7. Kapasitor Decoupling

• Fungsi: Mengurangi noise pada sirkuit.
• Penjelasan: Menjaga stabilitas daya yang disuplai ke sensor atau amplifier.

8. Sumber Daya

• Fungsi: Memberikan tegangan dan arus yang diperlukan untuk mengoperasikan rangkaian.
• Penjelasan: Bisa berupa baterai, adaptor DC, atau USB dengan tegangan tipikal 5V atau 3.3V.

Cara kerja komponen: 

1. Probe TDS (Sensor)

• Cara Kerja:
  • Probe terdiri dari dua elektroda konduktif yang dicelupkan ke dalam cairan.
  • Elektroda ini melewatkan arus kecil melalui larutan, dan konduktivitasnya diukur.
  • Konduktivitas larutan berbanding lurus dengan jumlah ion terlarut (padatan terlarut).
  • Sinyal yang dihasilkan adalah tegangan kecil (analog) yang merepresentasikan nilai TDS.

---

2. Resistor Pull-Up/Pull-Down

• Cara Kerja:
  • Membantu menjaga nilai stabil pada input atau output sirkuit untuk mencegah fluktuasi sinyal.
  • Dalam rangkaian TDS, resistor ini membantu meminimalkan noise yang memengaruhi pembacaan dari probe sensor.

---

3. Amplifier Operasional (Op-Amp)

• Cara Kerja:
  • Sinyal dari probe biasanya sangat kecil (dalam millivolt), sehingga perlu diperkuat agar bisa dibaca dengan akurat.
  • Op-Amp memperkuat tegangan tersebut tanpa distorsi sehingga menjadi sinyal analog yang lebih besar.

---

4. Mikrokontroler (Arduino, ESP32, dll.)

• Cara Kerja:
  • Mikrokontroler menerima sinyal analog dari sensor melalui port ADC (Analog-to-Digital Converter).
  • ADC mengubah sinyal analog menjadi data digital.
  • Data ini diolah menggunakan algoritma atau persamaan yang sudah dikalibrasi untuk menghitung nilai TDS dalam ppm.
  • Mikrokontroler juga bertugas mengirim atau menampilkan hasil pengukuran.

---

5. Regulator Tegangan

• Cara Kerja:
  • Menyediakan tegangan konstan untuk semua komponen di rangkaian.
  • Fluktuasi daya dari sumber utama (baterai atau adaptor) distabilkan agar tidak memengaruhi hasil pembacaan sensor.

---

6. LCD atau Modul Komunikasi

• Cara Kerja:
  • LCD: Menerima data dari mikrokontroler dan menampilkan nilai TDS (biasanya dalam ppm).
  • Modul Komunikasi: Misalnya I2C, UART, atau WiFi, memungkinkan pengiriman data ke perangkat lain seperti komputer atau cloud.

---

7. Kapasitor Decoupling

• Cara Kerja:
  • Berfungsi menyerap fluktuasi dan noise dari sumber daya.
  • Mencegah perubahan tegangan yang dapat mengganggu pengukuran sensor dan komponen elektronik lainnya.

---

8. Sumber Daya

• Cara Kerja:
• Memberikan tegangan dan arus listrik ke semua komponen dalam rangkaian.
• Bisa berupa USB (5V), baterai, atau adaptor dengan tegangan yang sesuai kebutuhan rangkaian.

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 pada gambar bekerja dengan menggunakan sensor MQ135 untuk mendeteksi kadar oksigen di udara. Berikut adalah penjelasan bagaimana rangkaian ini bekerja:

1. Input dari Sensor MQ135

   • Sensor MQ135 mengukur konsentrasi oksigen di udara dan mengeluarkan sinyal tegangan yang sesuai dengan kadar oksigen tersebut.
   • Tegangan output sensor ini akan menjadi input bagi dua komparator yang terhubung.

2. Komparator Non-Inverting

   • Komparator pertama (non-inverting) bekerja dengan membandingkan tegangan dari sensor dengan nilai referensi tertentu, yang telah diatur menggunakan potensiometer.
   • Jika kadar oksigen mencapai atau melebihi 80%, output komparator ini akan aktif (logika tinggi). Hal ini menyebabkan motor pertama menurunkan kadar oksigen di dalam alat.

3. Komparator Inverting

   • Komparator kedua (inverting) bekerja dengan prinsip serupa, tetapi membandingkan tegangan sensor dengan nilai referensi untuk kadar oksigen di bawah 70%.
   • Jika kadar oksigen turun ke atau di bawah 70%, output komparator ini akan aktif (logika tinggi). Hal ini menyebabkan motor kedua meningkatkan kadar oksigen di dalam alat.

4. Sistem Pengendalian Motor

   • Output dari masing-masing komparator mengendalikan motor melalui sistem bias sendiri (self-bias) yang mengaktifkan atau menonaktifkan motor sesuai dengan kondisi kadar oksigen.
   • Motor bekerja secara independen berdasarkan sinyal dari masing-masing komparator, sehingga jika kadar oksigen berada dalam rentang 70-80%, kedua motor tidak aktif.

Kesimpulan
Rangkaian ini berfungsi sebagai pengatur kadar oksigen otomatis. Jika kadar oksigen terlalu rendah (≤70%), motor akan aktif untuk meningkatkan oksigen. Jika kadar oksigen terlalu tinggi (≥80%), motor lain akan aktif untuk menurunkan oksigen.

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.

Rangkaian ini menggunakan flow sensor untuk mendeteksi kecepatan aliran air dan memastikan aliran tidak melebihi 50% dari batas yang diatur. Sinyal dari sensor dibandingkan dengan ambang batas yang diatur oleh potensio menggunakan komparator non-inverting (IC LM324). Jika kecepatan aliran air melebihi ambang batas, komparator mengaktifkan motor untuk mengurangi kecepatan aliran. Sistem ini menjaga aliran air tetap stabil dan aman secara otomatis.

Sensor TDS (Total Dissolved Solids) dalam penjernih air limbah otomatis berfungsi untuk mengukur kadar padatan terlarut dalam air, seperti garam, mineral, dan zat organik, guna memantau kualitas air. Data dari sensor ini digunakan untuk mengevaluasi efektivitas proses penjernihan, mengatur sistem otomatis sesuai kebutuhan, dan memastikan air yang diolah memenuhi standar kebersihan sebelum dibuang atau digunakan kembali. Integrasinya dengan sistem kontrol otomatis membuat proses lebih efisien dan hemat sumber daya.

D. Video Teori dan Rangkaian

Video Rangkaian

Video Oxygen Sensor

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 Water level sensor Klik disini

Datasheet Oxigen sensor Klik disini

Datasheet Flow sensor Klik disini

Datasheet TDS Sensor Klik disini

Datasheet Touch sensor Klik disini