Tugas 6 Bagian 2

 RANGKAIAN PENSTABIL SUHU

DENGAN KIPAS OTOMATIS LM35

Referensi gambar 1037 subchapter 24.2

Daftar Isi

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Simulasi

6. Link Download

1. Tujuan

• Mampu memahami sensor lm35 dan aplikasinya
• Mampu membuat rancangan sensor lm35 di Proteus
• Membuat rangkaian sederhana yang dapat berguna bagi kehidupan sehari-hari
• Mengetahui prinsip kerja sensor lm35

2. Komponen

• Dioda

Spesifikasi :

- arus searah jangka panjang maksimum pada 75 ° C - 1.0 A;

- arus pulsa maksimum dengan durasi pulsa 3,8 ms - 30 A;

- drop tegangan melintasi dioda pada arus 1,0A - 1,1 V;

- kisaran suhu operasi - -65 ... + 175 ° С;

- frekuensi kerja maksimum - 1 MHz;

• Resistor

Spesifikasi :

- Toleransi +/- 1%

- Daya : 1/2 watt atau 1/4 watt

• Transistor NPN

Spesifikasi:

- Current max : 100mA

- Voltage max : 45

- Jenis : NPN (HIGH Active Trigger)

• Relay

Spesifikasi

- Tegangan Nominal : 3 VDC hingga 48 VDC - Resistensi Coil 50 ± 10% - Operasi Tegangan : 3.75V - Rilis Tegangan : 0,5V - Konsumsi Daya Nominal : 360 hingga 450 mW

• Motor DC

• Potensiometer

• Baterai

Spesifikasi :

- 12 V

• Sensor Suhu LM35

• Op-Amp LM358

• Sensor LDR

Spesifikasi :

1. tegangan maksimum DC : 150 V

2. konsumsi arus maksimum : 100 mW

3. tingkat resistansi 10 - 100 ohm

4. puncak spektral ; 540 nm

5. waktu respon sensor :  20-30 ms

6. suhu operasi : -30 sampai 70 derajat celcius

3. Dasar Teori

    A. Sensor LM35

   LM35 adalah komponen sensor suhu berukuran kecil seperti transistor (TO-92), komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu hingga 100 derajad celcius. Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 derajad celcius. Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 μA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC. Aplikasi-aplikasi seperti thermometer ruang digital, mesin pasteurisasi, atau termometer badan digital.

Struktur Sensor LM35

     Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin diantaranya yaitu, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius. 

    Gambar diatas adalah gambar skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1derajad celcius. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 derajad Celcius. Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajad Celcius. Tegangan keluaran ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter. Rangkaian dasar tersebut cukup untuk sekedar bereksperimen atau untuk aplikasi yang tidak memerlukan akurasi pengukuran yang sempurna. Akan tetapi tidak untuk aplikasi yang sesungguhnya.

Karakteristik Sensor LM35.

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 μA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Grafik akurasi LM35 terhadap suhu

 Gambar 3. Grafik akurasi LM35 terhadap suhu

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating)  kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah. 

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μ A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan. Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. 

B. Sensor ldr

    LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat. 

Umumnya Sensor LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm pada saat dalam kondisi sedikit cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena banyak cahaya. Tak heran jika komponen elektronika peka cahaya ini banyak diimplementasikan sebagai sensor lampu penerang jalan, lampu kamar tidur, alarm dan lain-lain.

Cara Kerja Sensor LDR 

Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.

Fungsi Sensor LDR

LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus listrik akan mengalir(ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya(gelap) maka aliran listrik akan terhambat(OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.

Spesifikasi dan karakterisitik sensor:

1. tegangan maksimum DC : 150 V

2. konsumsi arus maksimum : 100 mW

3. tingkat resistansi 10 - 100 ohm

4. puncak spektral ; 540 nm

5. waktu respon sensor :  20-30 ms

6. suhu operasi : -30 sampai 70 derajat celcius

Grafik kerja sensor ldr

c. Resistor

Resistor memiliki nilai resistansi atau hambatan yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Resistor memiliki dua pin untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu yang dapat menghasilkan tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

D. Baterai

Baterai merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia saat pengisian dan mengubah energi kimia menjadi energi listrik saat digunakan. Baterai memiliki dua kutub yaitu kutub pertama yang bertanda positif (+) dan kutub kedua yang bertanda negatif (-).

Prinsip kerja :

Di dalam baterai ada beberapa sel listrik, dan sel listrik tersebut menjadi tempat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Elektroda-elektroda yang tersimpan di dalam baterai ada yang negatif ada pula yang positif. Elektroda negatif disebut katoda, yang memiliki fungsi sebagai pemberi elektron. Sedangkan elektroda positif, disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron.

Ada aliran arus listrik yang mengalir dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif.

Di dalam baterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron. Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutun negatif ke lutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebutr sedang berlangsung.

Dan inilah alasan mengapa baterai bisa bertahan selama satu tahun dan masih memiliki sedikit power, selama tidak terjadi reaksi kimia atau selama kita tidak menghubungkannya dengan kabel atau sejenis Load lain. Seketika kita menghubungkannya dengan kabel maka reaksi kimia pun dimulai.

Lalu bagaimana komponen-komponen tersebut bisa menghasilkan aliran listrik? Begini, anoda dan katoda terbuat dari bahan yang dapat bereaksi dengan bahan elektrolitnya. Saat anoda dan elektrolit bereaksi, terbentuklah satu senyawa baru yang menyisakan satu elektron. Sebaliknya, reaksi antara katoda dan elektrolit membutuhkan satu elektron.

E. Transistor NPN

Cara kerja transistor NPN adalah sebagai berikut: ketika saklar dihubungkan maka arus listrik utama akan mengalir dari positif baterai melewati beban (lampu) dan ke kaki Collector, arus terhenti di kaki Collector karena transistor belum aktif (belum mendapatkan arus pemicu), karena beban atau lampu belum mendapatkan massa maka lampu masih mati. 

Dan pada saat yang sama arus pemicu yang lebih kecil dari arus utama mengalir dari positif baterai menuju Resistor, saklar, lalu ke kaki Basic dan menuju kaki Emitor selanjutnya ke massa. Dengan adanya arus pemicu ini membuat transistor menjadi aktif, selanjutnya arus sesungguhya yang tadi terhenti pada kaki Collector akan lanjut mengalir ke kaki Emitor dan berakhir di massa, sehingga beban atau lampu akan mendapatkan massa dan lampu pun akan menyala.

F. 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. 

Cara kerja relay :

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

• Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
• Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)

Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.

G. Dioda

Dioda digambarkan seperti sebuah switch/saklar dimana saklar tersebut hanya akan bekerja di beri tegangan atau arah arus sesuai dengan polaritas kaki ioda itu sendiri. Pada arah bias maju, bias kaki anoda diberikan tegangan (+)  dan tegangan (-) pada katoda maka dioda akan dapat mengalirkan arus pada satu arah. Sedangkan pada arah arus mundur bias dimana kaki anoda diberi tegangan (-) dan tegangan (+) pada katoda maka saklar menjadi terbuka atau saklar OFF.

 

4. Percobaan

Prosedur Percobaan :

• Buka aplikasi proteus
• Pilih komponen yang dibutuhkan komponen dioda, resistor, transistor NPN, relay, motor DC, potensiometer, baterai, sensor lm35, sensor ldr,Op-Amp LM358.
• Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan 
• Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
• Jalankan simulai rangkaian

Prinsip Kerja

Prinsip dari aplikasi ini yaitu LM 35 Terhubung ke op-amp secara non inverting,dimana pada saat kondusi suhu <26 maka transistor aktif ,namun relay tidak dikarenakan tidak menerima cukup voltage.Pada saat suhu >26 maka akan terjadi penguatan pada opamp sebanyak 44,5 kali sehingga mengeluarkan output sebesar 12,1V. Tegangan ini akan mengaktifkan transistor dan juga akan mengaktifkan relay .

    Pada saat relay aktif, maka sumber tagangan pada relay akan mengalir menuju LDR. Pada saat LDR tidak mendeteksi cahaya maka tahanan akan besar sehingga tegangan menjadi kecil dan tidak cukup untuk menghidupkan indikator dan juga relay,sehingga lampu dan kipas tidak menyala.

    Pada saat LDR mendeteksi/menerima cahaya maka tahanan akan mengecil secara drastis sehingga tegangan menjadi besar . Lalu output pada LDR akan dikuatkan oleh opamp non inverting sebesar 11x sehingga tegangan yang diperkuat tadi sudah cukup untuk mengaktifkan relay.Karena relay aktif maka sumber tegangan pada relay akan dapat mengalir menju lampu dan juga akan mengaktifkan kipas (MOTOR-DC) yang terhubung secara pararel.

5. Simulasi 

Video :

6. Link Download 

Download datasheet sensor LDR di sini

Download video di sini

Download html di sini

Download rangkaian di sini