TUGAS BESAR : GARASI OTOMATIS

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [kembali]

Kemajuan teknologi telah membawa berbagai perubahan dalam cara manusia menjalani aktivitas sehari-hari. Sistem otomatisasi menjadi salah satu hasil perkembangan tersebut yang mampu meningkatkan efisiensi, kenyamanan, dan keamanan dalam berbagai aspek kehidupan. Penerapan teknologi ini tidak hanya terbatas pada sektor industri, tetapi juga merambah ke lingkungan rumah tangga dan fasilitas umum. Salah satu bentuk penerapan yang semakin banyak digunakan adalah sistem garasi otomatis, yang dirancang untuk memudahkan akses kendaraan keluar dan masuk tanpa perlu pengoperasian manual.

Garasi otomatis bekerja dengan mengandalkan sensor untuk mendeteksi keberadaan kendaraan, kemudian memberikan sinyal kepada sistem kendali untuk membuka atau menutup pintu secara otomatis. Dengan memadukan komponen elektronika seperti sensor, motor penggerak, dan rangkaian kontrol, sistem ini mampu memberikan solusi praktis dalam penggunaan garasi sehari-hari. Selain meningkatkan kenyamanan pengguna, teknologi ini juga mampu meningkatkan aspek keamanan dengan memastikan pintu garasi tertutup secara otomatis setelah digunakan.

2. Tujuan [kembali]

 Mempelajari rangkaian aplikasi Garasi Otomatis

 Mempelajari simulasi rangkaian aplikasi Garasi Otomatis

 Mempelajari prinsip kerja rangkaian aplikasi Garasi Otomatis

 Mampu mengaplikasikan Garasi Otomatis dalam kehidupan sehari-hari

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

Instrumen

1. DC Voltmeter

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

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter

Terminals Mode

1. Power

Berfungsi untuk memberikan tegangan sumber pada rangkaian

Input voltage: 5V-12V

Output voltage: 5V

Output Current: MAX 3A

Output power:15W

conversion efficiency: 96%

Generator

1. Baterai

Spesifikasi

Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
Output voltage: dc 1~35v
Max. Input current: dc 14a
Charging current: 0.1~10a
Discharging current: 0.1~1.0a
Balance current: 1.5a/cell max
Max. Discharging power: 15w
Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
Ukuran: 126x115x49mm
Berat: 460gr

B. Bahan

1. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

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

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

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

2. Operasional Amplifier (Op-Amp) LM741

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

Pinout:

Keterangan:

3. Ground

Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

4. Dioda

Dioda merupakan salah satu bahan semikonduktor yang memiliki fungsi untuk mengalirkan arus dalam satu arah. Maksud dari pemberian arus satu arah adalah apabila diberi bias yang tepat, maka dioda akan berfungsi sebagai pengalir arus terhadap arah yang telah ditentukan. Namun, apabila pemberian bias tidak sesuari dengan karakteristik dioda, maka dioda tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

5. Transistor

Merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan output lainnya.

Spesifikasi :

Bi-Polar Transistor
DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
Continuous Collector current (IC) is 100mA
Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.7 V
Base Current(IB) is 5mA maximum

6. Potensiometer

Potensiometer adalah sebuah alat elektronik yang digunakan untuk mengukur dan mengontrol tegangan listrik dalam suatu rangkaian. Potensiometer sering digunakan sebagai pengatur volume pada perangkat audio, pengatur kecerahan lampu, dan dalam berbagai aplikasi lain yang memerlukan kontrol variabel terhadap tegangan atau arus listrik.

Spesifikasi :

Komponen Input

1. Logic State

Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya.

Pinout:

2. Magnetic Reed Switch Sensor

Magnetic reed switch sensor adalah komponen elektronik yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan medan magnet. Sensor ini terdiri dari sepasang kontak logam kecil yang tertutup dalam tabung kaca. Kontak tersebut biasanya terbuat dari bahan feromagnetik dan dalam keadaan normal terbuka. Ketika medan magnet diterapkan di dekat sensor, kontak logam tersebut akan tertarik satu sama lain dan menutup sirkuit, memungkinkan aliran arus listrik.

Spesifikasi :

Jenis reed: Normally Open
Tegangan kerja: 3.3-5v
Output: digital (0 dan 1)
Ukuran kecil: 3.2x1.4cm
Comparator: wide voltage LM393
Lobang baut: tersedia

Konfigurasi PIN :

Testpin
VCC
GND

3. Sensor Sound

Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Pin Out

Spesifikasi

Working voltage: DC 3.3-5V
Dimensions: 45 x 17 x 9 mm
Signal output indication
Single channel signal output
With the retaining bolt hole, convenient installation
Outputs low level and the signal light when there is sound

4. Heart Rate Sensor

Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan kecil pada jumlah cahaya infra merah yang dipantulkan oleh aliran darah di bawah kulit. Sensor memiliki sebuah LED infra merah yang memancarkan cahaya ke kulit, lalu sebuah fotodioda di sampingnya mendeteksi intensitas cahaya yang dipantulkan. Saat detak jantung memompa darah, jumlah darah di pembuluh meningkat dan menurun secara periodik, sehingga intensitas cahaya yang dipantulkan juga berubah-ubah mengikuti denyut nadi. Perubahan intensitas ini diubah menjadi sinyal listrik yang merepresentasikan denyut jantung.

Spesifikasi:

Working voltage: DC 1.8–5V
Dimensions: 15 x 14 x 3 mm (contoh modul MAX30100)
Signal output indication
Single channel signal output (denyut & oksigen tergantung modul)
Dengan lubang baut pengunci, pemasangan mudah
Output berupa sinyal denyut periodik sesuai detak jantung

Pin Out:

5. Sensor Jarak GP2D120

GP2D12 merupakan salah satu sensor jarak dengan keluaran tegangan analog. Jarak yang bisa dideteksi GP2D12 mulai dari 8cm sampai 80cm, sedangkan tegangan yang dikeluarkan adalah mulai dari 2,6 Vdc dan terus turun sampai sekitar 0,5 Vdc, sehingga jarak berbanding terbalik dengan tegangan, jadi tegangan akan semakin tinggi pada saat jarak semakin dekat.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

6. Vibration Sensor

Sensor ini bekerja berdasarkan getaran mekanis yang terjadi pada lingkungannya. Di dalam sensor terdapat sebuah pegas kecil yang dihubungkan dengan kontak listrik. Ketika sensor menerima getaran atau benturan, pegas akan bergerak naik turun atau menyentuh kontak sehingga menghasilkan pulsa listrik. Frekuensi dan kekuatan getaran mempengaruhi jumlah pulsa listrik yang dihasilkan. Sinyal ini dapat digunakan untuk mendeteksi adanya getaran, gerakan, atau benturan pada suatu permukaan.

Spesifikasi :

Working voltage: DC 3.3–5V
Dimensions: 32 x 14 x 12 mm
Signal output indication
Single channel signal output
Dengan lubang baut pengunci, pemasangan mudah
Output level rendah (LOW) & indikator menyala saat mendeteksi getaran

Pin out :

7. Light sensor APDS-9002

Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya intensitas cahaya lingkungan yang mengenai permukaan sensor. Di dalam sensor terdapat material fotosensitif yang resistansinya berubah sesuai jumlah cahaya yang diterima. Semakin terang cahaya yang jatuh ke sensor, semakin kecil resistansi internalnya, sehingga menghasilkan tegangan output yang berubah-ubah mengikuti intensitas cahaya. Perubahan tegangan ini dapat dibaca sebagai nilai analog untuk mengetahui tingkat kecerahan lingkungan.

Spesifikasi:

Working voltage: DC 2.4–5.5V
Dimensions: 5 x 4 x 1.1 mm (chip)
Signal output indication
Single channel analog signal output
Dengan sensitivitas tinggi terhadap cahaya tampak
Output berupa tegangan analog yang berubah mengikuti intensitas cahaya

Komponen Output

1. LED

Light Emitting Diode atau yang sering disingkat LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED terbuat dari bahan semi konduktor yang merupakan keluarga dioda.

Klasifikasi tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:

Infra merah : 1,6 V.
Merah : 1,8 V – 2,1 V.
Oranye : 2,2 V.
Kuning : 2,4 V.
Hijau : 2,6 V.
Biru : 3,0 V – 3,5 V.
Putih : 3,0 – 3,6 V.
Ultraviolet : 3,5 V.

Pin Out:

Spesifikasi :

2. Motor

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo.

Spesifikasi :

Daya: 2.2KW/3HP/3PK
Voltage : 220/380V/3phase
Speed : 1435RPM/4Poles 50Hz
Frame Size : 100L
As/Shaft : 28mm
Mounted : B5 (Flange Mounted)

Pin Out:

3. Transistor NPN (BC-547)

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

Pin out:

Spesifikasi:

4. Relay

Relay adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik dalam sebuah rangkaian. Karena fungsi relay tersebut, itulah mengapa komponen yang satu ini juga disebut sebagai saklar. Spesifikasi Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A. Jika spesifikasi relay sudah didapat kita bisa menggunakan contoh umum rangkaian switching relay dibawah ini. Rangkaian switching ini dibantu transistor sebagai pemicu

Pin out:

4. Dasar Teori [kembali]

A. Resistor

Simbol:

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

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

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

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

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

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

Perhitungan Resistansi:

Grafik Respon:

Spesifikasi:

B. Dioda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Spesifikasi :

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Keterangan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

C. Transistor NPN

Fungsi-fungsi Transistor diantaranya adalah :

sebagai Penyearah,
sebagai Penguat tegangan dan daya,
sebagai Stabilisasi tegangan,
sebagai Mixer,
sebagai Osilator
sebagai Switch (Pemutus dan Penyambung Sirkuit)

Struktur Dasar Transistor:

Pada dasarnya, Transistor adalah Komponen Elektronika yang terdiri dari 3 Lapisan Semikonduktor dan memiliki 3 Terminal (kaki) yaitu Terminal Emitor yang disingkat dengan huruf “E”, Terminal Base (Basis) yang disingkat dengan huruf “B” serta Terminal Collector/Kolektor yang disingkat dengan huruf “C”. Berdasarkan strukturnya, Transistor sebenarnya merupakan gabungan dari sambungan 2 dioda. Dari gabungan tersebut , Transistor kemudian dibagi menjadi 2 tipe yaitu Transistor tipe NPN dan Transistor tipe PNP yang disebut juga dengan Transistor Bipolar. Dikatakan Bipolar karena memiliki 2 polaritas dalam membawa arus listrik.

NPN merupakan singkatan dari Negatif-Positif-Negatif sedangkan PNP adalah singkatan dari Positif-Negatif-Positif.

Berikut ini adalah gambar tipe Transistor berdasarkan Lapisan Semikonduktor yang membentuknya beserta simbol Transistor NPN dan PNP.

Cara Mengukur Transistor NPN

Kita dapat menggunakan Multimeter Analog maupun Multimeter Digital untuk mengukur ataupun menguji apakah sebuah Transistor masih dalam kondisi yang baik. Perlu diingatkan bahwa terdapat perbedaan tata letak Polaritas (Merah dan Hitam) Probe Multimeter Analog dan Multimeter Digital dalam mengukur/menguji sebuah Transistor.

Berikut ini adalah Cara untuk menguji atau mengukur Transistor dengan Mengunakan Multimeter Analog dan Multimeter Digital.

1. Mengukur Transistor NPN dengan Multimeter Analog

Cara Mengukur Transistor NPN dengan Multimeter Analog

1. Atur Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω) x1k atau x10k

2. Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Basis (B) dan Probe Merah pada Terminal Emitor (E), Jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik

3. Pindahkan Probe Merah pada Terminal Kolektor (C), jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik.

Catatan :

Jika Tata letak Probe dibalikan dari cara yang disebutkan diatas, maka Jarum pada Multimeter Analog harus tidak akan bergerak sama sekali atau “Open”.

2. Mengukur Transistor dengan Multimeter Digital

Pada umumnya, Multimeter Digital memiliki fungsi mengukur Dioda dan Resistansi (Ohm) dalam Saklar yang sama. Maka untuk Multimeter Digital jenis ini, Pengujian Multimeter adalah terbalik dengan Cara Menguji Transistor dengan Menggunakan Multimeter Analog.

Cara Mengukur Transistor NPN dengan Multimeter Digital

Atur Posisi Saklar pada Posisi Dioda
Hubungkan Probe Merah pada Terminal Basis (B) dan Probe Hitam pada Terminal Emitor (E), Jika Display Multimeter menunjukan nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik
Pindahkan Probe Hitam pada Terminal Kolektor (C), jika Display Multimeter menunjukan nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik.

Catatan :

Jika Tata letak Probe dibalikan dari cara yang disebutkan diatas, maka Display Multimeter Digital harus tidak akan menunjukan Nilai Voltage atau “Open”.

Jenis jenis konfigurasi transistor yang digunakan dalam rangkaian simulasi garasi otomatis ini antara lain:

1. Fixed Bias

Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar dibawah:

maka,

dimana,

dan

2. Emitter-Stabilized Bias

Emitter-Stabilized Bias adalah rangkaian Fixed bias yang ditambahkan tahanan RE seperti gambar dibawah:

maka,

sehingga tahanan RE kalau dilihat dari input untuk mencari arus IB adalah sebesar (β+1)RE

3. Self Bias

Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar dibawah:

Dengan menggunakan hukum KVL, didapat,

maka,

4. Voltage-divider Bias

Voltage-divider Bias adalah arus bias didapatkan dari tegangan di R2 dari hubungan VCC seri dengan R1 dan R2 seperti gambar dibawah:

Untuk mencari arus IB maka dilakukan perubahan rangkaian denganmemakai metoda thevenin sehingga menghasilkan rangkaianpengganti seperti gambar dibawah:

dimana,

Rth = R1 // R2 dan

maka,

D. OP-AMP 741

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi :

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. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Jenis - jenis konfigurasi op amp yang digunakan pada rangkaian simulasi garasi otomatis ini adalah:

1. Voltage Follower

Voltage follower, juga dikenal sebagai buffer amplifier atau unity-gain amplifier, adalah sebuah rangkaian elektronika yang menggunakan op-amp (operational amplifier) untuk mengisolasi sumber sinyal dari beban tanpa mengubah sinyalnya. Ciri utama dari voltage follower adalah memiliki gain (penguatan) sebesar 1, yang berarti tegangan keluaran (output) sama dengan tegangan masukan (input).

Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 maka Vo = Vi sehingga ACL = Vo / Vi = 1

2. Non Inverting Amplifier

Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) adalah seperti gambar dibawah, input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga teganganoutput yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input. Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar dibawah

Dari rangkaian gambar diatas dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka VA = Vi sehingga rangkaian dapat disederhanakan untuk mencari arus I seperti gambar dibawah

Dengan I = Vi/Ri ,maka dapat dicari ACL rangkaian non inverting amplifier dengan persamaan:

3. Differential Amplifier

Differential amplifier adalah jenis penguat elektronika yang digunakan untuk menguatkan perbedaan antara dua tegangan input sambil menekan komponen tegangan yang sama pada kedua input.

Untuk mendapatkan rumus Vo(non.inv.amp) maka pertama digroundkan V2 sehingga rangkaian menjadi rangkaian non inverting amplifier seperti gambar dibawah.

dimana,

subtitusi

maka,

Untuk mendapatkan rumus Vo(inv.amp) maka digroundkan V1 sehingga rangkaian menjadi rangkaian inverting amplifier seperti gambar dibawah.

dimana,

maka,

Vo = Vo(non.inv.amp) - Vo(inv.amp)

4. Non Inverting Adder Amplifier

Non-inverting adder amplifier adalah jenis penguat operasional (op-amp) yang menggabungkan beberapa sinyal input menjadi satu sinyal output dengan menggunakan konfigurasi non-inverting. Dalam konfigurasi ini, sinyal input diberikan ke terminal non-inverting dari op-amp melalui resistor, dan sinyal output merupakan penjumlahan dari sinyal-sinyal input tersebut, diperkuat oleh op-amp.

Dari gambar 127 dengan memakai metoda loop tertutup untuk mencari arus loop sehingga bisa dicari tegangan input Vi. Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 sehingga VA = Vi

maka,

substitusi I

substitusi Vi

jika R1 = R2 = Ri = Rf = R maka Vo = V1 + V2

5. Detector Non Inverting, Vref tidak 0

Pada konfigurasi ini, Tegangan referensi (Vref) merupakan tegangan yang digunakan sebagai titik acuan. Vref bisa diatur ke nilai yang berbeda dari 0 untuk menggeser titik operasi dari detektor.

Rangkaian Detector Non Inverting dengan Vref bertegangan +

Cara Kerja:

Jika tegangan input (Vin) lebih besar dari Vref, output dari op-amp akan tinggi (biasanya mendekati tegangan suplai positif).
Jika Vin lebih kecil dari Vref, output akan rendah (biasanya mendekati tegangan suplai negatif atau ground).

Tegangan Output

Vout = Vsupply + 1 atau 2, jika Vin>Vref
Vout = Vsupply − 1 atau 2, jika Vin<Vref

E. Relay

Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan arus listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.

Fungsi-fungsi dan Aplikasi Relay

Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :

Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).

Kapasitas Pengalihan Maksimum:

F. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

Baterai dalam sistem PV mengalami berulang kali siklus pengisian dan pengosongan selama umur pakainya. Siklus hidup (cycle life) baterai adalah banyaknya pengisian dan pengosongan hingga kapasitas baterai turun (melemah) dan tersisa 80% dari kapasitas nominalnya. Pabrik baterai biasanya mencantumkan siklus hidup pada spesifikasi teknis baterai. Mencantumkan satu nilai siklus hidup (cycle life) sebenarnya terlalu menyederhanakan informasi, karena siklus hidup baterai juga tergantung pada suhu baterai.

Dari grafik di atas, terlihat pada suhu operasional baterai yang lebih rendah, siklus hidup baterai lebih lama. Siklus hidup baterai juga tergantung dari DoD, artinya baterai yang dikosongkan hanya 50% dari kapasitasnya, berumur lebih lama jika dikosongkan hingga 80%, namun membuat sistem menjadi lebih mahal, karena membutuhkan kapasitas baterai lebih besar untuk mengakomodasi kebutuhan yang sama.

Jika pada suhu operasional lebih rendah, umur baterai lebih lama, namun ada efek negatif berkaitan dengan kapasitas baterai. Pada suhu yang lebih rendah, kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkan karena pada suhu yang lebih tinggi, reaksi kimia yang terjadi pada baterai bergerak lebih aktif/cepat, sehingga kapasitas baterai cenderung lebih tinggi.

Terkadang, pada suhu yang lebih tinggi, kapasitas baterai justru dapat lebih besar dari angka nominalnya, meskipun pada suhu tinggi, elemen baterai terlalu aktif, juga berakibat buruk pada kesehatan baterai.

G. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Tabel warna dan material LED

H. Motor DC

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

Motor terdiri atas 2 bagian utama yaitu stator dan motor. Pada stator terdapat lilitan (winding) atau magnet permanen, sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yang menyebabkan rotor dapat berputar. Arah gaya elektromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

Tegangan dinamo : meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
Arus medan : menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Mekanisme Kerja Motor D

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama

Arus listrik dalam medan magnet akan menimbulkan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop yaitu pada sudut kanan medan magnet akan mendapat gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan torsi untuk memutar kumparan.
Motor- motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putar yang lebih seragam dari medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan

I. Sensor Jarak GP2D120

Penggunaan sensor GP2D12 ini tidak ada perlakuan khusus dalam proses pembacaannya, sehingga apabila ada mikrokontroler yang sudah terdapat ADC (Seperti Atmega8535) di dalam maka sensor jarak ini tinggal dihubungkan dan dibaca tegangan keluarannya. ATmega8535 merupakan salah satu jenis dari mikrokontroler AVR buatan ATMEL yang mempunyai 8 channel ADC (Analog to Digital Converter) dengan resolusi 10bit. Maksudnya adalah mikrokontroler ini mampu untuk diberi masukan tegangan analog sampai 8 saluran secara bersamaan dengan ketelitian sampai 10 bit, sehingga pemakaian sensor jarak GP2D12 pada mikrokontroler ini maksimal adalah 8 buah.

Adapun prinsip kerja sensor sharp GP2D12 ini menggunakan prinsip pantulan sinar infra merah. Dalam aplikasi ini nilai tegangan keluran dari sensor yang berbanding terbalik dengan hasil pembacaan jarak dikomparasi dengan tegangan referensi komparator. Prinsip kerja dari rangkaian komparator sensor sharp GP2D12 adalah jika sensor mengeluarkan tegangan melebihi tegangan referensi, maka keluaran dari komparator akan berlogika rendah. Jika tegangan referensi lebih besar dari tegangan sensor maka keluaran dari komparator akan berlogika tinggi. Selain menggunakan komparator, untuk mengakases sensor jarak sharp GP2D12 dapat dengan menggunakan prinsip ADC, atau dengan kata lain mengolah sinyal analog dari pembacaan sensor sharp GP2D12 ke bentuk digital dengan bantuan pemrograman.

GP2D12 (Infrared Range Detector) adalah sensor jarak yang berbasikan infra red, sensor ini dapat mendeteksi obyek dengan jarak 8 sampai 80 cm. Output dari GP2D12 adalah berupa tegangan analog. Agar GP2D12 dapat berhubungan dengan mikrokontroller di perlukan ADC ( Analog to Digital conventer ) yang berfungsi untuk mengkonversi output dari GP2D12 yang berupa analog menjadi digital.

Grafik respon sensor GP2D12:

J. Sound Sensor

Sensor Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Salah satu komponen yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone atau Mic. Mic adalah komponen eletronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkan oleh gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik.

Grafik respon frekuensi:

Berdasarkan grafik respon sound sensor di atas diperoleh bahwa saat suara terdeteksi sangat dekat oleh sound sensor, maka sound sensor akan mendeteksi intensitas suara tersebut, sehingga saat respon sensor sound sensor akan mendeteksi suara dengan intensitas maksimum, maka resistansi pada sound sensor akan mengecil dan sound sensor akan aktif bekerja merespon intensitas suara terdekat tersebut.

K. Heart Rate Sensor

Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan kecil pada jumlah cahaya infra merah yang dipantulkan oleh aliran darah di bawah kulit. Sensor memiliki sebuah LED infra merah yang memancarkan cahaya ke kulit, lalu sebuah fotodioda di sampingnya mendeteksi intensitas cahaya yang dipantulkan. Saat detak jantung memompa darah, jumlah darah di pembuluh meningkat dan menurun secara periodik, sehingga intensitas cahaya yang dipantulkan juga berubah-ubah mengikuti denyut nadi. Perubahan intensitas ini diubah menjadi sinyal listrik yang merepresentasikan denyut jantung.

Kepekaan sensor ini sangat tinggi karena perubahan intensitas cahaya yang terjadi sangat kecil, sehingga dilengkapi dengan rangkaian op-amp untuk memperkuat sinyal sebelum diteruskan ke mikrokontroler. Sensor biasanya ditempatkan di ujung jari, di telinga, atau di pergelangan tangan, di mana pembuluh darah lebih dekat ke permukaan kulit.

Selain mendeteksi denyut jantung, sensor jenis tertentu (seperti MAX30100/30102) juga dapat mengukur kadar oksigen dalam darah (SpO₂) dengan menambahkan LED merah selain LED infra merah, karena rasio penyerapan dua panjang gelombang ini dapat digunakan untuk memperkirakan saturasi oksigen.

Sensor ini menghasilkan sinyal denyut berupa pulsa tegangan periodik, yang kemudian diproses oleh rangkaian pengolah sinyal atau mikrokontroler untuk menghitung jumlah denyut per menit (bpm) atau menampilkan grafik gelombang detak jantung.

L. Magnetic Reed Switch Sensor

Prinsip Sensor Magnet : Sensor Magnet adalah berdasarkan Hukum Faraday dimana apabila sebuah penghantar memotong suatu medan magnet maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL)) atau Electromagnetic Force (Emf). Besaran Emf tersebut adalah tergantung kepada kuat medan magnet dan kecepatan pemotongan. Apabila Sensor tersebut menerima getaran maka batang magnet tersebut akan ikut bergetar dan medan magnet tersebut akan terpotong-potong oleh gulungan kawat sehingga kedua ujung gulungan kawat tersebut akan menimbulkan tegangan.

Grafik respon frekuensi:

M. Vibration Sensor

Sensor ini bekerja berdasarkan getaran mekanis yang menyebabkan gerakan konduktor di dalam tabung sensor tertutup, yang menghasilkan perubahan kontak listrik internal. Sensor memiliki sebuah tabung logam kecil berisi pegas (spring) dengan sebuah kawat konduktor di tengahnya. Ketika sensor diam, pegas tetap pada posisi awal sehingga kontak tidak tersambung. Namun saat terjadi getaran atau guncangan, pegas berayun dan menyentuh konduktor di dalam tabung, sehingga terjadi sambungan singkat yang menghasilkan sinyal listrik.

Semakin kuat atau sering getaran yang mengenai sensor, semakin sering pula pegas membuat kontak dengan konduktor. Sinyal keluaran sensor ini biasanya berupa level digital (HIGH/LOW) yang menunjukkan apakah getaran melebihi ambang tertentu. Untuk aplikasi yang lebih presisi, modul sensor ini biasanya dilengkapi dengan potensiometer yang memungkinkan kita menyetel tingkat sensitivitas getaran yang ingin dideteksi.

Sensor ini sering digunakan dalam sistem keamanan, alarm getaran, sistem anti-pencurian pada jendela atau pintu, pengawasan mesin industri untuk mendeteksi ketidaknormalan getaran, serta sistem monitoring lingkungan.

Modul sensor biasanya sudah dilengkapi dengan indikator LED, sehingga saat getaran terdeteksi LED menyala dan output pin berubah. Sensor ini sangat mudah digunakan karena langsung menghasilkan sinyal digital yang bisa dibaca oleh mikrokontroler atau rangkaian logika lainnya.

Selain itu, sensor ini memiliki respon yang cepat, biasanya kurang dari 2 ms, dan mampu mendeteksi getaran mekanis kecil hingga sedang dengan cukup andal. Namun sensor ini hanya mendeteksi ada atau tidaknya getaran, tanpa mengukur intensitas getaran secara kuantitatif. Oleh karena itu sensor ini lebih cocok untuk aplikasi sederhana seperti saklar getaran atau sistem alarm.
Dalam penggunaannya, sensor ini dipasang pada permukaan yang ingin diawasi, misalnya casing mesin, dinding, jendela, atau pintu. Setiap getaran atau benturan mekanis pada permukaan tersebut akan diteruskan ke tabung sensor dan menyebabkan pegas di dalamnya bergerak, sehingga sinyal listrik di output berubah.

N. Light sensor APDS-9002

Sensor ini bekerja berdasarkan perubahan intensitas cahaya lingkungan yang mengenai permukaan sensor, yang menyebabkan perubahan resistansi internal sensor. Sensor ini memiliki elemen semikonduktor fotosensitif yang nilai resistansinya berubah secara proporsional terhadap intensitas cahaya yang diterima. Ketika cahaya yang mengenai sensor semakin terang, resistansinya menurun, dan ketika cahaya redup atau gelap, resistansinya meningkat. Perubahan resistansi ini diubah menjadi sinyal tegangan listrik yang bisa diukur melalui pin output sensor.

Sensor APDS-9002 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap spektrum cahaya tampak dengan respons yang menyerupai respons mata manusia terhadap cahaya, sehingga sensor ini ideal untuk aplikasi pengukuran pencahayaan ambient. Sensor ini bekerja seperti LDR (Light Dependent Resistor) namun dengan kinerja lebih stabil, lebih cepat merespons perubahan cahaya, dan memiliki dimensi yang lebih kecil sehingga lebih praktis untuk perangkat modern.

Output sensor ini bersifat analog, yaitu berupa tegangan yang berubah-ubah sesuai intensitas cahaya. Tegangan output bisa langsung dibaca oleh pin ADC (analog-to-digital converter) pada mikrokontroler untuk kemudian dikonversi menjadi nilai lux (intensitas cahaya) dengan rumus tertentu. Sensor ini sering digunakan dalam aplikasi seperti kontrol otomatis lampu jalan, layar ponsel yang menyesuaikan kecerahan dengan cahaya sekitar, sistem hemat energi, kamera digital, serta sistem pengukuran cuaca.

Selain ringan dan kecil, sensor ini memiliki konsumsi daya yang rendah sehingga cocok digunakan untuk sistem berbasis baterai.

O. Potensiometer

Bagian Utama Potensiometer

Resistor: Bagian utama dari potensiometer adalah resistor yang berbentuk linear atau melingkar.
Kontak Geser (Wiper): Sebuah kontak geser yang dapat bergerak sepanjang resistor. Kontak ini mengubah posisi untuk menghasilkan berbagai nilai resistansi.
Tiga Terminal:

- Terminal pertama terhubung ke salah satu ujung resistor.

- Terminal kedua terhubung ke ujung lain dari resistor.
- Terminal ketiga terhubung ke kontak geser (wiper).

Cara kerja :

Potensiometer bekerja dengan cara mengubah posisi wiper pada resistor untuk mengatur nilai resistansi antara terminal wiper dan kedua terminal lainnya. Berikut adalah dua konfigurasi utama:

Sebagai Pembagi Tegangan: Potensiometer dapat digunakan sebagai pembagi tegangan dengan menghubungkan dua ujung resistor ke sumber tegangan. Tegangan output diambil dari wiper dan salah satu ujung resistor. Dengan menggeser wiper, tegangan output dapat diatur.
Sebagai Variabel Resistor: Dalam konfigurasi ini, salah satu ujung resistor dan wiper dihubungkan dalam rangkaian, sementara ujung resistor yang lain tidak digunakan. Nilai resistansi dapat diubah dengan menggeser wiper.

Jenis Potensiometer :

Linear: Mengubah resistansi secara linear seiring dengan pergerakan wiper.
Logaritmik: Mengubah resistansi dalam skala logaritmik, sering digunakan dalam pengaturan volume audio karena lebih sesuai dengan respons pendengaran manusia.

5. Percobaan [kembali]

1. Prosedur

Langkah langkah percobaan

Siapkan alat dan bahan ( sensor, resistor, transistor, op-amp, relay, power supply, logicstate, led, baterai, voltmeter)
letakkan alat dan bahan sesuai keinginan
Sambung alat dan bahan
Jalankan rangkaian

2. Prinsip Kerja dan Foto Rangkaian

Prinsip Kerja

JARAK SENSOR

Sensor jarak ini terletak di dinding garasi dengan fungsi untuk mendeteksi jarak antara mobil dan tembok. Sensor ini memiliki dua kondisi kerja, yaitu ketika jarak yang terdeteksi kurang dari 2 cm maka LED merah akan menyala sebagai penanda, sedangkan ketika jarak lebih dari 20 cm maka LED hijau yang menyala. Sensor jarak ini memiliki tiga pin, yaitu pin VCC yang dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt, pin Vout yang terhubung ke rangkaian, serta pin ground yang dihubungkan ke ground sistem.

Pada kondisi awal ketika jarak lebih dari 20 cm, tepatnya 21 cm, tegangan Vout sensor terukur sebesar 1,27 volt yang menjadi Vin bagi rangkaian ini. Tegangan Vin ini masuk ke kaki non-inverting op-amp, sedangkan kaki inverting op-amp terhubung ke potensiometer RV2 dengan nilai maksimal 1 kilo ohm yang digunakan untuk menghasilkan tegangan referensi (Vref). Potensiometer RV2 ini sendiri terhubung antara input 5 volt dan ground sehingga pada pengukuran menghasilkan Vref sebesar 1,30 volt. Karena pada kondisi ini Vin lebih kecil dari Vref, maka output op-amp berada pada kondisi minus V saturasi. Hal ini terjadi karena penguatan open-loop op-amp (Aol) sangat besar, sehingga perbedaan kecil antara Vin dan Vref cukup untuk membawa output op-amp ke kondisi jenuh. Dengan output yang berada pada minus saturasi, tegangan basis transistor menjadi nol, sehingga tidak ada arus basis yang mengalir, menyebabkan transistor berada pada kondisi off. Karena transistor off, tidak ada arus VCC yang masuk ke relay dan menyebabkan relay tetap off sehingga jalur arus tetap terhubung ke LED hijau. Resistor yang terpasang pada LED berfungsi untuk membatasi arus agar LED tidak putus akibat arus berlebih.

Ketika jarak diturunkan menjadi 19 cm, tegangan Vin naik menjadi 1,31 volt dan masuk ke kaki non-inverting op-amp. Karena Vin pada kondisi ini lebih besar daripada Vref, maka output op-amp berubah menjadi plus V saturasi. Tegangan output ini kemudian masuk ke basis transistor melalui resistor R17 sebesar 10 kilo ohm. Arus basis yang cukup menyebabkan transistor menjadi on, karena tegangan Vbe terukur sebesar 0,83 volt, lebih besar dari tegangan minimum 0,7 volt yang merupakan karakteristik transistor BC547 untuk dapat menyala. Dalam kondisi ini transistor bekerja pada konfigurasi self-bias, di mana setiap kakinya dihubungkan melalui resistor untuk menjaga kestabilan arus.

Dengan transistor yang on, arus VCC sebesar 12 volt mengalir melewati resistor kolektor sebesar 100 ohm, kemudian melalui diode untuk proteksi, dan akhirnya menuju kumparan relay. Tegangan dan arus pada koil relay membentuk medan magnet yang cukup untuk menggerakkan switch relay dari posisi kanan ke posisi kiri sehingga rangkaian menjadi aktif dan terjadi looping arus di dalamnya. Tegangan pada kumparan relay terukur sebesar 6,05 volt, yang cukup untuk mengaktifkan relay karena nilai minimum kerja relay hanya sekitar 5 volt. Dengan relay yang aktif, LED merah menyala sebagai penanda bahwa jarak mobil sudah mendekati 19 cm. Resistor yang terpasang pada LED merah berfungsi untuk membatasi arus agar tidak melebihi kapasitas LED. Arus dari relay kemudian melanjutkan perjalanannya melalui kaki kolektor transistor, keluar melalui kaki emitter, melewati resistor emitter sebesar 100 ohm, dan akhirnya dinetralkan ke ground.

2. HEART RATE SENSOR

Sensor heart rate ini terletak di dinding samping pintu garasi dan berfungsi sebagai PIN biologis pemilik garasi untuk membuka pintu dengan cara mendeteksi detak jantung pemilik. Sensor ini memiliki tiga pin, yaitu VCC yang terhubung ke sumber tegangan 5V, GND yang terhubung ke ground, dan Vout sebagai output sensor yang kemudian diteruskan ke rangkaian op-amp.

Pada kondisi awal, ketika detak jantung pemilik belum terdeteksi, tegangan output sensor lebih kecil dibandingkan dengan tegangan referensi (Vref) pada op-amp. Sinyal output sensor ini masuk ke kaki non-inverting (+) op-amp, sementara Vref diatur melalui potensiometer RV3 dengan nilai maksimum 1kΩ yang dihubungkan antara +5V dan ground. Karena tegangan input dari sensor lebih kecil daripada Vref, maka sesuai karakteristik op-amp non-inverting, output op-amp berada pada kondisi saturasi negatif (-Vsat). Output negatif dari op-amp ini menyebabkan transistor Q10 (2N2222A) berada dalam kondisi OFF karena tegangan basis-emitter-nya tidak mencapai ambang minimum 0,7V. Dengan transistor OFF, tidak ada arus dari VCC yang mengalir ke relay, sehingga relay tetap pada posisi awal (tidak aktif) dan LED biru menyala sebagai tanda bahwa pintu garasi masih tertutup.

Ketika pemilik berada di area sensor dan detak jantungnya terdeteksi, tegangan output sensor meningkat sehingga lebih besar dari Vref. Tegangan yang lebih besar ini masuk ke kaki non-inverting op-amp, mengubah kondisi output op-amp menjadi saturasi positif (+Vsat). Output positif dari op-amp ini kemudian masuk ke basis transistor Q10 melalui resistor basis, membuat tegangan basis-emitter Q10 naik lebih dari 0,7V. Dengan demikian, transistor Q10 berubah menjadi ON dan kolektor-emitter Q10 konduksi.

Arus VCC sebesar 12V kemudian mengalir melalui kolektor transistor, melewati resistor kolektor dan diode D9 sebagai proteksi, lalu mengaktifkan kumparan relay RL10. Ketika relay aktif, kontak saklar relay berpindah posisi sehingga arus mengalir ke motor penggerak pintu garasi. Bersamaan dengan itu, LED merah menyala sebagai indikator bahwa pintu garasi terbuka karena detak jantung pemilik berhasil terdeteksi. Motor pintu bergerak membuka pintu garasi, sementara resistor pada LED tetap bekerja untuk mencegah arus berlebih yang bisa merusak LED.

3. SOUND DETECTOR SENSOR

sensor sound yang terletak di pojok dekat pintu garasi dan berfungsi untuk mendeteksi suara sebagai salah satu cara membuka pintu garasi. Sensor ini memiliki empat pin, yaitu VCC yang terhubung ke sumber tegangan 5V, GND yang terhubung ke ground, OUT yang terhubung ke rangkaian, serta TESTPIN yang terhubung ke gerbang logika. Ketika gerbang logika bernilai satu pada sensor sound, artinya sensor mendeteksi suara dan memicu mekanisme pembukaan pintu garasi. Pada saat suara terdeteksi, sensor mengeluarkan output sebesar 5V yang kemudian masuk ke kaki non-inverting op-amp. Karena op-amp dikonfigurasi sebagai non-inverting amplifier, maka tegangan output op-amp diperoleh dari perbandingan resistor feedback terhadap resistor input, sesuai rumus

$V_{out} = (1 + \frac{R_f}{R_1}) \times V_{in}$ . Dari hasil pengukuran, output op-amp mencapai sekitar 10V.

Tegangan output op-amp ini selanjutnya melewati resistor R1 sebesar 10kΩ lalu masuk ke kaki basis transistor BC547. Arus kemudian keluar melalui kaki emitter dan dinetralkan ke ground. Karena transistor BC547 memerlukan tegangan basis-emitter (Vbe) minimal 0,7V untuk aktif, dan pada pengukuran Vbe mencapai 0,86V, maka transistor berada dalam kondisi on. Ketika transistor aktif, arus VCC sebesar 12V mulai mengalir ke rangkaian output. Dalam konfigurasi fixed-bias yang digunakan, arus VCC ini terbagi ke dua jalur: satu jalur melalui resistor bias R9 sebesar 100kΩ menuju basis transistor dan kemudian ke emitter yang berakhir di ground, sementara jalur lainnya melalui resistor kolektor R6 sebesar 100Ω.

Arus yang melewati R6 kemudian masuk ke relay. Karena ada arus yang masuk ke koil relay, medan magnet terbentuk pada induktor relay sehingga relay menjadi on. Tegangan terukur pada koil relay sebesar 7,73V, yang sudah lebih dari cukup untuk mengaktifkan relay karena syarat minimumnya hanya sekitar 5V. Dengan relay aktif, switch berpindah posisi sehingga terjadi looping arus pada rangkaian motor. Karena sistem ini bekerja secara seri dengan rangkaian lain, maka diperlukan dua output dari kedua rangkaian (misalnya dari sensor sound dan sensor heart rate) untuk benar-benar menggerakkan motor pembuka pintu.

Ketika kedua input aktif, motor mulai bergerak untuk membuka pintu garasi. LED merah pada rangkaian menyala sebagai indikator bahwa sensor sound mendeteksi suara dan sistem bekerja. Resistor yang terhubung ke LED berfungsi untuk membatasi arus agar LED tidak putus akibat kelebihan arus. Setelah relay, arus keluar menuju basis transistor berikutnya, lalu melalui emitter dan akhirnya dinetralkan ke ground.

4. MAGNETIC REED SWITCH SENSOR

Sensor magnetic terletak di luar garasi dengan fungsi untuk mendeteksi medan magnet dari mobil dan menghidupkan lampu garasi. Sensor ini terdiri dari empat pin, yaitu test pin yang terhubung ke gerbang logika, VCC yang terhubung ke sumber tegangan sebesar 5V, GND yang dihubungkan ke ground, serta output yang terhubung ke rangkaian. Ketika medan magnet dari mobil terdeteksi, gerbang logika pada sensor akan bernilai satu sehingga sensor menghasilkan output sebesar 5V. Tegangan ini pertama-tama masuk ke resistor RIN4 sebesar 10kΩ, lalu diteruskan ke kaki non-inverting op-amp.

Karena konfigurasi op-amp yang digunakan adalah voltage follower, maka tegangan output op-amp sama dengan tegangan input, yaitu 5V. Tegangan 5V ini kemudian masuk ke resistor R24 sebesar 10kΩ dan dilanjutkan ke kaki basis transistor. Arus kemudian mengalir keluar melalui kaki emitter transistor, melewati resistor R8 sebesar 100Ω, lalu akhirnya dinetralkan ke ground. Konfigurasi transistor yang digunakan di sini adalah voltage divider bias, yang prinsip kerjanya membagi tegangan untuk menjaga kestabilan basis transistor. Dari pengukuran didapatkan tegangan basis-emitter (Vbe) sebesar 0,78V, yang lebih besar dari ambang minimum 0,7V, sehingga transistor aktif.

Setelah transistor aktif, output sebesar 12V masuk ke dua jalur resistor. Jalur pertama menuju resistor R11, lalu dilanjutkan ke resistor R2 atau R14 sebesar 10kΩ, kemudian dinetralkan ke ground. Jalur kedua menuju resistor bias R30 sebesar 100Ω, lalu arus dan tegangan mengalir ke koil relay. Karena arus mengalir pada koil relay, terbentuk medan magnet yang menyebabkan fluks berpindah dari kiri ke kanan sehingga switch relay aktif. Tegangan terukur pada relay sebesar 6,03V, cukup untuk mengaktifkan relay karena syarat minimumnya hanya 5V.

Dengan switch relay on, terbentuklah looping arus pada rangkaian lampu garasi. Karena rangkaian ini bekerja paralel dengan rangkaian lain, maka hanya dibutuhkan satu output sebagai input untuk menghidupkan motor, LED biru, dan lampu garasi. LED biru menyala sebagai indikator aktifnya rangkaian, sementara resistor pada LED berfungsi untuk mencegah lampu putus akibat kelebihan arus. Arus kemudian mengalir melalui kaki kolektor transistor, keluar melalui kaki emitter, melewati resistor, dan akhirnya kembali ke ground untuk dinetralkan.

5. VIBRATION SENSOR

Sensor vibration terletak di dekat pintu bagian dalam garasi dan berfungsi untuk mendeteksi adanya orang di dalam garasi, kemudian mengaktifkan lampu garasi. Sensor ini memiliki empat pin, yaitu VCC yang terhubung ke sumber tegangan 5V, GND yang terhubung ke ground, test pin yang dihubungkan ke gerbang logika, serta output yang terhubung ke rangkaian. Ketika sensor ini terpicu karena mendeteksi keberadaan orang di dalam garasi, maka pin output bernilai satu dan menghasilkan tegangan sebesar 5V. Tegangan ini kemudian masuk ke resistor R23 sebesar 10kΩ, lalu diteruskan ke kaki non-inverting pada op-amp. Karena rangkaian op-amp yang digunakan adalah differential amplifier, maka tegangan output op-amp merupakan selisih antara tegangan non-inverting dan inverting, yaitu $V_{out} = V_{+} - V_{-}$ .

Untuk tegangan pada non-inverting, perhitungan dilakukan dengan rumus $V_{out(+)} = \left( \frac{Rf}{RI2} + 1 \right) \cdot \left( \frac{R12}{R23 + R12} \right) \cdot V_{in}$ , menghasilkan tegangan 5V. Sementara tegangan pada inverting dihitung dengan rumus $V_{out(-)} = \left( -\frac{Rf}{Ri} \right) \cdot V_2$ , hasilnya 2V. Dengan demikian, selisih kedua tegangan ini adalah 3V sesuai pengukuran. Tegangan 3V ini kemudian masuk ke resistor R22 sebesar 10kΩ, lalu mengalir ke basis transistor BC547. Arus keluar melalui kaki emitter transistor, melewati resistor R28 sebesar 100Ω, kemudian dinetralkan ke ground. Karena tegangan basis-emitter pada transistor terukur sebesar 0,77V, lebih besar dari ambang minimum 0,7V, maka transistor berada dalam kondisi on.

Ketika transistor aktif, input sebesar 12V masuk ke rangkaian. Rangkaian bias yang digunakan adalah emitter stabilized bias, yaitu konfigurasi fixed bias dengan tambahan resistor pada emitter untuk meningkatkan kestabilan. Tegangan 12V ini terbagi ke dua percabangan. Jalur pertama mengalir melalui resistor R13 sebesar 10kΩ, masuk ke basis transistor, keluar melalui emitter, lalu melewati resistor R28 sebesar 100Ω dan akhirnya ke ground. Jalur kedua mengalir ke resistor R27 sebagai resistor kolektor, kemudian melewati diode yang berfungsi menahan arus balik, dan akhirnya masuk ke koil relay.

Ketika arus mengalir pada koil relay, terbentuk medan magnet yang memindahkan switch relay dari posisi kanan ke kiri, yang berarti relay berada pada kondisi on. Tegangan terukur pada relay sebesar 4,89V, cukup untuk mengaktifkannya karena tegangan minimum yang dibutuhkan hanya 4,5V. Dengan relay aktif, terbentuk looping arus yang membuat lampu garasi menyala karena suplai tegangan 12V. LED biru juga menyala sebagai indikator bahwa sensor vibration berhasil mendeteksi keberadaan orang di dalam garasi. Resistor yang terhubung ke LED berfungsi untuk mencegah kerusakan LED akibat arus berlebih. Setelah arus looping melalui relay, arus kembali keluar menuju kaki kolektor transistor, lalu ke emitter, melewati resistor R28, dan akhirnya dinetralkan ke ground.

6. MAGNETIC REED SWITCH SENSOR

Sensor magnetic reed switch ini terletak di rel ujung atap garasi dan berfungsi untuk mendeteksi posisi ujung saat atap kaca garasi terbuka atau tertutup sepenuhnya. Fungsinya adalah memastikan motor berhenti bekerja ketika atap sudah mencapai ujung, sehingga tidak bergerak berlebihan. Sensor reed switch memiliki tiga pin, yaitu VCC yang terhubung ke sumber tegangan 5V, GND yang terhubung ke ground, serta Vout yang terhubung ke rangkaian.

Pada kondisi awal ketika atap belum mencapai ujung (magnet belum terdeteksi), reed switch masih terbuka sehingga output tetap rendah atau sekitar 0V. Tegangan Vout ini masuk ke kaki non-inverting op-amp U6, sedangkan kaki inverting op-amp terhubung ke RIN3 dengan nilai 10kΩ. Tegangan referensi (Vref) pada kaki inverting terukur sebesar 5V. Karena Vinput lebih kecil daripada Vref (Vout reed = 0V, Vref = 5V), maka output op-amp berada pada kondisi saturasi negatif (-Vsat). Output negatif op-amp ini membuat transistor Q8 (BC547) tetap dalam keadaan OFF karena tegangan basis-emitter (VBE) tidak mencapai ambang 0,7V. Dengan transistor OFF, arus VCC tidak dapat mengalir ke relay RL6 sehingga relay tetap nonaktif dan motor terus bekerja membuka atap.

Ketika atap bergerak sampai ujung rel, magnet mendekati reed switch sehingga kontak reed switch menutup. Kontak tertutup ini membuat tegangan output reed switch menjadi +5V. Tegangan 5V ini masuk ke kaki non-inverting op-amp, sehingga sekarang Vinput sama dengan Vref (keduanya 5V). Hal ini menyebabkan output op-amp berpindah ke kondisi saturasi positif (+Vsat). Output positif op-amp kemudian masuk ke basis transistor Q8 melalui resistor basis, membuat tegangan VBE transistor lebih dari 0,7V dan transistor menjadi ON.

Ketika transistor ON, arus dari VCC mengalir melalui kolektor-emitter Q8 ke kumparan relay RL6, melewati diode D4 yang berfungsi sebagai proteksi arus balik. Dengan relay aktif, kontaknya berpindah posisi sehingga motor berhenti berputar. Sebagai indikator tambahan, LED (jika terpasang) menyala ketika relay aktif, menunjukkan bahwa atap sudah mencapai ujung. Resistor pada LED tetap berfungsi untuk melindungi LED dari arus berlebih.

7. LIGHT SENSOR APDS-9002

Sensor cahaya APDS-9002 ini terletak di atas garasi, pada posisi yang langsung terkena sinar luar. Fungsinya adalah membaca intensitas cahaya lingkungan sebagai penentu apakah atap kaca garasi perlu dibuka atau ditutup. Sensor ini memiliki tiga pin, yaitu VCC yang terhubung ke sumber tegangan 5V, GND yang terhubung ke ground, serta Vout yang terhubung ke rangkaian op-amp U1.

Pada kondisi cahaya rendah, seperti saat malam hari atau cuaca mendung, tegangan output sensor relatif kecil. Dari hasil pengukuran, Vout sensor terbaca sebesar 4,40V yang kemudian menjadi Vin di kaki non-inverting (+) op-amp U1 (LM741). Sementara itu, kaki inverting (-) op-amp diatur melalui potensiometer RV1 dengan nilai 10kΩ untuk menghasilkan tegangan referensi (Vref) sebesar 4,45V. Karena Vin lebih kecil dari Vref, maka sesuai karakteristik op-amp non-inverting, output op-amp berada pada kondisi saturasi negatif (-Vsat). Output negatif dari op-amp ini kemudian masuk ke basis transistor Q6 (BC547), namun tidak cukup untuk menaikkan tegangan basis-emitter (VBE) hingga lebih dari 0,7V. Akibatnya, transistor tetap OFF sehingga arus dari VCC tidak mengalir ke relay RL6. Dalam kondisi ini relay tetap OFF dan motor atap terus bekerja untuk menutup atap kaca.

Ketika cahaya lingkungan cukup terang, seperti pada siang hari, intensitas cahaya yang diterima sensor meningkat sehingga Vout sensor juga naik, melebihi Vref, misalnya lebih dari 4,45V. Tegangan ini masuk ke kaki non-inverting op-amp sehingga Vin > Vref. Akibatnya, output op-amp berpindah ke kondisi saturasi positif (+Vsat). Output positif ini kemudian masuk ke basis transistor Q6 melalui resistor basis, membuat tegangan VBE lebih besar dari 0,7V dan transistor berada dalam kondisi ON.

Saat transistor ON, arus VCC mengalir melalui kolektor-emitter Q6, melewati diode D10 sebagai proteksi arus balik, kemudian mengaktifkan kumparan relay RL6. Dengan relay aktif, motor berhenti berputar atau beralih arah untuk membuka atap kaca karena cahaya luar sudah cukup terang. Dalam sistem ini, sensor cahaya juga bekerja bersama dengan sensor magnetic reed switch untuk memastikan motor benar-benar berhenti saat atap telah mencapai ujung rel. Resistor pada basis dan kolektor transistor tetap berfungsi untuk membatasi arus agar komponen tidak rusak akibat arus berlebih.