Modul 4 - Praktikum Elektronika

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Kontrol Kebakaran

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. dasar teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Prosedur Percobaan
2. Hardware
3. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
4. Flowchart
5. Video Demo
6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

Kebakaran merupakan salah satu peristiwa berbahaya yang dapat terjadi secara tiba-tiba dan menyebabkan kerugian besar, baik secara material maupun korban jiwa. Penyebab kebakaran bisa bermacam-macam, seperti korsleting listrik, kebocoran gas, maupun kelalaian manusia. Karena itu, pendeteksian dini terhadap potensi kebakaran menjadi hal yang sangat penting untuk meningkatkan keselamatan dan meminimalkan dampak yang mungkin terjadi.

Dalam kehidupan sehari-hari, sistem keamanan terhadap kebakaran masih banyak yang bekerja secara manual, misalnya hanya mengandalkan alarm asap konvensional tanpa integrasi otomatis dengan sistem pengendalian. Hal ini tentu memiliki kelemahan, karena membutuhkan waktu lebih lama untuk merespons kondisi berbahaya. Dengan adanya kemajuan di bidang elektronika dan mikrokontroler, kini sistem kontrol kebakaran dapat dirancang bekerja secara otomatis dan real-time dengan memanfaatkan sensor pintar.

Proyek “Kontrol Kebakaran Otomatis” ini dirancang untuk menjadi solusi sederhana namun efektif dalam mendeteksi adanya peningkatan suhu dan asap yang menandakan potensi kebakaran. Sistem ini menggunakan dua jenis sensor utama, yaitu Sensor LM35, yang berfungsi untuk mengukur suhu lingkungan secara akurat, dan Sensor MQ2, yang mendeteksi adanya asap atau gas berbahaya di udara.

Ketika salah satu sensor mendeteksi nilai di atas ambang batas yang telah ditentukan, sistem akan secara otomatis mengaktifkan alarm dan indikator peringatan sebagai tanda bahaya. Dengan demikian, pengguna dapat segera mengambil tindakan pencegahan sebelum api menyebar lebih luas.  

Selain memberikan peringatan dini, proyek ini juga menjadi bentuk penerapan nyata dari konsep sensor analog dan sistem kontrol otomatis dalam bidang elektronika. Melalui perancangan, perakitan, dan pengujian alat secara langsung, mahasiswa dapat memperdalam pemahaman tentang bagaimana sensor bekerja serta bagaimana rangkaian kontrol merespons perubahan kondisi di lingkungan sekitarnya.

Dengan adanya alat Kontrol Kebakaran Otomatis ini, diharapkan dapat tercipta sistem sederhana yang efisien, responsif, dan mudah diterapkan untuk membantu meningkatkan keamanan dan keselamatan lingkungan dari risiko kebakaran. 

2. Tujuan[Kembali]

Tujuan dari pembuatan kontrol kebakaran otomatis ini adalah sebagai berikut.

1. Merancang kontrol pendeteksi kebakaran yang mampu mendeteksi suhu tinggi dan keberadaan asap dari kebakaran dalam bentuk nyata.
2. Meningkatkan Pemahaman tentang penerapan sensor analog dan sistem kontrol otomatis dalam bidang elektronika.
3. Menunjukkan penerapan teknologi sederhana yang bermanfaat untuk meningkatkan keselamatan dan pencegahan kebakaran di lingkungan sekitar.
4. Meningkatkan kemampuan praktis dalam perancangan, perakitan, dan pengujian rangkaian elektronika yang melibatkan sensor dan sistem kontrol otomatis.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat

        a. Breadboard

        b. Kotak Plastik

        c. Power Supply 5V

        d. Adapter 12V

        e. Jumper

Bahan

        a. Sensor Suhu (LM35)

        b. Sensor Gas (MQ-2)

        c. Operational Amplifier tipe 393

LM393 adalah IC pembanding tegangan yang banyak digunakan, tersedia dalam paket Dip 8-pin, SO-8, dan lainnya. LM393 berisi dua penguat operasional pembanding presisi tinggi independen yang dapat ditenagai dari satu atau dua catu daya.

Rentang tegangan suplai yang lebar memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi. Chip ini membutuhkan arus operasi yang rendah, yang sangat cocok untuk peralatan portabel dan bertenaga baterai, dan sistem logika penggerak keluarannya dapat digunakan dalam sirkuit digital. LM393 memiliki arus keluaran maksimum 20 mA, cukup untuk menggerakkan transistor dan sistem logika.

Pin 1: Output 1, pin keluaran penguat operasional 1

Pin 2: Input pembalik 1, pin input pembalik dari op amp 1

Pin 3: Input non-pembalik 1, pin input non-pembalik op amp 1

Pin 4: GND, Ground Ini adalah pin ground IC dan perlu dihubungkan ke terminal negatif (-) dari tegangan suplai

Pin 5: Input pembalik 2, pin input non-pembalik dari op amp 2

Pin 6: Input non-pembalik 2, pin input pembalik op amp 2

Pin 7: Output 2, ini adalah pin output dari op amp 2

Cara kerja LM393

Perbandingan Tegangan: IC ini membandingkan tegangan pada pin input non-inverting (+) dan input inverting (−).

Output LOW: Ketika tegangan pada input non-inverting (+) lebih tinggi daripada tegangan pada input inverting (−), output akan menjadi LOW, yang berarti terhubung langsung ke ground (0V).

Output HIGH: Ketika tegangan pada input inverting (−) lebih tinggi daripada tegangan pada input non-inverting (+), output akan menjadi HIGH.

Open-Collector Output: LM393 memiliki output bertipe open-collector, yang berarti IC ini hanya dapat menarik sinyal ke ground (LOW) dan tidak dapat mendorongnya ke tegangan positif (HIGH).

Resistor Pull-up: Untuk mendapatkan level logika HIGH yang valid, output open-collector harus dihubungkan dengan resistor pull-up ke tegangan catu daya positif.Pin 8: Pusat Kontrol Virtual Ini adalah pin positif dari IC dan perlu dihubungkan ke terminal positif (+) dari tegangan suplai

        d. Transistor 2SD882

Transistor D882  , juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:

Karakteristik:

        e.  Potensiometer

    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

    Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

        f. Resistor

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

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

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

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

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 10^5 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

        g. Relay

Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme.

Cara Kerja:

Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul  sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.

        h. Buzzer

Buzzer adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai pengubah sinyal listrik menjadi suara. Komponen ini sering digunakan sebagai indikator bunyi pada berbagai alat elektronik, seperti alarm, timer, atau sistem peringatan.

Prinsip Kerja

Buzzer bekerja berdasarkan getaran membran logam tipis akibat adanya arus listrik. Saat tegangan diberikan, medan magnet di dalam buzzer berubah dan menyebabkan membran bergetar cepat sehingga menghasilkan suara.
Terdapat dua jenis utama buzzer:

• Buzzer Aktif → Sudah memiliki rangkaian osilator di dalamnya. Cukup diberi tegangan DC (biasanya 5V) untuk menghasilkan bunyi.
• Buzzer Pasif → Tidak memiliki osilator internal, sehingga memerlukan sinyal frekuensi AC atau PWM dari rangkaian eksternal untuk menghasilkan suara.

Kegunaan

• Indikator alarm atau peringatan.

• Penanda status sistem digital (contohnya output HIGH menghasilkan bunyi).

• Aplikasi mikrokontroler seperti Arduino untuk menghasilkan nada atau bunyi notifikasi.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

1. Rated Voltage : 12V 

2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 

3. DC Rated Current* : ≤30mA 

4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 

5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 

6. Tone : Continuous 

7. Operating Temperature : -25°C to +80°C 

8. Storage Temperature : -30°C to +85°C

9. Weight : 2g 

*Value applying at rated voltage (DC)

        i. LED-Red

LED (Dioda Pemancar Cahaya) adalah komponen semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika dialiri arus maju (forward bias). LED digunakan secara luas sebagai indikator, pencahayaan, dan tampilan.

Prinsip Kerja:

Ketika arus mengalir dari anoda (+) ke katoda (–), elektron dan hole bertemu di persambungan p–n dan menghasilkan energi dalam bentuk foton (cahaya).

LED hanya menyala jika diberi tegangan maju (bias forward) dan padam jika dibias terbalik (reverse bias).

Karakteristik:

• Tegangan kerja: 1,8V – 3,3V (tergantung warna)

• Arus kerja: 10–20 mA

• Diperlukan resistor pembatas arus agar LED tidak rusak.

Kegunaan:

• Sebagai indikator on/off rangkaian

• Tampilan output pada sistem digital

• Display angka atau huruf (7-segment LED)

• Pencahayaan dan dekorasi

        j. Fan 5V

        k. DC to DC Converter

4. Dasar Teori [Kembali]

        a. Sensor LM35

   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.

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor 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.

Karakteristik Sensor LM35 :

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

Keistimewaan dari IC LM 35 :

• Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.
• Lineritas +10 mV/ º C.
• Arus yang mengalir kurang dari 60 μA
• Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.
• Range +2 º C – 150 º C.
• Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.
• Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

Jika dilihat pada grafik, Ketika suhu semakin meningkat maka tegangan yang dihasilkan pun semakin besar, dimana setiap perubahan 1º C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV.

        b. Sensor Gas (MQ-2)

Sensor MQ2 adalah sensor gas yang sensitif terhadap berberpa zat yang berbahaya seperti gas LPG, propana, metana, karbon monoksida, alkohol, dan asap mulai dari 200 dan 10.000 ppm. MQ2 dikenal sebagai chemiresistor karena pendeteksinya bergantung pada perubahan resistansi penginderaan bahan saat terkena gas.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi :

Grafik respon MQ2 sensor:

        c. Fixed Bias Transistor

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

Gambar Rangkaian Fixed Bias

Rumus Untuk Rangkaian Fixed Bias

        d. Komparator Non-Inverting

    Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref ¹ 0 Volt baik positif maupun negatif adalah seperti gambar 9 

Gambar 9 Rangkaian komparator non inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. 

    Misalkan tegangan output VO = +Vsat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT

Gambar 10 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

    Misalkan tegangan output VO = -Vsat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT

Gambar 11 Rangkaian komparator non inverting saat V0= -Vsat

    Bentuk gelombang tegangan output VO dengan Vref - adalah seperti pada gambar 12 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 13

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 13 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif

Sehingga: 

        e. Voltage Follower / Voltage Buffer

Voltage Buffer

 

      Rangkaian voltage buffer berfungsi untuk mengisolasi sinyal input dari beban, menggunakan tahap penguat dengan penguatan tegangan satu (unity gain), tanpa pembalikan fasa atau polaritas, dan bertindak sebagai rangkaian ideal dengan impedansi input sangat tinggi serta impedansi output sangat rendah. Dalam konfigurasi ini, tegangan keluar (vo) sama dengan tegangan masuk (vi), yaitu

 

 

 

 

    Gambar diatas menunjukkan bahwa satu sinyal input dapat dibagi ke dua output yang terpisah. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah beban pada salah satu output tidak memengaruhi output lainnya, karena masing-masing output telah dibuffer (diisolasi). Dengan kata lain, setiap output bekerja secara independen, sehingga tidak saling mengganggu meskipun terhubung ke beban yang berbeda.

 

 

Penggunaan buffer amplifier

Bentuk Gelombang V input dan V output :

 

5. Prosedur Percobaan[kembali]

        a. Prosedur Percobaan

        b. Hardware

        c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

        d. Flowchart

        e. Video Demo

        f. Download File