M4
MODUL 4
SISTEM KONTROL RUANG BACA
1. Pendahuluan [Kembali]
Ruang baca merupakan fasilitas yang membutuhkan kenyamanan dan pencahayaan yang cukup agar dapat digunakan secara optimal oleh pengunjung. Namun, dalam praktiknya, pencatatan kehadiran dan pengaturan lampu masih banyak dilakukan secara manual. Hal ini dapat menyebabkan kurangnya efisiensi dalam pemantauan penggunaan ruang serta pemborosan energi ketika lampu dibiarkan menyala terus-menerus, terutama pada malam hari.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, diperlukan sistem kontrol sederhana yang dapat bekerja secara otomatis tanpa melibatkan teknologi yang rumit. Pada rancangan ini digunakan dua jenis sensor, yaitu touch sensor untuk mengetahui kehadiran pengunjung dan LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi kondisi pencahayaan ruangan. Touch sensor memungkinkan sistem mengetahui kapan pengunjung hadir atau menggunakan ruang baca, sedangkan LDR berfungsi untuk menyalakan lampu secara otomatis ketika cahaya lingkungan mulai redup pada malam hari.
Dengan memanfaatkan kedua sensor ini, sistem kontrol dapat bekerja secara mandiri menggunakan rangkaian digital sederhana, tanpa memerlukan mikrokontroler maupun pemrograman. Kehadiran pengunjung dapat diketahui secara otomatis, dan lampu hanya menyala ketika diperlukan. Hal ini menjadikan penggunaan energi lebih efisien sekaligus meningkatkan kenyamanan dan fungsi ruang baca secara keseluruhan.
2. Tujuan [Kembali]
- Mengetahui pengunjung yang datang ke ruang baca dengan inputan menggunakan sensor touch
- Menghidupkan lampu ketika dimalam hari dengan inputan menggunakan sensor LDR
- Mengetahui kondisi-kondisi yang ditampilkan dari kedua sensor tersebut.
3. Alat dan Bahan [Kembali]
1. Sensor Touch
2. Sensor LDR
Sebagai inputan untuk mendeteksi cahaya.
3. LM358
Sebagai pembentukan rangkaian komparator yang bertujuan untuk membandingkan Vin dengan Vref. Digunakan Lm358 karena cock untuk rangkaian sensor, dapat bekerja di 5v dan lebih murah.
4. Resistor
Digunakan resistor 220 ohm untuk membagi tegangan yang akan diteruskan ke seven segmen serta untuk mengurangi arus yg mengalir ke inputan IC 74LS192
5. Potensiometer
Digunakan untuk mengatur tegangan Vref, dimana pada rangkaian ini diatur di 50% atau di sekitar 500 ohm.
6. IC 74LS47
Digunakan untuk mengubah digital ke analog dan keluaran ini akan diteruskan ke seven segmen.
7. Buck Konverter
Digunakan untuk menurunkan tegangan 12v ke 5v yang mana keluaranya ini akan diteruskan ke inputan berbagai komponen.
8. Jack Wiring
Digunakan untuk menghubungkan adaptor dengan buck konverter
9. IC 74LS192
Digunakan IC counter ini untuk melakukan perhitungan sinkron.
10. IC 74LS08
Digunakan IC ini untuk meneruskan keluarannya dengan inputan nya harus bernilai 1 untuk seluruh cabang inputannya dan menghubungan keluaran IC7432 ke IC ini dan keluaran ini akan diteruskan ke LED.
11. IC 74LS32
IC ini digunakan untuk meneruskan keluaran bernilai 1 dengan inputan harus ada yang bernilai 1 di salah satu cabang inputannya dan keluarannya ini akan diteruskan ke IC74LS08.
12. Kabel Tunggal
Digunakan kabel ini untuk menghubungkan komponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian.
13. Seven Segmen
Digunakan seven segmen anoda untuk menampilkan berapa pengunjung ruang baca.
14. LED Super Break Putih
15. Breadboard
Digunakan untuk tempat merangkai prototype.
4. Dasar Teori [Kembali]
1. Sensor Touch
TTP223B adalah IC sensor sentuh kapasitif satu kanal yang berfungsi sebagai pengganti tombol mekanik. IC ini bekerja dengan mendeteksi perubahan kapasitansi pada elektroda sensor ketika jari manusia menyentuh atau mendekati permukaan pad. Perubahan kapasitansi tersebut menyebabkan perubahan frekuensi pada sensor oscillator, sehingga rangkaian internal dapat menentukan ada atau tidaknya sentuhan dan mengubahnya menjadi sinyal digital pada pin output.
IC TTP223B beroperasi pada tegangan 2,0 hingga 5,5 volt dengan konsumsi arus sangat rendah, sehingga cocok untuk perangkat low-power. Sensitivitas sentuhan dipengaruhi oleh ukuran elektroda, ketebalan panel, serta kapasitor eksternal Cs. Selain itu, IC ini memiliki dua mode keluaran, yaitu direct mode yang mengikuti kondisi sentuhan dan toggle mode yang bekerja seperti saklar flip-flop. TTP223B juga dilengkapi fitur auto-calibration agar sensor tetap stabil ketika kondisi lingkungan berubah. Berkat cara kerja kapasitif dan tanpa kontak fisik, IC ini banyak digunakan pada panel sentuh, perangkat otomatis, dan aplikasi elektronika sebagai pengganti saklar biasa.
2. Sensor LDR
Light Dependent Resistor (LDR) adalah komponen elektronika pasif yang nilai resistansinya berubah sesuai intensitas cahaya yang diterimanya. LDR terbuat dari material semikonduktor cadmium sulphide (CdS) yang bersifat fotokonduktif, yaitu kemampuan resistansinya menurun ketika cahaya yang mengenainya meningkat. Pada kondisi gelap, resistansinya sangat tinggi dan dapat mencapai nilai megaohm, sedangkan ketika terkena cahaya kuat resistansinya turun hingga ratusan ohm. Karakteristik ini membuat LDR banyak digunakan sebagai sensor cahaya pada berbagai aplikasi seperti lampu otomatis, sistem keamanan, detektor asap, penghitung berbasis cahaya, hingga rangkaian otomatisasi lainnya.
Prinsip kerja LDR didasarkan pada peningkatan jumlah elektron bebas ketika material CdS terkena cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai (sekitar 550 nm, yang mirip dengan sensitivitas mata manusia) akan meningkatkan konduktivitas material sehingga hambatannya menurun. Datasheet menunjukkan bahwa pada iluminasi 1000 lux, resistansi LDR bisa turun hingga sekitar 400 ohm, sedangkan pada kondisi gelap resistansinya dapat mencapai nilai di atas 1 megaohm. Selain itu, LDR memiliki waktu naik dan waktu turun tertentu ketika mengalami perubahan cahaya, umumnya dalam orde beberapa milidetik, tergantung level penerangan.
LDR juga memiliki sifat "light memory", yaitu kemampuan mengingat kondisi pencahayaan sebelumnya. Jika disimpan dalam gelap, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai resistansi stabil menjadi lebih lama, sehingga datasheet merekomendasikan penyimpanan dalam kondisi terang sebelum digunakan. Dengan sensitivitas spektral yang luas, biaya rendah, serta respon terhadap perubahan cahaya yang cukup baik, LDR menjadi salah satu sensor cahaya paling umum digunakan dalam rangkaian elektronik otomatisasi.
3. Resistor
Resistor merupakan komponen elektronika pasif yang berfungsi membatasi arus listrik dan nilai resistansinya dinyatakan dalam satuan ohm. Untuk mengetahui besar hambatan pada resistor tipe karbon atau film, digunakan sistem kode warna yang dicetak pada badan resistor. Sistem kode ini mengacu pada standar internasional, di mana setiap warna merepresentasikan angka tertentu mulai dari 0 hingga 9. Pada resistor empat gelang, dua gelang pertama menunjukkan digit angka penting, gelang ketiga adalah pengali (jumlah nol yang ditambahkan), dan gelang keempat menyatakan toleransi atau tingkat ketelitian resistor. Sedangkan pada resistor lima gelang, tiga gelang pertama merupakan digit angka penting, gelang keempat sebagai pengali, dan gelang kelima sebagai toleransi.
Warna yang digunakan pada resistor memiliki urutan nilai yaitu hitam (0), cokelat (1), merah (2), oranye (3), kuning (4), hijau (5), biru (6), ungu (7), abu-abu (8), dan putih (9). Warna pengali mengikuti angka yang sama namun dalam bentuk kelipatan sepuluh, misalnya merah berarti ×100, hijau berarti ×100000, sedangkan emas dan perak digunakan untuk nilai pengali di bawah satu. Toleransi resistor juga ditunjukkan dengan warna tertentu, seperti cokelat untuk ±1%, merah untuk ±2%, emas untuk ±5%, dan perak untuk ±10%. Dengan menggunakan urutan pembacaan dari kiri ke kanan, nilai resistansi dapat dihitung dengan menggabungkan digit angka penting kemudian dikalikan dengan pengali yang ditentukan.
Untuk membaca resistor dengan benar, pengamatan dilakukan dengan memastikan gelang toleransi berada pada sisi paling kanan, karena warna toleransi umumnya berbeda dari gelang angka, misalnya emas atau perak. Dengan memahami kode warna tersebut, seorang teknisi atau siswa elektronika dapat menentukan nilai hambatan secara tepat tanpa memerlukan alat ukur, sehingga memudahkan proses identifikasi komponen pada rangkaian. Sistem warna resistor ini telah lama digunakan karena sederhana, mudah dikenali, dan tetap akurat dalam menyampaikan informasi nilai komponen secara visual.
4. IC 74LS192
IC 74LS193 adalah sebuah 4-bit binary up/down counter yang dapat menghitung naik (up) maupun menghitung turun (down) secara sinkron. Counter ini termasuk keluarga TTL Low Power Schottky (LS) sehingga memiliki kecepatan tinggi dengan konsumsi daya rendah. IC 74LS193 terdiri dari empat flip-flop master–slave di dalamnya, dilengkapi rangkaian logika pengarah (steering logic) yang memungkinkan operasi hitung naik atau turun berdasarkan sinyal clock yang diberikan. Setiap perubahan hitungan terjadi secara sinkron, yaitu saat terjadi transisi LOW ke HIGH pada pin clock (CPU untuk hitung naik dan CPD untuk hitung turun). Agar counter bekerja dengan benar, ketika salah satu clock aktif, clock yang lainnya harus berada pada level HIGH.
IC ini mendukung fitur parallel load dan master reset yang bekerja secara asinkron. Parallel load memungkinkan memasukkan nilai awal (preset) secara langsung ke dalam counter melalui pin data P0 hingga P3 ketika pin PL berada pada kondisi LOW. Sementara itu, master reset akan menghapus seluruh isi counter dan mengatur seluruh output Q menjadi LOW tanpa menunggu sinyal clock. Selain itu, IC 74LS193 memiliki Terminal Count Up (TCU) dan Terminal Count Down (TCD), yaitu keluaran khusus yang memberikan sinyal ketika counter mencapai nilai maksimum atau minimum. Terminal count ini digunakan untuk melakukan kaskading, sehingga beberapa counter dapat disusun menjadi counter dengan bit yang lebih besar tanpa memerlukan rangkaian logika tambahan.
Sebagai counter biner 4-bit, 74LS193 menghitung dari nilai 0 hingga 15 (MOD-16) dan dapat berubah arah hitungan secara langsung melalui pengaturan clock. Keunggulan lain dari IC ini adalah kemampuannya menghitung pada frekuensi tinggi, mencapai sekitar 40 MHz pada kondisi tipikal. Dengan fitur reset, preset, hitung naik dan turun, serta terminal count yang dirancang untuk kaskading, IC 74LS193 sangat sering digunakan dalam rangkaian digital seperti penghitung pulsa, pembagi frekuensi, rangkaian pembuat waktu, serta rangkaian logika berurutan yang memerlukan perubahan keadaan secara sinkron.
5. IC 74LS47
IC 74LS47 adalah sebuah BCD to 7-segment decoder/driver yang berfungsi mengubah masukan bilangan BCD (Binary Coded Decimal) menjadi sinyal keluaran yang dapat menyalakan segmen-segmen pada display 7-segmen tipe common anode. IC ini memiliki empat masukan BCD (A0–A3) yang kemudian didekode di dalam IC menggunakan rangkaian gerbang logika sehingga menghasilkan tujuh keluaran (a–g) yang sesuai dengan angka desimal 0 sampai 9. Keluaran IC bersifat open-collector, artinya setiap segmen akan aktif LOW untuk menyalakan LED pada 7-segmen. Karena bersifat open-collector, IC ini mampu mengalirkan arus hingga 24 mA dalam kondisi LOW dan mampu menahan tegangan sampai 15V ketika segmen dalam kondisi OFF.
Selain fungsi utama sebagai dekoder, IC 74LS47 juga memiliki beberapa fitur tambahan seperti lamp test, blanking, dan ripple blanking, yang memungkinkan pengujian semua segmen sekaligus, mematikan tampilan secara keseluruhan, serta menghilangkan angka nol pada tampilan bertingkat (leading zero suppression). Ketika pin lamp test (LT) diberi sinyal LOW, semua segmen akan menyala tanpa memperhatikan nilai yang ada pada input BCD. Pin blanking input (BI/RBO) dapat digunakan untuk mematikan semua segmen dan juga berfungsi sebagai ripple blanking output sehingga dapat dikaskadekan dengan IC 74LS47 lain pada rangkaian display multi-digit.
Dalam penggunaannya, IC 74LS47 banyak diaplikasikan pada sistem penghitung, penunjuk angka digital, jam digital, maupun peralatan elektronika lain yang memerlukan tampilan angka. Dengan keluaran open-collector yang dirancang khusus untuk display common anode serta kemampuannya menghilangkan angka nol yang tidak diperlukan, IC ini menjadi komponen standar dalam rangkaian konversi BCD ke tampilan 7-segmen.
6. IC 74LS08
IC 74LS08 adalah sebuah rangkaian logika dalam keluarga TTL Low Power Schottky yang berisi empat gerbang AND dua-input (Quad 2-Input AND Gates). Setiap gerbang di dalam IC ini bekerja berdasarkan prinsip logika AND, yaitu menghasilkan keluaran HIGH hanya jika kedua masukan berada pada level HIGH. Jika salah satu atau kedua masukan berada pada kondisi LOW, maka keluaran gerbang akan LOW. Dengan fungsi tersebut, IC 74LS08 banyak digunakan dalam rangkaian digital untuk melakukan operasi logika dasar, pengendalian sinyal, penggabungan kondisi logis, dan implementasi sistem keputusan pada rangkaian digital.
Sebagai bagian dari keluarga LS (Low Power Schottky), IC 74LS08 bekerja pada tegangan suplai 4,75 hingga 5,25 volt dengan konsumsi arus yang rendah dan kecepatan switching yang cukup tinggi. Setiap gerbang di dalam IC memiliki kemampuan mengalirkan arus keluaran hingga 8 mA pada kondisi LOW dan −0,4 mA pada kondisi HIGH. Karakteristik ini memungkinkan IC digunakan pada rangkaian digital yang memerlukan kompatibilitas TTL. Selain itu, waktu propagasi yang cepat, yakni sekitar 10–18 ns tergantung kondisi beban, menjadikan IC ini dapat beroperasi pada frekuensi tinggi.
IC 74LS08 banyak diaplikasikan pada sistem logika kombinasi, rangkaian pengendali counter, pengatur clock, sistem alarm logika, serta berbagai perangkat digital lainnya yang membutuhkan fungsi logika AND. Dengan konfigurasi empat gerbang dalam satu IC, 74LS08 memberikan fleksibilitas tinggi dalam perancangan rangkaian logika digital secara praktis, efisien, dan ekonomis.
7. IC 74LS32
IC 74LS32 adalah rangkaian logika digital yang berisi empat gerbang OR dengan dua input pada setiap gerbang. Gerbang OR adalah salah satu gerbang dasar dalam logika digital yang akan menghasilkan output HIGH (1) apabila salah satu atau kedua inputnya bernilai HIGH (1). Output hanya akan menjadi LOW (0) jika kedua inputnya LOW (0).
IC ini bekerja pada keluarga TTL (Transistor-Transistor Logic) yang umumnya menggunakan tegangan catu 5 volt. Pada 74LS32, setiap gerbang bekerja secara independen sehingga satu IC dapat digunakan untuk beberapa rangkaian logika sekaligus.
Secara umum, fungsi logika IC 74LS32 mengikuti persamaan:
Y = A + B
di mana tanda “+” berarti operasi OR. Tabel kebenarannya menunjukkan bahwa:
-
Jika A = 0 dan B = 0, maka Y = 0
-
Jika A = 1 dan B = 0, maka Y = 1
-
Jika A = 0 dan B = 1, maka Y = 1
-
Jika A = 1 dan B = 1, maka Y = 1
IC ini memiliki 14 pin dengan konfigurasi standar TTL, dan dapat beroperasi pada rentang suhu 0°C hingga 70°C dengan tegangan suplai sekitar 4.75V–5.25V. Karena kecepatan switching-nya yang tinggi, 74LS32 banyak digunakan dalam rangkaian digital seperti sistem kontrol, pengolah data, dan rangkaian pemrosesan logika dasar.
8. LM358
LM358 adalah IC yang berisi dua buah penguat operasional (op-amp) dalam satu kemasan yang dapat bekerja menggunakan catu daya tunggal (single supply). Berbeda dengan banyak op-amp klasik yang membutuhkan suplai positif dan negatif, LM358 dapat bekerja hanya dengan satu sumber tegangan mulai dari 3 volt hingga 32 volt, sehingga sangat cocok digunakan pada rangkaian elektronik sederhana seperti sensor, sistem kontrol, dan perangkat portabel.
Keunggulan utama LM358 adalah kemampuannya menerima sinyal input yang mencapai level ground (0 V) tanpa menyebabkan saturasi, serta kemampuannya menghasilkan output yang juga dapat mendekati ground. Hal ini membuat LM358 fleksibel untuk rangkaian sensor berbasis tegangan rendah, seperti sensor arus, tegangan, atau rangkaian pemrosesan sinyal lainnya.
Selain itu, LM358 memiliki konsumsi daya yang rendah, input bias current yang kecil, dan telah dilengkapi perlindungan internal seperti short-circuit protection. Di dalam IC ini terdapat dua tahap penguatan yang sudah di-kompensasi secara internal, sehingga stabil digunakan tanpa membutuhkan kapasitor tambahan untuk kompensasi frekuensi.
Dengan karakteristik tersebut, LM358 banyak digunakan sebagai penguat non-inverting, inverting, buffer, comparator, filter aktif, dan rangkaian osilator. Sifatnya yang stabil, hemat daya, dan mudah diaplikasikan menjadikannya salah satu op-amp yang paling umum digunakan pada berbagai sistem elektronika modern.
9. Seven Segmen
Seven segment display YDS-21812AR-N adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menampilkan angka desimal dari 0 sampai 9 dengan menggunakan tujuh segmen LED yang dapat dinyalakan secara kombinasi. Tipe display ini memiliki tinggi digit 0.28 inci (7 mm) dan menggunakan LED berwarna merah berbahan AlInGaP sehingga menghasilkan cahaya dengan intensitas tinggi dan kontras yang baik.
Setiap segmen di dalam display bekerja seperti LED biasa, di mana segmen akan menyala ketika diberikan arus maju (forward current). Display ini juga memiliki satu titik desimal (DP) yang dapat digunakan untuk menampilkan angka berkoma. Komponen ini dirancang memiliki konsumsi daya rendah, sudut pandang lebar, serta tampilan yang jelas sehingga cocok untuk aplikasi penghitung digital, alat ukur, jam digital, dan berbagai perangkat elektronik lainnya.
Seven segment YDS-21812AR-N bekerja pada arus maju tipikal sekitar 10–20 mA per segmen, dengan tegangan maju sekitar 2.1–2.6 volt. Produk ini hanya boleh dioperasikan dengan polaritas maju karena tegangan balik yang terus-menerus dapat merusak LED. Selain itu, display ini memiliki ketahanan suhu yang cukup lebar, yaitu dari -35°C hingga +85°C, sehingga dapat digunakan di berbagai kondisi lingkungan.
Dengan sifatnya yang sederhana, kuat, dan mudah dikendalikan melalui rangkaian driver seperti 74LS47, seven segment ini menjadi pilihan umum dalam sistem digital yang membutuhkan tampilan angka yang terang dan mudah dibaca.
10. LED
LED putih super terang berukuran 5 mm merupakan komponen dioda pemancar cahaya yang menghasilkan cahaya ketika arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda. Cahaya muncul akibat proses rekombinasi elektron dan lubang di dalam material semikonduktor, di mana energi dilepaskan dalam bentuk foton. LED jenis ini dirancang untuk menghasilkan intensitas cahaya yang tinggi dengan efisiensi yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai indikator, penunjuk cahaya, maupun sumber penerangan kecil dalam rangkaian elektronik.
LED memiliki karakteristik utama berupa tegangan maju, arus maju, intensitas cahaya, serta sudut pancar cahaya. Pada LED super terang ini, batas arus kerja maksimum mencapai sekitar 150 mA dengan daya maksimum sekitar 400 mW. Nilai tegangan balik yang diizinkan relatif kecil, yaitu sekitar 5 V, sehingga pemasangan terbalik harus dihindari agar LED tidak rusak. LED ini juga menggunakan lensa bening dengan sudut pandang sekitar 60°, sehingga cahaya yang dihasilkan lebih terarah dan tampak lebih kuat dibandingkan LED dengan lensa difus.
Dalam penggunaannya, LED harus disertai resistor pembatas arus untuk mencegah arus berlebih yang dapat merusak struktur semikonduktor di dalamnya. Selain batas listrik, LED ini juga memiliki batas lingkungan seperti suhu operasi dan suhu penyimpanan yang perlu diperhatikan agar LED tetap bekerja stabil. Dengan bentuk fisik kecil, konsumsi daya rendah, dan cahaya yang intens, LED 5 mm super bright banyak diaplikasikan pada rangkaian indikator, panel tampilan, pencahayaan kecil, dan berbagai proyek elektronika yang membutuhkan sumber cahaya putih terang dalam ukuran kompak.
11. Potensiometer
Rotary potentiometer atau potensiometer putar adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi sebagai resistor variabel dengan mekanisme pengaturan melalui putaran poros (shaft). Komponen ini memiliki tiga terminal, di mana dua terminal terhubung ke ujung elemen resistif dan satu terminal lainnya terhubung ke wiper atau kontak geser. Ketika poros diputar, wiper bergerak sepanjang elemen resistif sehingga nilai resistansi antara wiper dan salah satu ujung elemen dapat berubah sesuai sudut putaran. Perubahan resistansi inilah yang digunakan untuk mengatur besaran sinyal listrik dalam berbagai rangkaian.
Prinsip kerja potensiometer didasarkan pada konsep pembagi tegangan. Ketika tegangan DC diberikan pada kedua ujung elemen resistif, wiper akan menghasilkan tegangan keluaran yang besarnya proporsional terhadap posisi geserannya. Jika hanya dua terminal yang digunakan, potensiometer berfungsi sebagai resistor variabel atau rheostat. Namun jika ketiganya digunakan, potensiometer berperan sebagai pembagi tegangan yang dapat menghasilkan nilai tegangan yang dapat diatur secara kontinu.
Rotary potentiometer banyak digunakan sebagai pengatur variabel dalam rangkaian elektronika, seperti pengatur volume audio, kontrol kecerahan lampu, penyesuaian level sinyal input, serta pengaturan parameter pada rangkaian analog. Terdapat beberapa jenis potensiometer putar, seperti tipe single-turn yang hanya memerlukan satu putaran penuh untuk perubahan nilai resistansi, serta tipe multi-turn yang memiliki akurasi lebih tinggi karena memerlukan beberapa putaran untuk mencapai nilai maksimum. Dengan struktur sederhana, kemampuan pengaturan yang fleksibel, dan fungsi yang penting dalam kontrol analog, rotary potentiometer menjadi salah satu komponen dasar yang banyak digunakan pada sistem elektronika.
Komentar
Posting Komentar