Aplikasi Rangkaian Aritmetik dan atau Memori : Payung Otomatis

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

     Payung otomatis merupakan salah satu inovasi teknologi sederhana namun fungsional yang dapat memberikan kenyamanan pengguna dalam menghadapi cuaca yang berubah-ubah secara tiba-tiba. Dengan mengintegrasikan IC aritmatik dan beberapa sensor pintar seperti sensor hujan, sensor cahaya (LDR), dan sensor suhu, sistem ini mampu merespons kondisi lingkungan secara otomatis. IC aritmatik berperan dalam mengolah data input dari sensor untuk mengambil keputusan logis, seperti membuka payung saat mendeteksi hujan atau menutupnya ketika cuaca kembali cerah. Dengan sistem kontrol berbasis logika dan pemrosesan data yang efisien, payung otomatis ini tidak hanya meningkatkan kenyamanan pengguna tetapi juga menunjukkan penerapan teknologi cerdas dalam kehidupan sehari-hari.

2. Tujuan[Kembali]

- Mengetahui prinsip kerja ic aritmatik

- Mengetahui aplikasi sederhana ic aritmatik pada aplikasi sederhana

- Mengetahui penggunaan ic aritmatik

3. Alat dan Bahan[Kembali]

   - 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%.

 

    - Op Amp

    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:

    - 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.

    - 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.

    - 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

    - 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 :

    - IC 74LS83

        IC 74LS83 adalah IC adder 4-bit yang digunakan untuk melakukan penjumlahan biner antara dua bilangan 4-bit. IC ini termasuk dalam keluarga TTL (Transistor-Transistor Logic) dan memiliki nama lengkap 74LS83 4-bit Binary Full Adder with Fast Carry.

        Spesifikasi: 

    - 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

    - 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%

    - NOT Gate

    NOT gate, atau disebut juga inverter, adalah gerbang logika yang hanya memiliki satu input dan satu output, dan berfungsi untuk membalikkan logika input-nya.

    - 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:

    - 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:

    - Touch Sensor

        Touch sensor adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi sentuhan fisik langsung dari manusia atau objek lain pada permukaannya. Sensor ini bekerja dengan mengubah sentuhan menjadi sinyal listrik yang kemudian diproses oleh sistem elektronik atau mikrokontroler.

        Spesifikasi : 

    - 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: 

    - Logic Probe

    Logic probe adalah alat elektronik sederhana yang digunakan untuk mengukur dan memantau logika sinyal digital (HIGH/LOW) pada rangkaian elektronik, terutama dalam sistem digital seperti rangkaian TTL dan CMOS.

    - IC 7482

        IC 7482 adalah 4-bit binary comparator dari keluarga TTL (Transistor-Transistor Logic) seri 74xx, yang digunakan untuk membandingkan dua bilangan biner 4-bit dan memberikan output berdasarkan hasil perbandingan tersebut.

    Spesifikasi :

• Fungsi utama

  Membandingkan dua bilangan biner 4-bit

• Tegangan Operasi (Vcc)

  4,75 V – 5,25 V (standar TTL)

• Jumlah bit yang dibandingkan

  4-bit (A1–A4 dan B1–B4)

• Input

  Dua grup input 4-bit (A1–A4 dan B1–B4), total 8 input

• Waktu Propagasi

  Sekitar 22 ns (typical), tergantung beban dan suhu

• Tegangan Output Tinggi (VOH)

  Min. 2,4 V (dengan beban 400 µA)

• Tegangan Output Rendah (VOL)

  Maks. 0,4 V (dengan beban 16 mA)

• Arus Input (IIL / IIH)

  IIL (Low) maks. -1.6 mA, IIH (High) maks. 40 µA

    - PIR Sensor

    Sensor PIR digunakan untuk mendeteksi keberadaan manusia, dan RFID digunakan untuk membatasi akses ke laboratorium. Sensor PIR adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah.

Pin Out:

Spesifikasi : 

• Deteksi sudut 120 derajat.
• Kisaran deteksi 7m.
• Ukuran: 32x24mm
• Output sinyal switch TTL output sinyal tinggi (3.3 V), output sinyal     rendah (0.4 V).
• Waktu pemicu dapat disesuaikan 0,3 detik hingga 10 menit.
• Umum digunakan dalam perangkat antipencurian dan peralatan lainnya.
• Modul telah dipaksa untuk mengatur bekerja memicu dapat digunakan kembali
• Tegangan kerja 4,5 untuk 20V

    - Infrared Sensor

    Infrared (IR) sensor adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mendeteksi sinar inframerah dalam lingkungannya. Sensor ini sering digunakan dalam berbagai aplikasi seperti deteksi objek, pengukuran jarak, dan komunikasi jarak pendek.

Spesifikasi : 

• Board Power Supply: 5 V 
• Range: 2cm to 30cm Angle: 35 degrees 
• Power LED: Illuminates when power is applied 
• Obstacle LED: Illuminates when obstacle is detected 
• Distance Adjust: Adjust detection distance. CCW decreases distance. CW increases distance. 

    - APDS 9002 Sensor

        APDS-9002 adalah sensor cahaya berbasis fotodioda yang digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya di lingkungan sekitarnya. Sensor ini bekerja seperti mata manusia dalam mendeteksi pencahayaan, sehingga cocok digunakan dalam aplikasi pendeteksi cahaya lingkungan (ambient light sensor).

    Spesifikasi :

• Tegangan Operasi (Vcc)

  2,4 V hingga 5,5 V

• Tegangan Output (Vo)

  Analog, proporsional terhadap intensitas cahaya

• Arus Operasi

  Sekitar 190 µA (typical)

• Respons Spektral

  450 nm – 650 nm (mirip respons mata manusia)

• Cahaya yang Dideteksi

  Visible light (cahaya tampak)

• Sudut Pandang (FOV)

  Sekitar 60°

• Waktu Respon

  Kurang dari 100 ms

• Tipe Output

  Analog (tegangan meningkat saat cahaya meningkat)

• Dimensi Fisik

  Paket 4-pin surface mount (SMD), kecil dan kompak

• Konsumsi Daya

  Sangat rendah (low-power), cocok untuk perangkat portable

4. Dasar Teori[Kembali]

    Payung otomatis merupakan suatu sistem yang dirancang untuk membuka dan menutup payung secara otomatis berdasarkan kondisi lingkungan, seperti adanya hujan atau tidak. Sistem ini memanfaatkan rangkaian elektronika digital yang terdiri atas sensor, rangkaian logika, rangkaian aritmetik atau memori, serta aktuator sebagai penggerak mekanisme payung. Tujuan utama sistem ini adalah meningkatkan kenyamanan pengguna tanpa perlu melakukan pengoperasian secara manual.

Pada sistem digital, informasi dari sensor diolah menjadi sinyal logika (0 dan 1). Sinyal tersebut kemudian diproses oleh rangkaian logika untuk menghasilkan keputusan yang akan mengendalikan motor atau aktuator pembuka dan penutup payung.

Rangkaian aritmetik merupakan rangkaian digital yang berfungsi melakukan operasi perhitungan terhadap data biner, seperti penjumlahan, pengurangan, penambahan carry, maupun operasi logika tertentu. Salah satu IC yang sering digunakan adalah IC 74LS83, yaitu 4-bit Full Adder.

Pada aplikasi payung otomatis, rangkaian aritmetik dapat dimanfaatkan untuk mengolah data dari beberapa sensor. Misalnya, hasil pembacaan sensor hujan, sensor angin, dan sensor cahaya dikonversi menjadi data digital, kemudian dijumlahkan atau dibandingkan untuk menentukan apakah kondisi lingkungan memenuhi syarat agar payung terbuka atau tetap tertutup. Dengan demikian, keputusan sistem tidak hanya bergantung pada satu sensor, tetapi merupakan hasil pengolahan beberapa parameter secara bersamaan.

Keuntungan penggunaan rangkaian aritmetik antara lain:

• Memproses beberapa data sensor secara bersamaan.
• Meningkatkan ketelitian dalam pengambilan keputusan.
• Memungkinkan penerapan logika keputusan yang lebih kompleks.

• Rangkaian memori berfungsi menyimpan data digital baik sementara maupun permanen. Dalam sistem digital, memori digunakan untuk mempertahankan informasi sehingga sistem tetap mengetahui kondisi terakhir meskipun sinyal masukan berubah sesaat.

  Salah satu IC memori yang sering digunakan adalah IC 6264 SRAM (Static Random Access Memory). Memori ini mampu menyimpan data selama masih memperoleh catu daya.

  Pada aplikasi payung otomatis, memori dapat digunakan untuk menyimpan:

  • Status terakhir payung (terbuka atau tertutup).
  • Data hasil pembacaan sensor sebelumnya.
  • Nilai ambang (threshold) yang digunakan sistem.
  • Informasi kondisi lingkungan yang diperlukan untuk proses pengambilan keputusan.

  Dengan adanya memori, sistem menjadi lebih stabil karena tidak langsung mengubah posisi payung akibat gangguan sesaat, seperti tetesan air yang hanya mengenai sensor beberapa detik.

Sensor merupakan perangkat yang berfungsi mendeteksi kondisi lingkungan dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Pada sistem payung otomatis umumnya digunakan sensor hujan untuk mendeteksi adanya air yang jatuh pada permukaannya.

Ketika sensor mendeteksi hujan, resistansi sensor berubah sehingga menghasilkan perubahan tegangan. Tegangan ini kemudian diproses oleh rangkaian pengkondisi sinyal sebelum diteruskan ke rangkaian digital untuk diolah menjadi keputusan membuka atau menutup payung.

Aktuator merupakan komponen keluaran yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanik. Pada sistem payung otomatis, aktuator biasanya berupa motor DC atau motor servo yang berfungsi membuka maupun menutup payung sesuai hasil pengolahan data dari rangkaian digital.

Motor akan aktif apabila rangkaian logika memberikan sinyal keluaran yang menunjukkan kondisi hujan. Sebaliknya, ketika hujan berhenti, motor akan bergerak ke arah berlawanan sehingga payung kembali menutup.

5. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

• Buka aplikasi Proteus
• Cari dan siapkan komponen yang dibutuhkan
• Rangkailah komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
• Jika sudah, simulasikan rangkaian.
• Amati rangkaian yang telah dibuat
• Jika terjadi error, ganti komponen yang salah atau nilai komponen yang salah tersebut.

B. Rangkain Simulasi dan Prinsip Kerja

Gambar rangkaian :

    Saat catu daya dihidupkan, seluruh rangkaian berada pada kondisi siaga. Sensor cahaya (LDR) yang dipasang di bagian atas payung mulai mendeteksi intensitas cahaya matahari. Tegangan keluaran dari LDR masih berupa sinyal analog sehingga terlebih dahulu diperkuat oleh Op-Amp Non-Inverting Amplifier. Penguatan ini bertujuan menghasilkan sinyal logika yang lebih stabil sebelum diproses oleh rangkaian digital. Apabila cahaya matahari cukup terang, keluaran op-amp menjadi logika HIGH, sedangkan ketika cahaya redup keluarannya menjadi logika LOW.

    Secara bersamaan, Infrared Sensor yang dipasang di bawah payung mendeteksi keberadaan seseorang. Ketika ada orang berada di bawah payung, sinar inframerah terhalang sehingga sensor mengeluarkan logika HIGH. Selain itu terdapat PIR Sensor yang berfungsi mendeteksi gerakan atau tangan pengguna yang mendekati area bawah payung. Jika terdapat gerakan, PIR Sensor juga menghasilkan logika HIGH sebagai tanda bahwa pengguna sedang mendekati sistem. Untuk pengoperasian manual disediakan Touch Sensor pada tiang payung. Ketika disentuh, sensor ini memberikan sinyal logika sebagai perintah untuk membuka atau menutup payung tanpa menunggu kondisi otomatis.

    Semua sinyal dari sensor tersebut kemudian diproses oleh rangkaian digital. Tahap pertama menggunakan Half Adder (IC 7482) yang menerima dua buah masukan logika, yaitu hasil keluaran Op-Amp dan sinyal dari sensor lainnya. Half Adder menghasilkan dua keluaran, yaitu Sum (S) dan Carry (C). Keluaran ini digunakan sebagai logika awal untuk menentukan kondisi sistem dan diteruskan ke rangkaian berikutnya.

    Selanjutnya, sinyal diproses oleh Full Adder (IC 7483). Full Adder menjumlahkan beberapa masukan logika sehingga menghasilkan keluaran penjumlahan yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian konveyor. Ketika kombinasi logika menunjukkan bahwa pengguna berada di bawah payung dan kondisi sistem memenuhi syarat, keluaran Full Adder menjadi HIGH. Sinyal ini masuk ke transistor Q1 yang disusun dengan konfigurasi Self Bias. Transistor kemudian bekerja sebagai sakelar elektronik yang mengaktifkan relay RL1. Relay menghubungkan sumber tegangan 12 V ke motor DC sehingga konveyor pembawa minuman menyala dan mengantarkan minuman kepada pengguna. Dioda yang dipasang paralel dengan relay berfungsi sebagai flyback diode untuk melindungi transistor dari tegangan induksi saat relay dimatikan.

    Selain Full Adder, sistem juga menggunakan Full Subtractor sebagai pembanding kondisi logika. Full Subtractor menerima tiga masukan, yaitu A, B, dan Borrow In (Bin), kemudian menghasilkan keluaran Difference (D) dan Borrow Out (Bo). Pada sistem ini, Full Subtractor dimanfaatkan sebagai logika pengambilan keputusan untuk mengendalikan mekanisme payung. Apabila hasil pengurangan menunjukkan kondisi yang sesuai (misalnya cahaya matahari terdeteksi dan terdapat pengguna di bawah payung), keluaran Full Subtractor akan menjadi HIGH sehingga mengaktifkan transistor Q3.

    Transistor Q3 menggunakan konfigurasi Fixed Bias sebagai driver relay RL3. Ketika basis transistor menerima logika HIGH dari Full Subtractor, transistor masuk ke kondisi saturasi sehingga relay aktif. Relay kemudian menghubungkan sumber tegangan 12 V ke motor DC pembuka payung sehingga payung terbuka secara otomatis. Sebaliknya, apabila keluaran Full Subtractor LOW atau pengguna menekan Touch Sensor sebagai perintah menutup payung, transistor menjadi cut-off, relay tidak aktif, dan motor berhenti atau berputar sesuai mekanisme penutupan payung.

C. Video Simulasi

6. Link Download[Kembali]

Fig Aplikasi Rangkaian Aritmetik atau Memori : Payung Otomatis  [Download]

Video Penjelasan [Download]

Datasheet IC 74LS382 [Download]

Datasheet LED [Download]

Datasheet Baterai [Download]

Datasheet Resistor [Download]

Datasheet Op Amp 741 [Download]

Datasheet Dioda 1N4007 [Download]

Datasheet Relay [Download]

Datasheet Motor DC [Download]

Datasheet Button [Download]

Datasheet Seven Segment [Download]

Datasheet XOR Gate [Download]

Datasheet AND Gate [Download]

Datasheet NOT Gate [Download]

Datasheet Kapasitor [Download]

Datasheet IC 74LS83 [Download]

Datasheet IC 74LS47 [Download]

Datasheet Infrared Sensor [Download]

Datasheet Ph Sensor [Download]

Datasheet Rain Sensor [Download]

Datasheet Pressure Sensor [Download]

Datasheet Water Level [Download]

Datasheet LDR Sensor [Download]