perancangan proximity sensor berbasis kapasitif untuk

PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF UNTUK
KONTROL PINTU OTOMATIS
Firman Matiinu Sigit – 2207100093
Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Surabaya – 60111
Abstrak - Pada proceeding ini akan dijelaskan mengenai
rancang bangun pembuatan proximity sensor berbasis
kapasitif yang akan diaplikasikan dalam kontrol pintu
otomatis. Disini
akan dijelaskan langkah-langkah
pembuatannya, mulai dari pembuatan sensor sampai
trandusernya. Seperti diketahui, Sensor demikian banyak
dipakai dalam berbagai instrumentasi, karena sensor
merupakan device utama yang berperan dalam merasakan
suatu input. Input tersebut dapat berupa energi listrik,
energi fisika, energi kimia, energi mekanik,dan lain-lain,
setiap perubahan energi dapat dideteksi oleh sensor yang
dapat diolah oleh tranduser menjadi energi listrik sehingga
dapat diolah lebih lanjut oleh ADC, frekuensi counter, dan
seterusnya. Sensor dapat diklasifikasikan menjadi sensor
berbasis kapasitif, resistif, cahaya, dan masih banyak lagi
tergantung pada penggunaanya. Karena banyaknya
penggunaan sensor, pada tugas akhir ini penulis mencoba
membuat dan melakukan penelitian tentang proximity sensor
berbasis kapasitif dengan menggunakan bahan konduktor.
Sensor dari bahan konduktor berbasis kapasitif ini yang
nantinya akan diteliti mulai dari bahan konduktor, bentuk
konduktor, dan pemberian dielektrik. Pengarakterisasian
bertujuan mendapatkan desain terbaik bahan konduktor
sebagai proximity sensor berbasis kapasitif yang sesuai
dengan penggunaanya, selain itu juga sebagai referensi ilmu
pengetahuan tentang sensor yang berbasis kapasitif. Pada
tugas akhir ini jika pengarakteristikan selesai maka
perubahan dari besarnya kapasitansi yang berpengaruh
pada berubahnya besaran listrik akan diolah lebih lanjut
yang diaplikasikan sebagai kontrol pintu otomatis.
Kata kunci : proximity sensor, plat konduktor, Astable
Multivibrator IC Timer 555.
1.
PENDAHULUAN
Sensor banyak sekali dipakai dalam peralatan instrumentasi,
hampir semua instrumentasi dilengkapi dengan sensor, hal ini
dikarenakan sensor adalah device yang sangat penting dalam
instrumentasi tersebut yaitu device yang dapat mendeteksi
terhadap perubahan yang terjadi yang sedang diukur/ diteliti.
Oleh karena itu dalam tugas akhir ini akan dibahas tentang
bagaimana cara pembuatan sensor, disini dibahas mengenai
bagaimana cara pembuatan proximity sensor berbasis kapasitif
dengan menggunakan bahan konduktor.
Pembuatan proximity sensor berbasis kapasitif menggunakan
bahan konduktor dalam tugas akhir ini akan diaplikasikan pada
pintu otomatis seperti terdapat pada pusat belanja atau pada
bangunan-bangunan mewah lainnya. Seperti diketahui sensor
yang ada pada pintu otomatis sekarang ini umumnya
menggunakan sensor inframerah, sensor gerakan, sensor panas
tubuh, dan sensor tekanan.
Sensor inframerah bekerja berdasarkan deteksi ada dan
tidaknya benda yang menghalangi jalanya sinar dari transmitter
ke receiver, jika terdapat benda pada daerah itu maka sinar akan
terganggu dan tidak sempurna sinar yang diterima oleh receiver.
Sensor panas tubuh atau PIR (passive infra red) dapat
dikategorikan dalam sensor yang mendeteksi pergerakan, sensor
ini bekerja sebagai receiver (passive) dari sinar inframerah yang
dipancarkan oleh setiap benda, pada umumnya benda tersebut
adalah manusia.
Sensor tekanan yang diaplikasikan pada pintu otomatis biasanya
diletakkan dibawah keset yang berada didepan pintu. Sensor ini
akan bereaksi terhadap tekanan berat objek yang berada
diatasnya [1].
Bila dicermati lebih jauh sensor yang ada sekarang ini
khususnya inframerah dan sensor berat hanya terbatas mampu
membedakan ada dan tidaknya benda, mereka tidak mampu
menjelaskan dengan spesifik karakteristik benda tersebut,
misalnya: bahan penyusun dari benda tersebut, karena sensor ini
berbasis kapasitif yang sensitif dengan nilai konstanta dielektrik
dari bahan benda yang dideteksi tersebut. Dari semua sensor
yang ada sensor PIR adalah yang paling bagus dilihat dari segi
banyaknya sesuatu yang dapat dideteksi, sensor PIR sudah dapat
mengenali benda bergerak atau diam, sensor PIR juga mampu
memperkirakan berapa suhu benda, sehingga engineer akan
mempunyai banyak pilihan dalam perancangan sistem kontroller
yang paling sesuai dengan yang dibutuhkan.
Bila sensor PIR berfokus pada suhu dan pergerakan maka
pada proximity sensor berbasis kapasitif ini berfokus pada zat/
bahan penyusun benda. Proximity sensor ini dibuat dari bahan
konduktor yang juga lebih awet dan kuat dari sensor-sensor lain
yang ada.
2. LANDASAN TEORI
2.1. Sensor dan Aktuator
Secara umum sistem kontrol dapat digambarkan dalam
diagram blok seperti gambar dibawah
sensor
Processing unit
aktuator
kontroller
rr
Gambar 1: Diagram blok sistem otomasi secara umum
Secara umum sensor mengubah besaran fisik yang satu
menjadi besaran fisik yang lain, dapat diambil kasus dalam
contoh berikut misalnya diinginkan mendeteksi berapa kali
perputaran roda, dan misalnya dipilih sensor menggunakan
multitune yang dikopel dengan roda, maka dapat dilihat setiap
perputaran roda maka berimbas pada perubahan tahanan pada
multitune. Perubahan besaran fisik (perubahan nilai tahanan)
tersebut tidak berarti apa-apa jika belum dikonversikan ke
besaran elektrik, sehingga dibutuhkan device yang dapat
mengonversikan perubahan besaran fisik tersebut, menjadi
besaran elektrik, besaran elektrik yang berubah dapat berupa
1
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
arus, tegangan, amplitudo, atau frekuensi. Device yang
bertanggung jawab terhadap ini biasa disebut sebagai tranduser.
Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam
muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan
listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari
satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron
dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan
elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan
muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.
2.3.1. Gaya Coulumb
Gambar gaya coulumb antar dua benda yang bermuatan
listrik seperti berikut
Gambar 2: Contoh rangkaian sederhana tranduser dengan
multitune sebagai sensor berbasis resistif
2.2. Sekilas tentang Gelombang Elektromagnetik
Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang
mendukung perkembangan konsep gelombang elektromagnetik
antara lain:
1. Hukum Coulumb mengemukakan: “muatan listrik statik dapat
menghasilkan medan listrik”.
2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan
listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan magnet”.
3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan
magnet dapat menghasilkan medan listrik”.
Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan
magnet yang tidak tetap besarannya atau berubah−ubah.
Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan
lagi medan listrik yang berubah−ubah. Proses terjadinya medan
listrik dan medan magnet berlangsung secara bersama−sama dan
menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan
medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelombang
elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari
perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan,
dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling
tegak lurus.
Gambar 4: Gaya coulumb antar dua benda yang
bermuatan listrik
Besarnya gaya coulumb (F) yang terjadi antar muatan yang
berjarak (r) dapat dirumuskan dalam persamaan berikut
𝐹=𝑘
𝑞1 𝑞2
(1)
𝑟2
k adalah konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 109 N
m2 C–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C).
konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk
(2)
dengan ε0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x
10–12 C2 N–1 m–2 .
2.3.2. Medan Listrik
Medan listrik merupakan daerah atau ruang disekitar benda
yang bermuatan listrik dimana jika sebuah benda bermuatan
lainnya diletakkan pada daerah itu masih mengalami gaya
elektrostatis.
Gambar 5: Titik B berada pada daerah medan listrik
yang disebabkan oleh benda bermuatan A
Adapun medan listrik atau biasa disebut kuat medan listrik
𝑞
dituliskan dalam persamaan E=F q’ atau 𝐸 = 𝑘 2 , dengan E
𝑟
dalam satuan (N/C)
Gambar 3: Penjalaran gelombang elektromagnetik sebagai
gelombang transversal
2.3. Listrik Statis
Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang
berada dalam keadaan diam (statis).
Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling
tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua
buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan
saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik
menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan
listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai
gaya coulomb.
2.3.2.1. Medan listrik pada Muatan Kontinyu
Salah satu teknik untuk menghitung medan magnet dari
muatan kontinu adalah menggunakan hukum Gauss.
Gambar 5: Medan listrik sejauh r dari sumber muatan listrik Q
dengan volume V
2
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
Gauss menyatakan bahwa : “Jumlah Garis Gaya yang
keluar dari suatu permukaan tertutup (atau fluks Φ) sebanding
dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan
tertutup itu” atau “Sumber dari sebuah medan magnet adalah
muatan listrik”, jika diungkapkan dalam sebuah persamaan
matematis:
(3)
Qdlm adalah besarnya muatan yang dilingkupi oleh permukaan
Gauss.
2.3.2.2. Hukum Gauss Pada Bidang Datar
Misalnya terdapat plat bermuatan positif persatuan luas ρ,
Untuk menghitung medan listrik dengan hukum Gauss, harus
dipilih sebuah volume yang melingkupi plat bermuatan. Pada
dasarnya bebas dipilih bentuk volume ruang ini, pada umumnya
yang sering dipakai adalah yang berbentuk silinder, bola atau
kubus. Pemilihan ini sangat bergantung pada kemudahan
perhitunganya nanti. Misalnya diambil permukaan sebuah
silinder berjari jari r.
keping kedua. Dalam celah antara kedua keping akan timbul
medan listrik.
Gambar 5: Kapasitor keping sejajar jika diberi muatan
listrik
Persamaan beda potensial disekitar muatan listrik
memberikan
(7)
Dari persamaan kapasitansi memberikan
𝐶=
𝑞
(8)
𝑉
Jika persamaan 7 disubstitusikan ke persamaan 8 maka
akan memberikan
Dengan C= kapasitas kapasitor (F)
ε₀ = Permitivitas vakum (8,85 ·10-12 C2N-1 m2)
A = luas penampang masing-masing keping (m2)
d = jarak antar keping (m) [3]
Gambar 5: Fluks listrik yang menembus permukaan bidang
datar dapat didekati dengan permukaan Gauss berbentuk silinder
[2]
Pada gambar diatas silinder dapat dibagi menjadi tiga
permukaan, yaitu: A1, A2, A3, fluks yang menembus ketiga
permukaan ini adalah:
Pada A1 = E·A1·cos 00 = E A1;
Pada A2 = E·A2·cos 900 = 0;
Pada A3 = E·A3·cos 00 = E A3;
Dengan demikian:
2.5. Dielektrik
Dielektrik adalah bahan isolator yang disisipkan dalam
ruang antar keping-keping sebuah kapasitor. Contoh bahan
dielektrik adalah kertas, karet, kaca, dan udara. Bahan dielektrik
pada suatu kapasitor menghambat aliran medan listrik antar plat
nya.
(4)
Karena A1 dan A3 merupakan luas plat katakanlah A, sehingga
medan pada plat bermuatan :
(5)
Karena Q/A = σ, maka untuk plat bermuatan didapatkan medan
listrik:
(6)
2.4. Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari
dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik.
jika keping kapasitor dihubungkan dengan baterai. Baterai akan
memberikan muatan +q pada keping pertama dan –q pada
Gambar 5: Susunan kapasitor dengan dielektrik
Arah E searah dengan arah E0, ini hanya dimungkinkan
bila Eind sebanding dengan E0, karenanya
𝐸=
𝐸0
𝐾
(9)
K adalah konstanta dielektrik, merupakan karakteristik
bahan dielektrik K >1 (karena E <E0). E0 adalah medan listrik
sebelum disisipi bahan dielektrik, E adalah medan listrik setelah
disisipi bahan dielektrik.
Karena medan listrik berkurang, maka beda potensial antar
kedua keping kapasitor juga berkurang (saat muatan tetap).
𝑉=
𝑉0
𝐾
(10)
Sehingga kapasitansi kapasitor dengan dielektrik adalah
3
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
C=
Q0
𝑉
=
𝐾 𝑄0
𝑉0
Berikut ini tabel konduktivitas listrik dari beberapa bahan
= KC0, artinya C > C0. [12]
Table 2: Nilai konduktivitas beberapa bahan[7].
Konstanta dielektrik dapat dikaitkan dengan permitivitas
bahan 𝜀 = K 𝜀0. Menghasilkan persamamaan untuk kapasitor
plat sejajar
(11)
Dengan 𝜀 = 𝜀 ₀· 𝜀 r , setelah penyisipan dielektrik besarnya
permitivitas bahan adalah hasil perkalian antara permitivitas
dielektrik dengan permitivitas vakum. Permitivitas relatif
dielektrik tergantung dari jenis bahan. Berikut merupakan tabel
permitivitas dari beberapa bahan
Table 1: Permitivitas dari beberapa bahan[4]
Bahan
Permitivitas
Udara
1,00059
Kertas
3,7
Air
80
Nilon
3,4
Teflon
2,1
Bakelit
4,9
Kaca pyrex
5,6
Polystyrene
2,56
Kuarsa lebur
3,78
Karet neoprene
6,7
2.6. Konduktor
Konduktor adalah bahan yang dapat dengan mudah
menghantarkan arus listrik sehingga konduktor sering disebut
juga penghantar listrik yang baik. Pada konduktor yang baik,
jumlah elektron-elektron bebas, yaitu elektron-elektron yang
mempunyai energi cukup besar (terletak pada lintasan yang
paling luar) adalah banyak dan bebas bergerak, misalkan pada
bahan tembaga, setiap atom tembaga menyumbangkan 1
elektron bebas.
Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat
menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas.
Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.
Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang
kecil. Konduktor adalah bahan yang sangat baik kemampuannya
dalam menghantarkan listrik, hampir seluruh logam logam
adalah konduktor. Contoh konduktor diantaranya adalah perak,
tembaga, alumunium, seng, besi berturut-turut memiliki tahanan
jenis semakin membesar. Jadi sebagai penghantar emas adalah
sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara
ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan[5].
2.7. Konduktivitas
Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu
bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda
potensial listrik ditempatkan pada suatu ujung-ujung konduktor,
muatan-muata bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus
listrik. Konduktivitas listrik σ didefinisikan sebagai rasio dari
rapat arus Ј terhadap kuat medan listrik E, sehingga dapat
ditulis Ј = σ· E. Lawan dari konduktivitas listrik adalah
1
resistivitas listrik ρ atau bias disebut resistivitas saja, yaitu ρ=
𝝈
[6].
Berikut merupakan tabel resistivitas listrik/ tahanan jenis
dari beberapa bahan
Table 3: Nilai hambatan jenis beberapa bahan[7]
3.
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Berikut merupakan skema dari pembahasan perancangan
sistem
Gambar 6: Skema pembahasan sistem
3.1. Perancangan Sensor dan Tranduser
3.1.1. Perancangan Proximity Sensor
Langkah-langkahnya:
1. Memilih bahan konduktor dengan nilai konduktivitas
listrik paling tinggi.
2. Memilih bentuk bahan konduktor, agar jika dialiri
listrik menghasilkan medan listrik (dari kutub positif
ke negatif) yang dapat mengenai bahan dielektrik
secara maksimal.
3. Menyusun berbagai kemungkinan posisi konduktor
agar mendapatkan perubahan nilai kapasitansi sebesar
mungkin.
4
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
3.1.1.1. Uji nilai dan perubahan kapasitansi dari berbagai
kemungkinan posisi
 Kemungkinan posisi 1 seperti gambar dibawah
3.1.2. Perancangan Traduser
Dalam proses perancangan tranduser posisi terbaik yang
dipilih adalah yang memberikan perubahan nilai kapasitansi
terbesar yaitu pada posisi 3, sehingga dalam pencarian tranduser
yang paling bagus, posisi 3 sebagai acuannya.
Tranduser yang dipilih adalah yang mampu mengubah
besaran fisik (nilai kapasitansi) menjadi besaran elektrik
(frekuensi) yaitu mengunakan IC timer 555 yang bekerja sebagai
astable multivibrator. Dimana diketahui bahwa IC Timer 555
yang bekerja sebagai astable multivibrator mampu
membangkitkan gelombang kotak dengan frekuensi yang
dirumuskan sebagai berikut
Gambar 7: Kemungkinan posisi 1 plat konduktor

Kemungkinan posisi 2 seperti gambar dibawah
(12)
Dengan duty cycle
(13)
Dari persamaan 12 diketahui jika nilai C1 berubah maka
frekuensi juga berubah.
Skematik rangkaiannya seperti gambar dibawah
Gambar 8: Kemungkinan posisi 2 plat konduktor

Kemungkinan posisi 3 seperti gambar dibawah
Gambar 10: Skematik rangkaian astable multivibrator berbasis
IC Timer 555
Bagian yang ditandai dengan huruf X dan Y adalah yang
menyambung pada plat konduktor, pin X adalah pin ground.
3.2. Perancangan Hardware
3.2.1. Perancangan minimum sistem
Berikut merupakan skematik rangkaian minimum sistem
berbasis ATMEGA 16
Gambar 9: Kemungkinan posisi 3 plat konduktor
Nilai kapasitansi ketika ada dielektrik (seseorang) dengan
tidak ada orang dapat dirangkum dalam tabel dibawah, untuk
posisi 3 dielektrik berupa seseorang diletakkan pada posisi 2A.
Table 4: Nilai kapasitansi dan perubahannya
Kemungkinan
Tidak ada
Ada
Perubahan
posisi
dielektrik
dielektrik
kapasitansi (pF)
(pF)
(pF)
1
±48
± 50
± 2 pF
2
± 54.8 pF
± 57.6 pF
± 2.8 pF
3
± 119 pF
± 168 pF
± 49 pF
5
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
Start
Input
gelombang
kotak Vmin=0
Volt,Vmax=5
Volt
Baca fekuensi selama 1
detik
Gambar 11: Skematik rangkaian minimum sistem
3.2.2. Driver Motor DC
Besarnya frekuensi
<=TCNT1
tidak
ya
IC demux
Tampilkan LCD
nilai frekuensi (Hz)
End
Output ke
motor DC
Gambar 12: Rangkaian driver motor DC
3.2.3. Pintu Otomatis
4. PENGUJIAN ALAT
4.1 Uji Sistem Sensor
4.1.1. Uji Proximity Sensor, didekati dengan seseorang yang
mempunyai bobot tubuh berbeda dari berbagai
kemungkinan daerah pendekatan
Gambar cara mendekati sensor
Konsep prototipe pintu otomatis seperti dalam gambar
dibawah
Gambar 13: Bagan prototipe pintu otomatis
3.3. Perancangan software
Perancangan software berupa program frekuensi counter
yang didownload ke ATMEGA 16.
Berikut merupakan flowchart dari program frekuensi
counter
Gambar 15: Cara pengujian proximity sensor didekati
dengan seseorang yang mempunyai bobot tubuh berbeda
Daerah pendekatan dapat dibagi seperti gambar dibawah
6
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
Supardi
72
2B
1B
Ratarata
3A
2A
1A
Ratarata
209
210
209,33
±27,421
±27,430
±27,400
250
251
251
250,660
± 25,530
± 25,410
±25,200
±25,380
Dapat diketahui bahwa yang mempengaruhi perubahan
frekuensi adalah jarak antara objek dengan sensor, pengaruh
bobot tubuh dan pendekatan dari berbagai daerah dapat
diabaikan.
Gambar 16: Pembagian daerah pendekatan
Hasil pengujian dalam tahap ini seperti dalam tabel
dibawah
Table 4: Nilai kapasitansi dan frekuensi proximity sensor
didekati berdasarkan bobot tubuh dari berbagai daerah
pendekatan
Nama
Bobot
Posisi
Kapasita Frekuensi
tubuh
nsi (pF)
(kHz)
(kg)
3C
203
± 28,760
2C
204
± 28,700
1C
203
± 28,720
Rata203.3
±28,726
rata
3B
209
± 27,760
2B
210
± 27,700
1B
209
± 27,610
Rata209,33
±27,69
rata
Firman MS
48
3A
248
± 25,660
2A
250
± 25,530
1A
247
± 25,541
Rata248,33
±25,577
rata
3C
204
± 28,810
2C
204
± 28,800
1C
204
±28,510
Rata204
±28,706
rata
3B
209
±27,450
2B
210
±27,321
Asrul Yanuar
58
1B
207
±27,330
Rata208,66
± 27,367
rata
3A
250
± 25,540
2A
251
± 25,420
1A
251
± 25,100
Rata250,660 ± 25,35
rata
3C
204
± 28,710
2C
204
± 28,810
1C
204
±28,720
Rata204
±28,746
rata
3B
209
±27,350
4.1.2. Uji Proximity Sensor, didekati dengan luasan yang
berbeda tetapi mempunyai dielektrik dan jarak ke
proximity sensor yang sama
Gambar cara pengujiannya adalah sebagai berikut
Gambar 17: Gambar cara pengujian pada bagian ini

Uji pendekatan pertama dilakukan oleh satu telapak tangan
yang mendekati proximity sensor dengan jarak sekitar 2
cm dari proximity sensor dan besarnya frekuensi yang
dihasilkan adalah sekitar 27,210 kHz.
 Pada pendekatan yang kedua dilakukan dengan dua
telapak tangan pada jarak yang sama, didapatkan frekuensi
sekitar 26,540 kHz.
Pada pengujian bagian ini dapat disimpulkan bahwa output
frekuensi tranduser dipengaruhi oleh luas bidang objek yang
berada dalam medan listrik dari proximity sensor.
4.1.3. Uji proximity sensor, didekati dengan objek yang
memiliki dielektrik yang berbeda tetapi dengan jarak
ke proximity sensor dan luas penampang yang sama.
Pengujian pada tahap ini sama seperti pengujian pada 3.1.2.
yang berbeda hanya pada sample ujinya. Dimana sample ujinya
mempunyai dielektrik yang berbeda disini diambil kedua telapak
tangan sample (penulis sendiri) dan kayu triplek. Luas
permukaan sample yang mendekati proximity sensor dibuat
sama yaitu luas permukaan kedua telapak tangan dengan luas
permukaan triplek. Berikut gambar triplek yang dipakai
7
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
Gambar 18: kayu triplek yang dijadikan sample uji
Didapat data sebagai berikut
Table 5: Nilai output frekuensi proximity sensor didekati
dengan beberapa benda dengan nilai dielektrik yang berbeda
Nama
benda
Udara
Jarak ke
proximity
sensor (cm)
-
Nilai
konstanta
dielektrik
1,00059
Output
frekuensi
sensor (kHz)
± 28,520
Dua telapak 2 cm
80
± 26,540
tangan
penulis
Kayu
2 cm
3,7
±26,722
triplek
Dari table diatas dapat diketahui bahwa semakin besar
nilai konstanta dielektrik suatu bahan maka nilai kapasitansi
juga semakin besar yang berakibat pada menurunnya besarnya
frekuensi output dari tranduser.
Sehingga dapat disimpulkan frekuensi output proximity sensor
dipengaruhi oleh konstanta dielektrik bahan.
Uji proximity sensor, dengan plat konduktor
disambungkan dengan bahan konduktor yang lain.
Pada proses pengujian ini dilakukan dengan cara plat
konduktor disambung dengan kabel (gambar 19), sebelum
disambung kabel nilai output frekuensi sama seperti frekuensi
yang terdahulu, yaitu sekitar 28,500 kHz. Setelah plat konduktor
disambung dengan kabel nilai frekuensi menjadi turun yaitu
sekitar 27,500 kHz.
Jika sistem pintu otomatis pada perancangan ini
menggunakan perubahan nilai kapasitansi hanya sebagai trigger,
maka dapat dijelaskan, ketika proximity sensor didekati oleh
objek (seseorang) yang berimbas pada naiknya nilai kapasitansi,
yang diikuti menurunnya frekuensi output sensor, maka ketika
frekuensi output sensor dibawah threshold (ditentukan pada
program), kontrol pintu otomatis aktif dan menggerakkan motor
DC untuk membuka pintu. Pintu tersebut akan tetap membuka
sampai frekuensi output tranduser berada diatas threshold. Dari
penjelasan ini dapat ditarik kesimpulan ketika objek mendekati
pintu maka diharapkan perubahan nilai kapasitansi harus
semakin besar, boleh menurun asalkan objek sudah melewati
pintu (masuk keruangan yang ingin dituju).
Pada uji proximity sensor, dimana gambar posisi plat
konduktor seperti terlihat dalam gambar 4.4. maka setiap ada
objek yang mendekati sensor, nilai kapasitansi akan terus
bertambah, semakin dekat objek dengan proximity sensor nilai
kapasitansi semakin besar. Jadi posisi proximity sensor (seperti
gambar 15) yaitu proximity sensor dimana plat konduktor
menghadap kepada sample uji adalah sudah benar.
Agar ketika ada seseorang yang ingin masuk pintu dari
berbagai arah (tengah, samping kiri, samping kanan) dapat selalu
terdeteksi. Maka timbul ide untuk menggabungkan dua plat
konduktor dengan kabel.
Ada dua kemungkinan posisi yaitu:
 Sejajar dengan pintu
4.1.4.
Gambar 19: Uji penyambungan proximity sensor dengan
bahan konduktor lain
Pada pengujian ini dapat diambil kesimpulan bahwa
frekuensi output sistem sensor akan berkurang jika ditambahi
dengan bahan konduktor yang lain
4.2. Penentuan tata letak bahan konduktor (plat konduktor)
yang paling bagus sebagai proximity sensor untuk kontrol
pintu otomatis.

Gambar 20: kemungkinan posisi 1 untuk kontrol pintu
otomatis
Membentuk sudut dengan pintu
Gambar 21: kemungkinan posisi 2 untuk kontrol pintu
otomatis
4.2.1. Uji posisi 1
Memberikan data seperti dibawah
8
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS
Table 6: Uji output frekuensi untuk posisi 1
Sample Uji
Penulis
Jarak ke proximity
sensor (cm)
± 50
± 20
±7
Paling dekat (max)
3.
Nilai frekuensi
(kHz)
± 28,625
± 28,400
±27,420
±26,500
4.2.2. Uji posisi 2
Memberikan data seperti gambar dibawah
DAFTAR PUSTAKA
[1].
..., “Analisis Sistem Sensor Infra Merah Pada Oil Mist
Detector (OMD) di PLTD Lueng Bata Banda Aceh”,
<URL:http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1
4240/1/10E01032.pdf>, 27 Oktober 2009.
[2].
Yasmanrianto “Listrik statis fisika dasar 2”.
<URL:http//yasmanrianto.staff.gunadarma.ac.id/listrik
statis_fisika dasar 2/...> .
[3].
………”Kapasitordielektrik”.<URL:mohtar.staff.uns.ac.id/files/2008/08/ka
pasitor-dielektrik.ppt >. 08/2008.
Table 7: Uji output frekuensi untuk posisi 2
Sample uji
Jarak ke proximity
Nilai frekuensi
sensor (cm)
(kHz)
± 70
±28,625
Penulis
±40
±27,600
±30
±27,400
Paling dekat (max) ±25,4 kHz
Yang paling bagus adalah posisi 2 karena frekuensi sudah
berubah secara signifikan (dari 28,625 kHz ke 27,600 kHz)
ketika jarak sample ke proximity sensor 40 cm sedangkan untuk
posisi 1 perubahan signifikan terjadi ketika jarak sample dengan
plat 7 cm.
5.
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapatkan penulis dari hasil
perencanaan, pembuatan serta pengujian alat pada Tugas Akhir
ini adalah sebagai berikut :
Dari perancangan, realisasi, dan pengujian, sistem. Dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.
Perancangan proximity sensor dimana frekuensi sebagai
output dari sensor, dapat menggunakan IC timer 555
yang bekerja sebagai astable multivibrator untuk
trandusernya.
2. Pada proses pengujian pada bab 3dapat disimpulkan
bahwa output frekuensi sensor proximity pada
perancangan ini bergantung pada:
A. Jarak antara objek dengan proximity sensor (plat
konduktor)
B. Luasan objek sample yang terkena medan listrik
dari proximity sensor.
C. Dielektrik bahan sample.
D. Proximity sensor yang didekati bahan konduktor
atau disambung dengan bahan konduktor yang
lain.
3. Pemodelan plat konduktor sebagai proximity sensor
untuk kontrol pintu otomatis paling bagus adalah seperti
pada gambar 21.
5.2. Saran
Saran – saran yang dapat diberikan untuk pengembangan
alat ini sebagai berikut:
1. Dapat dicoba merancang proximity sensor menggunakan
bahan konduktor yang lain yang mempunyai nilai
konduktivitas yang lebih tinggi dari tembaga misalnya
menggunakan perak.
2. Dapat dicoba merancang proximity sensor dengan
menggunakan plat seperti dalam perancangan ini yaitu
tembaga, tetapi yang lebih tebal, karena ketebalan plat
tembaga pada perancangan ini sangat tipis.
Membuat frekuensi counter yang mampu menghitung
frekuensi lebih dari 31 kHz, karena semakin tinggi
frekuensi keluaran dari sensor akan menambah
sensitivitas dari sensor.
[4]. …….”Konstantadielektrik”<URL:qsut.wordpress.com/20
09/06/19/konstanta-dielektrik/>. 19/06/2009.
[5]. ……..,”Ilmu bahan LIstrik dasar”,<URL:http://dunialistrik.blogspot.com/2009/03/ilmu-bahan-listrikdasar.html>, 2009.
[6]. ……,”konduktivitaslistrik”,<URL:http://id.wikipedia.org/
wiki/Konduktivitas_listrik>, 2007.
[7]. ……”ElectricalResistivity”<URL:http://aplusphysics.com/
wordpress/regents/tag/resistivity/>.
BIODATA PENULIS
Penulis dilahirkan di Jombang pada
tanggal 18 September 1989. Sebagai
anak pertama dari dua bersaudara,
penulis mengawali kegiatan pendidikan
formal di SDN Kuwik 2 Kunjang
Kediri, yang kemudian dilanjutkan di
SLTPN 2 Kunjang, SMAN 2 Pare
Kediri dan pada tahun 2007 penulis
diterima sebagai mahasiswa di jurusan
Teknik Elektro ITS dan mengambil
konsentrasi bidang keahlian elektronika. Saat kuliah, penulis
aktif sebagai asisten praktikum di bidang studi elektronika pada
Laboratorium Elektronika Dasar dan Laboratorium Elektronika
Industri. Hari –hari penulis sekarang kebanyakan dihabiskan
untuk mengerjakan Tugas Akhir di Laboratorium Elektronika
Industri.
e-mail : [email protected]
9
Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS