BAB III DESAIN DAN PERANCANGAN

BAB III
DESAIN DAN PERANCANGAN
3.1 Perancangan Rangkaian Elektronik
3.1.1 Diagram Blok
Gambar 3.1 Diagram Blok Alat Pengering Tangan
Dari Gambar 3.1 di atas rancangan bangun alat pengering tangan dengan
menggunakan sensor cahaya sebagai trigger Transistor untuk kontrol relay yang
terdiri atas tiga bagian yaitu piranti input, proses, dan piranti output. Pada piranti
masukan terdapat sensor yang merupakan sumber perintah bagi saklar transistor.
Adapun jenis sensor yang digunakan berbasis optik yang terdiri dari LDR (Light
Dependent Resistor) dan LED (Lighting Emitor Diode) sedangkan pada piranti
keluaran yaitu terdapat Motor AC untuk mengeringkan tangan atau objek yang
basah.
Pembahasan pada Laporan Akhir ini dibatasi pada pemanfaatan Transistor
sebagai kontrol relay dan sensor Optik sebagai input. Maka penulis akan
membahas secara khusus mengenai blok diagram dari masing-masing rangkaian
yang terkait didalamnya.
32
3.1.2 Diagram Alir
Cara kerja secara umum dari alat pengering tangan ini dapat dilihat
melalui diagram alir seperti dibawah ini :
Gambar 3.2 Diagram Alir alat pengering tangan
3.1.3 Gambar Lengkap Rangkaian
Pada Bab ini penulis membahas rangkaian keseluruhan dari alat Hand
dryer otomatis dengan menggunakan fingerprint yang terdiri dari Rangkaian
Power supply,
Sensor Optik(LDR dan LED), Kontrol Relay dan Motor AC
seperti Gambar 3.3 dibawah ini:
33
Gambar 3.3 Rangkaian Keseluruhan alat pengering tangan
3.1.4 Cara kerja keseluruhan Rangkaian :
Power supply akan mensupply kesemua rangkaian sebesar 12V dan 24V.
Yang pertama penulis akan menjelaskan cara kerja sensor.
Pada kondisi normal saat LDR terkena cahaya, Transistor berposisi
ON/Switching dan membuat Relay aktif karena Tegangan yang melewati LDR
sampai pada kaki Basis Transistor. Saat sensor dipotong dengan menggunakan
tangan terjadilah pemotongan cahaya yang membuat Transistor berposisi cut-off.
Karena LED yang menyinari LDR terputus, membuat LDR yang bertahanan 0 Ώ
menjadi 4MΏ sehingga arus tidak sampai pada kaki Basis Transistor.
Yang kedua cara kerja dari saklar Transistor. Adapun kontak yang
dijadikan input untuk masuk ke saklar Transistor adalah kontak NC(Normally
Common) Relay sehingga saat keadaan working atau berlogika 1, relay sudah
bekerja dan membuat kontak NC(Normally Common) tersebut menjadi kontak
NO(Normally open). Pada saat terjadi pemotongan cahaya, NO(Normally open)
akan kembali menjadi NC(Normally Common) setelah terjadinya pemotongan
cahaya atau pemotongan sesaat. Dan ketika terjadi pemotongan cahaya dan
34
Transistor berposisi cut-off maka Beban akan aktif selama waktu yang telah
ditentukan oleh Timer.
3.2 Perancangan Perangkat keras (Hardware)
Pada perancangan alat pengering tangan atau Hand dryer berbasis sensor
optik ada 4 rancangan fisik yang harus penulis buat, yaitu
-
Sensor Optik (LED dan LDR)
-
Control Relay
-
Beban atau Motor AC
-
Power supply
3.2.1 Perancangan Sensor Optik (LED dan LDR)
Pada perancangan Hardware sensor optik ini penulis memanfaatkan
pemotongan dari cahaya yang dilakukan lampu LED (Light Emitting Diode)
terhadap LDR(Light Dependent Resistor).
Gambar skema Rangkaiannya:
Gambar 3.4 Skema Rangkaian Sensor
Dalam cara kerja sensor penulis membagi pada 2 (dua) kondisi.
Sebelum masuk kedalam kondisi, yang harus dipahami ialah dasar dari Hukum
Ohm.
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir
melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang
35
diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum
Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas
beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu
berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan
dengan alasan sejarah.
Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan :
V=IxR
Dimana :
I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dengan satuan Ampere
(A)
V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dengan
satuan Volt
R adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat dalam suatu penghantar
dengan satuan ohm.
Hukum ini dicetus oleh George simon ohm seorang fisikawan asal jerman pada
tahun 1825 dan dipublikasikan dalam sebuah paper berjudul The Galvanic Circuit
Invertigated Mathematically pada tahun 1827.
Kondisi pertama :
Ketika power supply memberikan tegangan 24V
kepada sensor, penulis
mengasumsikan nilai LDR sebesar 10 Ohm.
Rumus :
V=I. R
I= V/R, maka
I= 24/10 = 2,4 Ampere
Pada kondisi ini Transistor akan bekerja karena ada arus yang mentrigger kaki
basis dengan aktifnya Transistor kontak Collector dan Emitor akan terhubung dan
mengaktifkan Relay yang terhubung pada sensor.
Visualisasi dengan Gambar :
36
Gambar 3.5 Sensor Transistor Aktif (open) berlogika 1
Penjelasan Gambar :
Pada Gambar diatas Transistor akan berlogika 1 dan membuat aktif Relay namun
yang dijadikan output sensor adalah kontak NO(Normally Open) sehingga
membuat output berlogika 0.
Kondisi kedua :
Ketika power supply memberikan tegangan 24V kepada sensor. Dan sensor
terhalangi oleh jari tangan atau sentuhan benda asing, inputan Transistor menjadi
cut off atau diam.
Penulis melakukan pengukuran pada nilai resistansi yang terjadi sebesar 4MΏ.
Rumus :
V= Ix R
I=V/R, maka
I=24/4.000.000=0,000006 A
Hasil mendekati 0 atau dengan kata lain berlogika 0.
Visualisasi dengan Gambar :
37
Gambar 3.6 Sensor Transistor cut off (close) berlogika 0
Penjelasan Gambar :
Pada Gambar diatas ketika jari menutupi cahaya dari LED, LDR akan bernilai
pada posisi tahanan maksimal sebesar 4 MΏ. Sehingga membuat arus menjadi 0
dan transistor akan berposisi cut off. Ketika Transistor berposisi cut off atau
berlogika 0 maka kaki emitor dan collector seakan-akan terputus dan mengoffkan
Relay. Dengan off nya Relay kontak NO (Normally Open) yang dijadikan output
sensor akan berlogika 1.
3.2.2 Perancangan Hardware Saklar Transistor dan Beban
Pada perancangan Contorl penulis memanfaatkan Coil Relay dan Timer
sebagai alat perangkat keras yang dapat mengatur sampai ke beban. Dan beban
yang dipakai, penulis memanfaatkan hair dryer sebagai alat pengering tangan
yang basah terkena air.
38
Berikut ini Gambar Skema Rangkaiannya:
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Saklar Transistor dan Beban
Cara kerja dari Rangkaian tersebut:
Pada kondisi normal sensor akan berlogika 1 untuk Transistornya, apabila sensor
menerima masukan atau pemotongan cahaya yang berasal jari tangan di dekatkan
antara LDR dan Lampu LED maka sensor akan berlogika 0. Setelah sensor
berlogika 0, maka input tersebut akan disampaikan kepada koil relay, kemudian
koil relay tersebut akan memproses dan mengaktifkan Timer DC yang semula
berlogika 0, setelah Koil Relay berjalan dan berlogika 1 maka akan mengaktifkan
transistor yang merupakan switch untuk membuka kontak bergerak pada relay ke
arah motor ac dari hair dryer, sehingga arus dapat mengalir pada hair dryer. Hair
Dryer yang digunakan menggunakan tegangan AC yaitu sebesar 220 V. Apabila
arus tersebut masuk maka motor akan aktif dan akan berhenti apabila sensor tidak
menerima masukan atau bernilai 1.
. Cara kerja dari rangkaian Saklar Transistor terbagi menjadi tiga bagian :
- Proses setelah sensor
- Koil Relay aktif
- Timer
-
Proses setelah Sensor
Pada proses sensor menuju ke saklar Transistor, penulis analogikan
kedalam Gambar visualisasi,
39
Gambar 3.8 Proses Visualisasi Sensor
Ketika Sensor No.1 terhadap No. 2 saling menutup atau cut off
Maka Sensor memberikan Impuls atau perintah, Aktifkan Koil Relay 1
(CR1)
-
Koil Relay
Ketika Koil Relay aktif seperti visualisasi sebelumnya,
tapi tidak
dalam kondisi mati atau arus nol maka dengan cara ini Koil relay akan
dapat mendelay untuk aktifkan timer.
Kondisi No.1 terhadap No. 2 saling menutup atau cut off
Visualisainya seperti Gambar berikut
40
Gambar 3.9 Proses Visualisasi Koil Relay
-
Timer
Ketika Koil Relay aktif dan Timer aktif dapat merubah kondisi dimana
NO(Normally Open) menjadi NC(Nomally Common) atau sebaliknya,
maka Rangkaian menjadi OFF
Visualisasi seperti gambar berikut :
Gambar 3.10 Proses Visualisasi Timer Dc
41
3.2.3 Rangkaian Power Supply
Power supply adalah suatu sistem yang dapat bekerja mengkonversikan
tegangan arus bolak balik (ac) ke tegangan searah (dc) pada nilai tertentu. Oleh
karena itu rangkaian power supply sangat diperlukan untuk alat pengering tangan
ini, karena alat ini membutuhkan tegangan DC untuk mengontrolnya, yaitu
berkisar antara 12-24V. Sensor optik memerlukan tegangan sekitar 12 - 24V
(DC), sedangkan untuk relay dibutuhkan tegangan sebesar 24VDC untuk
menggerakkan koilnya.
Dalam Rangkaian power supply ini terdapat kapasitor untuk filter dan mengurangi
terlalu tingginya tegangan puncak pada saat power supply dalam kondisi start.
Secara umum sebuah power supply terbagi atas tiga unsur utama dan unsur
tambahan seperti pada gambar
Gambar 3.11 Blok Diagram Power Supply Secara Umum
Berikut ini Rancangan power supply yang penulis buat:
Gambar 3.12 Rangkaian Power Supply keseluruhan
42
3.3 Perancangan Mekanik
Tahap ini merupakan tahap kedua setelah semua rangkaian elektronik
selesai dikerjakan. Yang dilakukan dalam perancangan kontruksi mekanik ini
adalah merancang tempat meletakkan alat. Dalam perancangan kontruksi ini yang
paling penting untuk diperhatikan ialah ukuran harus pas dan persis. Hal yang
pertama dilakukan ialah membuat desain tempat rangkaian sesuai dengan ukuran.
Adapun spesifikasi mekanik alat pengering tangan ini dalah sebagai
berikut :
Dimensi
Lebar
20 Cm
Panjang
25 Cm
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.12
Gambar 3.13 Perancangan Mekanik tampak dari Atas
43