Laporan ini disususun

Untuk memenuhi tugas praktikum mata kuliah sensor dan robotika

Disusun Oleh :

Nama: Siti Amina Talabudin

Kelas : 3AEC

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1. Tujuan Praktikuma. Mahasiswa mengetahui jenis-jenis sensor.

b. Mahasiswa mengetahui dan memahami karakteristik dari tiap sensor.c. Mahasiswa dapat membuat aplikasi dari salah satu jenis sensor.

Berikut merupakan jenis-jenis sensor yang akan menjadi bahan praktikum.

1. SensorSensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Sensor biasa digunakan untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor merupakan jenis transducer yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan / arus listrik. Sensor dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari system otomatisasi industri. gambar sensor:

Gambar Sensor Cahaya (LDR)

2. Tranduser

Transduser adalah sebuah alat yang mengubah satu bentuk daya menjadi bentuk daya lainnya untuk berbagai tujuan termasuk pengubahan ukuran atau informasi (misalnya, sensor tekanan). Transduser bisa berupa peralatan listrik, elektronik, elektromekanik, elektromagnetik, fotonik, atau fotovoltaik. Dalam pengertian yang lebih luas, transduser kadang-kadang juga didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal lainnya.Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato, menjadi vibrasi mekanis. Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara kita, bunyi, atau energi akustik menjadi sinyal atau energi istrik.3. Perbedaan Sensor dan TranduserBerikut penjelasan perbedaan antara Tranduser dengan Sensor.

Gambar diatas adalah gambar Sensor cahaya / yang biasa disebut dengan LDR, gambar diataas menujukkan bahwa sensor masih membutuhkan komponen lain untuk menghasilkan tegangan.

LM35 merupakan sebuah transducer temperatur, pada gambar diatas menjelaskan bahwa transducer tidak membutuhkan komponen lain untuk menghasilkan tegangan jadi dapat disimpulkan bahwa sensor masih membutuhkan komponen lain untuk mengeluarkan sinyal tegangan tetapi transducer tidak membutuhkan komponen yang laen untuk mengeluarkan sinyal tersebut.

Gambar Tranduser Temperatur (LM35)

Selain dari jenis sensor diatas,mahasiswa mempraktikkan potensiometer dan juga Voltage follower. Untuk lebih jelasnya mengenai karakteristik dari setiap sensor dapat dilihat pada bab 2 tentang penjelasan masing-masing sensor dan perbandingannnya dengan teori.

Perlengkapan yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut :

1. Power supply

2. Multimeter digital

3. Multimeter analog

4. Bread board

5. Komponen elektrik (resistor,sensor,dan probe)BAB II

PRAKTIKUM1. LDR (Light Dependent Resistor)1.1. Landasan Teori

Sensor cahaya LDR ( Light Dependent Resistor ) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor cahaya LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfide yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansinya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap mencapai sekitar 10 M, dan ditempat yang gelap turun sekitar 150 . Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Symbol LDR dapat dilihat pada gambar berikut.

1.2. Praktikum

1.2.1. Alat dan bahan

1.2.2. Rangkaian praktikum

1.2.3. Hasil praktikum

Grafik perbandingan resistansi LDR terhadap cahaya1.3. Analisa

Data praktikum diatas diambil menggunakan cahaya senter yang diatur dengan jarak (10 cm, 25 cm, 50 cm, dan 75 cm) dengan tujuan untuk melihat dan mengukur resistansi LDR terhadap perubahan cahaya yang diatur pada jarak tersebut. Dengan melihat data praktikum, untuk jarak 10 cm mempunyai rata-rata nilai resistansinya adalah 0,66 , untuk 25 cm mempunyai nilai rata-rata resistansi adalah 1,776 , 50 cm mempunyai nilai rata-rata resistansi adalah 4,084 , dan 75 cm adalah 5,918 . Hal ini dapat membuktikan bahwa hasil praktikum sesuai dengan teori yang dijelaskan sebelumnya yaitu semakin sedikit intensitas cahaya yang diterima sensor LDR maka semakin besar nilai resistansinya,begitu juga sebaliknya semakin banyak intensitas cahaya yang diterima maka nilai resistansi pada sensor LDR semakin kecil.1.4. Kesimpulan

Sesuai dengan namanya Light Dependent Resistor, berarti resistor yang nilai resistansinya bergantung pada cahaya. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi intensitas cahaya yang diterima oleh LDR maka nilai resistansinya semakin rendah sehingga semakin bersifat konduktor, begitu juga sebaliknya ketika intensitas cahaya yang diterima LDR rendah maka nilai resistansinya semakin tinggi mendekati nilai maksimum sesuai spesifikasinya.2. Photo transistor

2.1. Landasan teoriPhoto transistor merupakan jenis transistor yang bias basisnya berupa cahaya infra merah. Besarnya arus yang mengalir diantara kolektor dan emitor sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima photo transistor tersebut. Phototransistor sering digunakan sebagai saklar terkendali cahaya inframerah, yaitu memanfaatkan keadaan jenuh (saturasi) dan mati (cut off) dari photo transistor tersebut. Prinsip kerja photo transistor untuk menjadi saklar yaitu saat pada basis menerima cahaya infra merah maka photo transistor akan berada pada keadaan jenuh (saturasi) dan saat tidak menerima cahaya maka photo transistor dalam keadaan mati (cut off).2.2. Praktikum2.2.1. Alat dan bahan

2.2.2. Rangkaian praktikum

2.2.3. Hasil praktikum

Grafik nilai arus pada photo transistor terhadap intensitas cahaya2.3. Analisa

Berdasarkan data yang didapatkan dalam praktikum menggunakan sensor photo transistor diatas,dapat terlihat jelas bahwa semakin besar resistansi dari photo transistor tersebut, nilai arus semakin mendekati angka 0. Pencahayaan dalam praktikum kali ini diatur dalam keadaan yang sama namun yang diubah adalah nilai resistansi dari phototransistor itu sendiri.

2.4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa phototransistor bekerja layaknya transistor pada umumnya yaitu sebagai sakelar elektronik, namun arus basis yang biasanya sebagai pengendali sakelar disini perannya digantikan oleh cahaya. Ketika diberi cahaya maka arus dapat melalui phototransistor tersebut. Sebaliknya ketika tidak diberi cahaya maka arus tidak dapat melaluinya, ini dibuktikan oleh hasil praktikum bahwa arusnya kecil sekali mendekati nol.

3. Photodioda3.1. Landasan Teori

Photodioda adalah suatu jenis diode yang resistansinya berubah-ubah kalau cahaya yang jatuh pada diode berubah-ubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar sehingga arus tidak bisa mengalir. Semakin besar intensitas cahayanya maka pada diode semakin kecil nilai resistansinya sehingga arus yang mengalir semakin besar. Jika photodiode p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linear dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Bahan yang digunakan untuk membuat photodiode adalah semikonduktor,biasanya adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs). Berikut merupakan gambar photodiode.

3.2. Praktikum3.2.1. Alat dan Bahan

a. Power supply

b. Multimeter (digital & analog)

c. Bread board

d. Komponen praktikum

3.2.2. Rangkaian Praktikum

3.2.3. Hasil Praktikum

3.3. Analisa

Berdasarkan data diatas dapat dilihat bahwa semakin banyak intensitas cahaya yang didapatkan oleh sensor photodiode maka semakin besar pula tegangan dan arus yang bisa melewati photodiode tersebut. Hal ini disebabkan oleh :

a. Pergeseran foton dalam diode

b. Menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi

c. Electron menuju (+) sumber sedangkan hole menuju (-) sumber.Photodiode dipasang reverse karena berdasarkan teori mengenai dioda, pada saat dioda dipasang reverse, maka arus tidak akan mengalir karena hambatan yg sangat besar sekali. Jadi bisa dikatakan ini dioda sebagai kondisi Open Circuit jika dianalogikan seperti sakelar. namun pada photodioda, hambatan yang besar tadi bisa menjadi kecil karena pengaruh cahaya yang masuk. Hal seperti ini bisa menyebabkan arus mengalir sehingga kondisi seperti ini bisa dikatakan sebagai Close Circuit jika dianalogikan seperti sakelar.

Dari grafik hasil pengujian didapat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (diwakili oleh jarak senter terhadap photodiode) yang diberikan kepada photodioda maka arus yang melaluinya semakin tinggi hingga maksimal sesuai dengan supply yang diberikan dan resistor yang dipasang pada rangkaian, arus maksimal pada rangkaian ini adalah 0,5 mA (Vs = 10 V; R = 10 k). Ketika intensitas cahaya yang diberikan kepada photodioda semakin rendah maka arus yang melaluinya pun semakin rendah, dan arus minimal yang melalui photodioda ini adalah 0,1 mA.3.4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi intensitas cahaya yang diterima oleh photodioda, maka arus yang melaluinya akan semakin tinggi dengan nilai maksimal bergantung pada rangkaian yang digunakan. Dan semakin rendah cahaya yang diterima oleh photodioda, maka arus yang melaluinya akan semakin rendah dengan nilai minimal arus yang melaluinya adalah 0,1 mA4. PTC dan NTC4.1. Landasan Teori

PTC dan NTC adalah salah jenis sensor suhu yang mempunyai koefisienng did temperature yang tinggi,dimana komponen ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperature. Sensor suhu dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu koefisien negatif disebut NTC (negative Temperature Coefisient), sensor yang mempunyai koefisien positif disebut PTC (positive Temperature Coesfisient), dan sensor yang mempunyai tahanan kritis, yaitu CTR (Critical Temperature Resistance).NTC disebut negative sensor karena nilai tahanannya menurun sesuai dengan kenaikan temperatur, PTC disebut positif karena nilai tahanan akan naik sesuai dengan kenaikan temperatur.

4.2. Praktikum

4.2.1. Alat dan Bahan

a. Power supply

b. Multimeter (digital dan analog)

c. Bread board

d. Komponen praktikum.

4.2.2. Rangkaian praktikum

4.2.3. Hasil Praktikum

4.3. Analisa

Aplikasi NTC dan PTC ketika sensor ini mendeteksi kenaikan suhu maka resistansi sensor akan mengecil dan resistansi sensor lebih kecil dari resistansi variable resistor sebagai pembagi tegangannya maka aka nada arus yang mengalir ke basis transistor,ketika itu juga relay akan aktif dan led merah (indicator panas =PTC ) akan aktif, sebaliknya jika suhu yang dideteksi sensor kecil maka resistansi pada sensor akan menjadi besar, dan ketika resisransi menjadi lebih besar dari pembagi tegangannya dalam rangkaian kali ini variable resistor maka tidak aka nada arus yang mengalir ke basis transistor, relay akan aktif dan led hijau (indicator suhu = NTC) aktif.4.4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa nilai resistansi dari Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient) berbanding lurus dengan nilai suhu sekitarnya. Sedangkan Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) nilai resistansinya berbanding terbalik dengan nilai suhu sekitarnya.5. LM35

5.1 Landasan TeoriLM35DZadalah komponen sensor suhu berukuran kecil seperti transistor (TO-92). Komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu hingga 100 derajad Celcius. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni10 milivolt per 1 derajad Celcius, maka komponen ini sangat cocok untuk digunakan sebagai teman eksperimen kita, atau bahkan untuk aplikasi-aplikasi seperti termometer ruang digital, mesin pasteurisasi, atau termometer badan digital. Berikut merupakan gambar dari LM35.

5.2. Praktikum5.2.1. Alat dan bahana. Power supply

b. LM35

c. Multimeter (digital dan analog)

d. Bread board

5.2.2. Rangkaian Praktikum

5.2.3. Hasil Praktikum.

5.3. Analisa

Voutadalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni10 milivolt per 1 derajad celcius. Jadi jikaVout = 530mV, maka suhu terukur adalah53 derajad Celcius.Dan jikaVout = 320mV, maka suhu terukur adalah32 derajad Celcius. Tegangan keluaran ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter.

5.4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa Tranduser LM35 nilai outputnya berbanding lurus dengan perubahan suhu disekitarnya. Pada suhu ruang 27C nilai output LM35 adalah 0,265 V, terbukti sesuai spesifikasinya yaitu 10mV/ C. LM35 terbukti sangat baik untuk diaplikasikan sebagai pembaca nilai suhu.

6. Rangkaian Voltage follower

6.1. Landasan teori

Rangkaian buffer ( voltage follower ) adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1. Dalam praktikum kali ini menggunakan 4 bentuk rangkaian yaitu tanpa voltage follower (dengan beban dan tanpa beban) dan dengan voltage follower (tanpa beban dan dengan beban)6.2. Praktikum6.2.1. Alat dan bahan

a. Power supply

b. Multimeter (digital dan analog)

c. Bread board

d. Komponen praktikum

6.2.2. Gambar rangkaian

Tanpa Beban

Dengan Beban

Menggunakan voltage-follower

EMBED Visio.Drawing.11

Tanpa beban

Dengan Beban

6.2.3. Hasil praktikum

6.3. Analisa

simbol op-amp dapat dilihat di atas, dimana : * V+: non-inverting input * V-: inverting input * Vout: output * VS+: positive power supply * VS-: negative power supply Vs+ dan Vs- dapat dilabeli berbeda, tetapi tetap berfungsi sama yaitu untuk menghubungkan ke catu daya. C. Operasi/prinsip dasar Suatu amplifier dapat dikategorikan operasional jika memenuhi tiga karakteristik utama, yakni:

1. Very high gain (200.000 kali)

2. Very high input impedance

3. Very low output impedance OpAmp umumnya terdiri atas tiga stage atau amplifier yang dirangkai secara cascade. Ketiga stage itu masing-masing: 1. Differential amplifier 2. Voltage amplifier 3. Output amplifier Differential amplifier memiliki respon frekuensi yang sangat lebar dan input impedance yang sangat tinggi. Voltage amplifier memberikan penguatan yang sangat tinggi dan output amplifier memberikan output impedance yang sangat rendah sehingga dapat mengeluarkan arus listrik yang besar terhadap beban. D. Konfigurasi Tidak seperti amplifier konvesional, OpAmp mempunyai dua terminal masukkan, yakni: inverting input dan noninverting input yang masing-masing ditandai dengan "+" dan "-". 1. Inverting Konfiguration Jika signal dimasukkan di antara terminal inverting input dan bumi sementara terminal noninverting input dibumikan maka signal keluaran akan berlawanan fasa dengan signal masukkan.7. KesimpulanDari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa rangkaian pembagi tegangan menyebabkan tegangan terbagi ke beban sehingga terjadi drop tegangan dibandingkan dengan tanpa beban. Solusinya yaitu penambahan rangkaian voltage-follower sebelum ke beban, dengan rangkaian tersebut tidak akan terjadi drop tegangan atau pembagian tegangan sehingga nilai Vout ketika dengan beban maupun tanpa beban bernilai sama besar.

8. Aplikasi dari sensor (tugas kelompok)

7.1. Rangkaian NTC

Tujuan dari aplikasi ini adalah melihat kerja dari sensor NTC dan dirangkai dalam sebuah rangkaian. 7.1.1. Rangkaian praktikum

7.1.2. Analisa Dalam rangkaian ini, selain dari potensiometer dan resistor ada komponen OP-AMP 741. Fungsi dari OP-AMP ini adalah sebagai voltage follower, dengan tujuan agar nilai Vout = Vin. Ketika mendapatkan tegangan sebesar 5v maka melewati potensiometer dan NTC. Untuk input pada OP-AMP 741 tergantung dari NTC dan potensiometer. NTC pengaruh pada resistansi, semakin kecil resistansi maka LED makin redup karena resistansi berbanding lurus dengan tegangan.Aplikasi NTC pada rangkaian ini akan mengendalikan terang redupnya LED. Apabila NTC tidak dipanaskan maka LED akan menyala terang karena tegangan outputnya lebih besar berbanding lurus dengan nilai resistansi dari NTC tersebut. Ketika NTC dipanaskan maka LED akan meredup karena tegangan outputnya menurun berbanding lurus dengan penurunan nilai resistansi dari NTC tersebut. Kedua kondisi ini sesuai dengan karakteristik dari NTC itu sendiri.

Pada rangkaian ini dipasang sebuah potensiometer sebagai pengendali suhu input yang kita inginkan, karena dengan mensett potensiometer semakin kecil resistansinya maka lebih tegangan output pada rangkaian ini tepatnya pada sisi NTC akan semakin besar. Ini artinya dibutuhkan lebih tinggi suhu yang harus diberikan pada NTC untuk meredup/memadamkan LED.

Penggunaan voltage-follower bertujuan untuk menjaga nilai output tetap sama besar ketika dengan/tanpa beban. Sehingga tegangan ke LED tidak terbagi dan kita dapat mengamati dengan jelas perubahan terang dari LED tersebut.

7.1.3. Kesimpulan

Dari aplikasi rangkaian ini dapat disimpulkan bahwa NTC cocok untuk digunakan sebagai sensor suhu jika mengacu dari karakteristiknya yaitu nilai resistansi berbanding terbalik dengan suhu yang diterima sensor tersebut. Perubahan ini yang dimanfaatkan untuk membuat rangkaian pengendali LED. Penggunaan potensiometer untuk mewakili pengendali suhu input yang kita inginkan untuk memadamkan LED. Dan penggunaan voltage-follower bertujuan agar tegangan ke LED (beban) tidak drop.

7.2. Rangkaian Zerospan.

Tujuan dari rangkaian zerospan adalah mengkonversi Vout sesuai dengan TTL atau sesuai dengan kebutuhan controller yaitu antara 0V-5V.

7.2.1. Aplikasi dari Zerospan.

1. Alat dan Bahan

a. Power supply

b. Bread board

c. Op-Amp 741

d. NTC

e. Multimeter digital

2. Rangkaian Aplikasi

3. Hasil pengukuran

No.Vin [V]Vout [V]

10.23.472

20.33.952

30.44.46

40.54.97

4. AnalisaRangkaian span and zero merupakan rangkaian pengubah nilai range dan level dari suatu tegangan input ke nilai yang diinginkan. Untuk aplikasi disini yaitu input sensor yang akan di ubah menjadi output yang sesuai TTL sehingga akan lebih mudah lagi diolah untuk pengendali dan sebagainya.

Dalam kasus ini output sensor memberikan range -0,5 0,5 V, dan akan diubah menjadi 0 5 V (TTL). Untuk itu sinyal dari sensor perlu dikuatkan lalu di offset menuju posisi yang sesuai. Input sensor memiliki range 1 V, jadi penguatannya yaitu senilai 5. Setelah dikuatkan range output sensor menjadi -2.5 V 2.5 V. Dengan begitu diberi offset + 2,5 agar outputnya menjadi 0 5 V.

Untuk melakukan persamaan aritmatika tersebut, maka digunakan rangkaian span and zero yang terdiri dari rangkaian adder dan inverter. Rangkaian adder digunakan untuk mendapatkan range yang diinginkan, namun nilainya masih terinversi sehingga ditambahkanlah rangkaian inverter untuk mengembalikan polaritasnya ke nilai semula.

Langkah utama dalam perancangan sistem yaitu menentukan komponen yang akan digunakan beserta nilainya. Untuk kasus ini, dibutuhkan penguatan sebesar 5 maka resistor yang akan digunakan yaitu senilai,

m = Rf/Ri( slope or gain or span ( m = 5jika Rf ditentukan 10 kc maka didapat Ri = 2 k.

Lalu dibutuhkan tegangan offset senilai 2,5, maka resistor yang digunakan senilai,

c = Rf/Roff( intercept of offset or zero (c = 2,5

nilai Rf sudah ditentukan 10 k maka didapat Roff = 10 k.

Dan nilai Voff = 2,5 V.

Seluruh komponen sudah dirancang beserta nilainya, langkah selanjutnya yaitu pengujian rangkaian. Dari hasil pengujian yang tertera pada tabel menunjukan bahwa hasil perhitungan dengan hasil praktikum cukup akurat. Output yang dihasilkan dari input senilai 0,5 V adalah senilai 4,97 V, ini membuktikan bahwa rangkaian yang telah dirancang menunjukan keberhasilan tinggi, dimana output yang dibutuhkan adalah 5 V dan nilai pengukuran sangat mendekati. 5. KesimpulanRangkaian span and zero merupakan rangkaian penguat sinyal sekaligus memberikan offset menuju output yang kita inginkan. Fungsi linier y = mx + c dilakukan oleh rangkaian adder, namun nilainya masih terinversi, jadi ditambahkan rangkaian inverter untuk mengembalikan nilai ke polaritas yang sama seperti input.

Sensor

Sensor Suhu

Sensor Cahaya

LDR

Phototransistor

Photodiode

LM35

NTC

PTC

23

_1458634783.vsd5 V

2 k

Vout

2 k

2 k

_1458634785.vsd5 V

2 k

Vout

2 k

2 k

_1458634786.vsd-T

-

+

5 V

10 k

10 k

10 k

2

3

7

4

6

_1458634787.doc

_1458634784.vsd5 V

2 k

Vout

2 k

_1458634781.vsdA

5 V

10k

_1458634782.vsd5 V

2 k

Vout

2 k

_1458634779.vsdA

5 V

R