Embed Size (px)
Citation preview
i
MESIN CUCI TANGAN OTOMATIS
MENGGUNAKAN SENSOR OPTOKOPLER
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
disusun oleh :
HENDRY SANTOSO
NIM : 03511401
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2008
ii
AUTOMATIC HAND WASHING MACHINE
USING OPTOCOUPLER SENSOR
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree
in Electrical Engineering
by :
HENDRY SANTOSO
STUDENT NUMBER : 035114011
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2008
iii
iv
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini
tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,
kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka,
sebagaimana layaknya karya ilmiah.”
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Hendry Santoso
vi
MOTO DAN PERSEMBAHAN
Be My Self!!!
Kupersembahkan Karya ini :
Untuk Tuhan Yesus Kristus, yang selalu melindungiku….
Untuk Ayah dan Ibuku tercinta
Untuk adik - adikku tersayang
Untuk Semua teman dan sahabatku
Terimakasih atas segala dukungan, kasih dan cinta yang selalu
diberikan pada penulis.
vii
viii
INTISARI
Di berbagai tempat sering dijumpai wastafel atau tempat untuk mencuci
tangan yang bekerja secara manual. Hal itu akan menjadi masalah jika ada
pemakai yang mencuci tangannya dengan sengaja atau tidak sengaja lupa
mematikan kran air. Dari contoh yang sederhana itu maka dibuat suatu alat cuci
tangan otomatis yang prinsip kerjanya menghidupkan pompa air sesuai dengan
waktu yang telah ditentukan.
Mesin cuci tangan otomatis ini mempunyai prinsip kerja mengalirkan air dari
bak penampung ke wastafel jika ada tangan yang menghalangi sensor pendeteksi
tangan yang berada di wastafel tersebut. Dengan proses, tangan menghalangi
sensor optocoupler yang menjadi masukan komparator. Kemudian keluaran
komparator mengaktifkan timer sehingga pompa air hidup selama 5 detik.
Pada tugas akhir ini, mesin cuci tangan otomatis telah berhasil dibuat. Alat
ini mampu bekerja dengan mendeteksi adanya gerakan tangan pada sensor dan
menghidupkan pompa air selama 5 detik. Kemudian pompa air akan bekerja lagi
jika sensor optocoupler masih mendeteksi tangan.
Kata kunci : pompa air, sensor optocoupler
ix
ABSTRACT
At many place we can find manually hand washing machine. However, it
could cause a problem if the person who use it forgot to turn off the water tap
whether it is accidentally or not. From that example, an automatic hand washing
machine has been designed that will turn on the water pump automatically based
on the time setting.
These automatic hand washing machine has a mechanism to flow the water
from the water tank to the wastafel if there is a hand that detected by the sensors
on the wastafel. With the process, the hand detected by the optocoupler sensors
that is the comparator input. After that, comparator output activate timer so water
pump turn on in five seconds.
On this final assignment, automatic hand washing machine was successfully
made. This tool able to work by detecting hand movement on sensors, and
activating water pump in five seconds. Then, the water pump will turn on again if
optocoupler sensors are still detecting a hand.
Key words : water pump, optocoupler sensor
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa disurga, yang telah
memberikan kasih karunia, anugerah, dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan tugas akhir dengan baik.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini, penilis
mendapatkan banyak bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu,
pada kesempatan ini perkenankanlah dengan segala kerendahan hati dan penuh
hormat, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan
Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang membimbing dan
mengarahkan dalam penyusunan tugas akhir ini.
3. Bapak Martanto, ST, MT selaku pembimbing atas segala pemikiran
dalam membimbing dan mengarahkan penulis dari awal hingga akhir.
4. Seluruh dosen di Fakultas Sains dan Teknologi yang tidak dapat di
sebutkan satu persatu, yang telah mendidik penulis untuk mengetahui
lebih dalam tentang Teknik Elektronika.
5. Seluruh Staf Perpustakaan Universitas Sanata Dharma yang sudah
memberikan layanan dan bantuan selama proses pencarian referensi.
xi
6. Kedua orang tua dan adik – adik penulis yang telah memberikan doa,
dorongan moril maupun material, kasih dan kesabaran yang tak pernah
putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
7. My Friends : Yudi “Kabayan”, Roni, Riki, Andika, Suvendi “Boboto”,
Supriyadi, Opang, Denis, Yohana “Joo”, Inggit. thanks
all.................................
8. Teman – teman Elektro semuanya yang tidak dapat disebutkan satu
persatu..........terima kasih untuk kebersamaan selama 5 tahun
ini..............
Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan
dari penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang
bersifat membangun sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi
penulis maupun pembaca semuanya.
Yogyakarta, 23 Februari 2008
Penulis
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL…………………………………………………… i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING…………………… iii
HALAMAN PENGESAHAN………………………………………… iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……………………………. v
MOTO DAN PERSEMBAHAN…………………………………….. vi
INTISARI………………………………………………………………… vii
ABSTRACT............................................................................................... viii
KATA PENGANTAR…………………………………………………. ix
DAFTAR ISI…………………………………………………………….. xi
DAFTAR TABEL………………………………………………………….. xiv
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………. xv
BAB I. PENDAHULUAN..................................................................... 1
1.1 Latar Belakang……………………………………………………… 1
1.2 Rumusan Masalah…………………………………………………… 2
1.3 Batasan Masalah................................................................................. 2
1.4 Tujuan Penelitian................................................................................ 2
1.5 Manfaat Penelitian.............................................................................. 3
1.6 Metedologi Penelitian......................................................................... 3
1.7 Sistematika Penulisan......................................................................... 3
xiii
BAB II. DASAR TEORI………………………………………………. 5
2.1 Laser pointer……………………………………………………….. 5
2.2 Fototransistor …………………………………………………......... 6
2.3 Optocoupler ………………………………………………………… 7
2.3.1 Optocoupler Terhalang ON…………………………........ 8
2.4 Pembanding ………………………………………………………… 8
2.5 Relay………………………………………………………………… 9
2.6 LM 555……………………………………………………………… 12
BAB III. PERANCANGAN…………………………………………. 15
3.1 Perancangan Mekanik…………………………………………......... 15
3.2 Diagram Blok……………………………………………………...... 17
3.3 Perancangan sistem elektronis…………………………………….... 18
3.3.1 Sensor identifikasi………………………………………... 18
3.3.2 Rangkaian timer………………………………………….. 21
3.3.2.1 Rangkaian LM 555 monostabil………………... 22
3.3.2.2 Rangkaian trigger……………………………… 23
3.3.3 Pengendali pompa air dan timer………………………..... 24
BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN……. 27
4.1 Rangkaian sensor................................................................................ 29
4.2 Rangkaian timer.................................................................................. 31
4.3 Rangkaian relay driver……………………………………………… 35
xiv
BAB V. Kesimpulan dan Saran………………………………………. 37
5.1 Kesimpulan…………………………………………………………. 37
5.2 Saran ……………………….............................................................. 37
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR TABEL
1. Tabel 3-1 Logika kerja 2 buah sensor………………………………. 21
2. Tabel 3-2 Logika kerja pompa air dan timer..................................... 25
3. Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1……………………… 30
4. Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2……………………… 30
5. Tabel 4-3 Data keluaran komparator………………………………. 30
6. Tabel 4-4 Data pengukuran timer………………………………….. 32
7. Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer………… 33
8. Tabel 4-6 Data Pengukuran transistor sebagai relay driver...……… 35
xvi
DAFTAR GAMBAR
1. Gambar 2-1 Rangkaian laser pointer……………………………….. 5
2. Gambar 2-2 Cara kerja laser pointer……………………………………. 6
3. Gambar 2-3 Rangkaian fototransistor………………………………. 7
4. Gambar 2-4 Rangkaian optocoupler terhalang ON............................. 8
5. Gambar 2-5 Rangkaian Pembanding……………………………….. 9
6. Gambar 2-6 Simbol relay………………………………………….. 10
7. Gambar 2-7 Relay OFF..................................................................... 11
8. Gambar 2-8 Relay ON....................................................................... 11
9. Gambar 2-9 Rangkaian transistor penggerak relay………………… 12
10. Gambar 2-10 IC LM555...................................................................... 13
11. Gambar 2-11 IC LM555 sebagai multivibrator monostabil ............... 13
12. Gambar 2-12 IC LM555 dengan jaringan pulsa pemicu..................... 14
13. Gambar 3-1 Mekanik mesin cuci tangan otomatis............................ 15
14. Gambar 3-2 Bak penampungan air ................................................... 16
15. Gambar 3-3 Mekanik wastafel .......................................................... 16
16. Gambar 3-4 Diagram blok perancangan ........................................... 17
17. Gambar 3-5 Rangkaian sensor identifikasi ....................................... 19
18. Gambar 3-6 Rangkaian sensor identifikasi keseluruhan................... 21
19. Gambar 3-7 Rangkaian LM 555 monostabil..................................... 22
20. Gambar 3-8 Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver ............ 23
21. Gambar 3-9 Rangkaian penggerak pompa air................................... 25
22. Gambar 4-1 Alat cuci tangan tampak depan ..................................... 27
xvii
23. Gambar 4-2 Alat cuci tangan tampak samping ................................. 28
24. Gambar 4-3 Alat cuci tangan tampak atas ........................................ 28
25. Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop.......... 31
26. Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor
terhalang lebih dari 5 detik .................................................................... 34
27. Gambar 4-6 Gambar masukan rangkaian trigger............................... 35
1
BAB IBAB IBAB IBAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Pada zaman yang sudah semakin modern, manusia melakukan segala
sesuatu dengan praktis, cepat, dan efisien. Manusia sering merasa malas untuk
melakukan sesuatu dengan cara tradisional, karena cara tersebut biasanya
memakan waktu dan tenaga lebih banyak. Dengan adanya teknologi modern di
awal abad 20 ini tercipta sesuatu yang lebih sempurna atau terjadi perubahan yang
lebih baik. Contohnya seperti: mesin fotokopi, komputer, kamera, smartcard,
hairdryer, dan lain-lain.
Teknologi canggih tidak hanya dipakai pada perusahaan-perusahaan saja
tetapi sudah mulai digunakan oleh masyarakat, tentunya sesuai dengan kebutuhan
masing-masing individu. Untuk toko-toko yang cukup besar (swalayan,
supermarket, dan mall) juga berusaha memberikan pelayanan yang praktis agar
konsumen mendapat nilai kepuasan yang tinggi. Ternyata tidak hanya
dikhususkan untuk konsumen, pemilik usaha tersebut membutuhkan suatu
keamanan atau security yang canggih sehingga meminimalisasi terjadinya tindak
kejahatan yang dapat merugikan konsumen dan pemilik usaha tersebut. Dengan
adanya alat-alat tersebut secara tidak langsung akan mengefisienkan jumlah
tenaga kerja dan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perusahaan.
Oleh karena keinginan memberikan pelayanan yang maksimal kepada
masyarakat atau konsumen dan pengefisienan waktu dan tenaga kerja, ternyata
2
diaplikasikan juga dibidang kebersihan, yaitu mesin pengering tangan otomatis.
Ternyata di bidang kebersihan masih banyak yang bisa diaplikasikan salah
satunya mesin cuci tangan otomatis atau automatic washing macine.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Dari uraian latar belakang masalah di atas dapat dirumuskan dua rumusan
masalah yaitu:
1. Bagaimana merancang model mesin cuci tangan otomatis atau automatic
washing machine?
2. Bagaimana mengimplementasikan mesin cuci tangan otomatis atau automatic
washing machine?
1.3 BATASAN MASALAH
1. Membuat model yang tepat untuk mesin cuci tangan otomatis.
2. Fungsi kendali dari sistem dibuat otomatis.
3. Menggunakan timer LM 555 untuk mengaktifkan pompa air selama
lima detik.
4. Menggunakan lebih dari satu buah sensor optocoupler.
1.4 TUJUAN PENELTIAN
1. Menghasilkan model automatic washing machine atau mesin cuci tangan
otomatis yang sederhana dan praktis.
3
1.5 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini memiliki beberapa manfaat yang dapat dipetik. Penelitian ini
dapat menambah pengetahuan tentang aplikasi timer LM 555, menjadi bahan
pertimbangan atau model dasar untuk penelitian yang akan dilakukan tentunya
dalam mengembangkan lebih lanjut mesin cuci tangan otomatis, dan memberikan
tambahan wawasan baru terutama di bidang sistem kendali.
1.6 METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini diawali dengan perancangan hardware kemudian
mengimplementasikannya sesuai dengan perancangan. Setelah membuat alat,
diadakankan suatu pengujian untuk alat tersebut tentu saja disertai dengan
pengambilan data dan analisa data. Dari data-data yang diperoleh dapat
disimpulkan kualitas alat tersebut.
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Penelitian ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Dalam bab ini telah diuraikan tentang pemilihan topik sebagai dasar
pemikiran yang melalui latar belakang penelitian, rumusan masalah yang
akan dibahas, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian, dan
metodologi dari penelitian ini.
4
BAB II. DASAR TEORI
Dalam bab ini akan dipaparkan atau menguraikan teori-teori yang akan
mendukung dalam penelitian mesin cuci tangan otomatis atau washing
machine automatic yang sesuai dengan kebutuhan.
BAB III. PERANCANGAN
Pada bagian ini akan dibahas mengenai penerapan sistem kendali otomatis
yang digunakan mesin cuci tangan otomatis, tentu saja menggunakan dasar
teori yang sudah tersedia.
BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Pada bagian ini dibahas mengenai hasil pengamatan dari mesin cuci
tangan otomatis yang berupa data-data dan kemudian dilakukan
pembahasan atau analisa untuk data-data yang diperoleh tersebut.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini menarik kesimpulan mengenai keadaan mesin cuci tangan
otomatis sesuai dengan kenyataan yang ada dan memberikan saran yang
dapat mengembangkan atau membuat mesin tersebut berjalan lebih baik.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Laser Pointer
Laser pointer merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai
penunjuk dalam presentasi. Laser pointer terdiri dari dua komponen
semikonduktor yaitu laser diode (LD) dan photodiode (PD). Tegangan yang
digunakan untuk mengoperasikan laser pointer ini adalah 4,5 Volt. Rangkaian
dasar laser pointer ditunjukkan pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1. Rangkaian Laser pointer
Laser diode merupakan common cathode (LDC = Laser Diode Cathode)
yang akan diberi prasikap maju. Laser diode driver akan mengatur besarnya arus
yang mengalir pada laser diode berdasarkan arus yang dihasilkan oleh photodiode.
Photodiode merupakan common anoda (PDA = Photodiode Anode) yang akan
diberi prasikap balik. Besarnya arus yang dihasilkan pada photodiode berasal dari
besarnya intensitas cahaya laser diode yang tersorot ke belakang (ke arah
photodiode) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2.
6
Gambar 2-2. Cara Kerja Laser pointer [1]
Laser pointer mempunyai tiga pin, yaitu LDC, PDA, dan COM (Common
Positive Terminal). Photodiode ini digunakan untuk mengatur arus laser diode
dengan sebuah eksternal loop feedback.
2.2 Fototransistor
Fototransistor merupakan transistor yang peka terhadap cahaya pada kaki
basisnya [2]. Transistor ini mempunyai kaki basis untuk menangkap sinar,
sedangkan kaki yang tampak yaitu kaki kolektor dan kaki emiter.
Sinar yang masuk ke basis akan memicu terjadinya arus basis. Ketika ada
energi berupa cahaya yang masuk, elektron-elektron pada hold di daerah basis
akan keluar menjadi elektron bebas yang akan mengalir menuju emitter, sehingga
membuat fototransistor menjadi aktif. Arus pada kolektor sebanding dengan
intensitas cahaya ketika fototranisitor aktif. Semakin besar intensitas cahaya yang
masuk ke daerah basis, energi untuk membebaskan elektron dari dalam hold akan
semakin besar, sehingga terjadi aliran elektron dari basis menuju emitter. Semakin
besar arus basis, semakin besar pula arus kolektor yang mengalir. Rangkaian
fototransistor ditunjukkan pada Gambar 2-3.
7
0
VCC
fototransistor1
2
R
VO
Basis
terbuka
Gambar 2-3. Rangkaian fototransistor
Berdasarkan Gambar 2-3, hambatan di kaki kolektor fototransistor adalah :
R C = C
CECC
I
VV −
…………………
(2.1)
keterangan:
Vcc = Tegangan sumber (Volt)
VCE = Tegangan antara kaki kolektor dan emitter fototransistor (Volt)
IC = Arus di kaki kolektor (Ampere)
2.3 Optocoupler
Optocoupler merupakan gabungan komponen dari infra merah atau laser
pointer dengan fototransistor. Infra merah atau laser pointer digunakan sebagai
sumber cahaya untuk fototransistor. Sistem kinerja dasar dari optocoupler yaitu
saat sumber cahaya ke fototransistor tidak terhalang, fototransistor aktif.
Sedangkan saat sumber cahaya ke fototransistor terhalang, fototransistor tidak
aktif. Dalam rangkaian perlu ditambahkan resistor yang berfungsi sebagai
pengaman laser pointer dan fototransistor.
8
2.3.1 Optocoupler Terhalang ON
Optocoupler terhalang ON yaitu pada saat terhalangnya sumber cahaya ke
fototransistor, sehingga tegangan keluaran (VO) mendekati nilai tegangan
masukan (Vcc). Tegangan keluaran diambil di kaki kolektor fototransistor.
Rangkaian optocoupler terhalang ON ditunjukkan Gambar 2-4.
Gambar 2-4. Rangkaian optocoupler terhalang ON
Pada kondisi terhalang dan tidak terhalang, optocoupler mempunyai persamaan:
cco VV ≈ kondisi optocoupler terhalang …………………… (2.2)
GroundVo ≈ kondisi optocoupler tidak terhalang …………………… (2.3)
2.4 Pembanding
Penguat operasional (Op-amp) sebagai pembanding merupakan penguat
DC yang digunakan dalam penerapan frekuensi rendah [4]. Penguat operasional
sebagai pembanding mempunyai dua terminal masukan (tak membalik dan
membalik) dan satu tegangan keluaran. Jika tegangan tak membalik lebih besar
daripada tegangan membalik, maka pembanding menghasilkan tegangan keluar
yang tinggi. Sedangkan apabila masukan tak membalik lebih kecil dari masukan
R2
VO
0
1 2
3
4 R1
VCC
9
membalik, maka keluarannya rendah. Rangkaian penguat opersional sebagai
pembanding ditunjukkan pada Gambar 2-5.
Gambar 2-5. Rangkaian pembanding
Tegangan keluaran akan sama dengan atau mendekati Vcc apabila
tegangan masukan (VIN) lebih besar daripada tegangan referensi Vref. Sebaliknya
apabila VIN lebih kecil dari Vref , maka tegangan keluaran akan sama dengan
ground.
cco VV ≈ Vin lebih besar dari Vref ……………………. (2.4)
GroundVo ≈
Vin lebih kecil dari Vref ……………………. (2.5)
2.5 Relay
Relay adalah suatu piranti yang akan aktif bila ada arus listrik sehingga
akan timbul medan magnet pada koil, yang berfungsi untuk mengoperasikan
kontak. Relay mempunyai konektor-konektor seperti pada saklar manual, tetapi
relay dikendalikan dengan menggunakan tegangan dari luar. Relay terdiri dari dua
0
VCC
+
-
LM324 3
2 1
4
11
Vref
1
3
2
VOUT VIN
10
keadaan yaitu Normally Closed (NC) dan Normally Open (NO) seperti pada
Gambar 2-6.
a. Normally Closed (NC)
Normally Closed adalah kondisi kontak mula-mula adalah terhubung
(tertutup). Apabila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka
kontak menjadi terbuka.
b. Normally Open (NO)
Normally Open adalah kondisi mula-mula kontak adalah terbuka. Apabila
diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi
terhubung (tertutup).
NC
NO
COM
INPUT .
RELAY
35
412
Gambar 2-6. Simbol relay
Model untuk penggunaan relay dapat dilihat dari contoh di bawah ini.
Cara mengaktifkan relay adalah dengan melihat tegangan masukan yang sesuai
dengan karakteristik relay yang dipilih. Tegangan keluaran tergantung dari
masukan tegangan di kaki common. Jadi tegangan untuk mengaktifkan relay
bukan merupakan tegangan keluaran. Posisi relay ON dan relay OFf ditunjukkan
Gambar 2-7 dan Gambar 2-8.
11
Gambar 2-7. Relay OFF
Gambar 2-8. Relay ON
Gambar 2-8 menunjukkan kerja relay pada saat aktif akan berpindah posisi
dari posisi yang sebelumnya (Gambar 2-7). Lampu LED dapat hidup karena ada
arus yang mengalir melalui relay yang digunakan sebagai saklar,
Tegangan masukan pada relay dapat dikendalikan menggunakan transistor,
yang berfungsi sebagai saklar atau penggerak. Relay akan ON pada saat
transistor mendapat tegangan. Sedangkan pada saat transistor tidak diberi
tegangan, relay akan OFF. Rangkaian transistor sebagai penggerak relay dapat
dilihat pada Gambar 2-9.
12
Relay
Vin
Vcc
COIL
DIODE
NPN
RB
Gambar 2-9. Rangkaian transistor sebagai penggerak relay
Dioda diperlukan untuk membuang energi dalam bentuk medan listrik
yang timbul pada lilitan saat transistor dalam keadaan OFF sehingga tidak
merusak transistor. Analisis dc dari rangkaian tersebut :
0=−− BERB VVVin …………………
(2.6)
2.6 LM 555
Multivibrator adalah rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan
keluaran gelombang segi empat [4]. Multivibrator diklasifikasikan menjadi
multivibrator astabil dan monostabil. IC pewaktu 555 multiguna, dapat digunakan
sebagai multivibrator astabil atau monostabil. Skema IC ditunjukkan pada
Gambar 2-10.
13
Gambar 2-10. IC LM555 [4]
Suatu multivibrator monostabil juga disebut dengan multivibrator satu-
tembakan yang beroperasi selama jangka waktu yang sudah tertentu. Gambar 2-11
adalah suatu diagram rangkaian yang menggunakan LM 555 untuk operasi
monostabil dan bentuk gelombang masukan atau keluaran dari multivibrator
monostabil.
Gambar 2-11. IC LM 555 sebagai multivibrator monostabil [4]
14
Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan menurunkan
nilai dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :
CRTf
A1.1
11==
……………
(2.7)
Bila sebuah pulsa negatif diterapkan ke terminal 2 atau pin 2, keluarannya
menjadi tinggi dan terminal 7 menghilangkan suatu hubungan singkat dari
kapasitor. Tegangan yang melintasi C bertambah pada laju yang ditentukan RA
dan C. Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran dapat dilihat pada
Gambar 2-11. Keluaran tinggi untuk waktu diberikan oleh persamaan:
CRT AP 1.1= ………………
(2.8)
IC LM 555 dengan jaringan pulsa pemicu ditunjukkan pada Gambar 2-12.
Gambar 2-12. IC LM 555 dengan jaringan pulsa pemicu [4]
Agar pewaktu 555 memicu jenis operasi ini secara tepat, lebarnya pulsa
pemicu (trigger input) harus lebih kecil dari Ttinggi (Tp) dan sebuah jaringan pulsa
pemicu diperlukan agar keluarannya tidak berpindah pada ujung pulsa pemicu
yang menuju positip (titik P) seperti pada Gambar 2-12 [4].
15
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Perancangan Mekanik
Secara garis besar perancangan mekanik mesin cuci tangan
otomatis menggunakan sensor optocoupler dapat dilihat pada Gambar 3-1.
Gambar 3-1. Mekanik mesin cuci tangan otomatis
Dari gambar mekanik di atas, fungsi dari tiap bagian adalah sebagai
berikut:
1. Bak penampungan air
Bak penampungan air ini berfungsi sebagai tempat penampungan air
bersih yang pada akhirnya akan diteruskan atau dipompa menggunakan
pompa air. Di samping bawah bak terdapat lubang sebagai saluran
16
keluaran air menuju bagian pompa air. Gambar mekanik untuk bak
penampungan air dapat dilihat pada Gambar 3-2.
Gambar 3-2. Bak penampungan air
2. Wastafel
Wastafel ini berfungsi sebagai tempat mencuci tangan dilengkapi dengan
sensor identifikasi, kran air, dan bak penampungan air kotor. Mekanik
wastafel dapat dilihat pada Gambar 3-3.
Gambar 3-3. Mekanik wastafel
17
Pada Gambar 3-3, laser pointer dan fototransistor digunakan untuk
mendeteksi atau mengidentifikasi keberadaan suatu benda. Apabila di
wastafel tidak terdapat benda yang menghalangi sensor tersebut, maka
pompa tidak bekerja. Bak air kotor digunakan untuk menampung air yang
sudah digunakan di wastafel.
3.2 Diagram Blok
Diagram blok mesin cuci tangan otomatis dapat dilihat pada Gambar 3-4.
Gambar 3-4. Diagram blok perancangan
Penjelasan secara umum dari diagram blok pada Gambar 3-4 adalah
sebagai berikut:
1. Blok sensor identifikasi
Pada perancangan ini, sensor identifikasi menggunakan sensor
optocoupler yang berfungsi untuk mengaktifkan timer.
Benda Sensor
identifikasi Timer Pompa
air
18
2. Blok timer
Rangkain timer ini menggunakan LM 555 yang berfungsi untuk mengatur
waktu hidup pompa air. Blok ini mendapat masukan dari sensor
identifikasi.
3. Blok pompa air
Pada perancangan ini, pompa air digunakan untuk memompa air dari bak
penampungan menuju ke wastafel.
3.3 Perancangan Sistem Elektronis
Komponen penyusun perancangan sistem elektronis terdiri dari sensor
identifikasi, rangkaian timer, pengendali pompa air dan timer.
3.3.1 Sensor Identifikasi
Sensor identifikasi menggunakan rangkaian optocoupler terhalang ON
yang dihubungkan dengan op-amp sebagai pembanding dan potensio sebagai
pengatur sensitivitas sensor. Cahaya yang dipancarkan laser pointer dapat fokus
ke satu titik yaitu menuju ke fototransistor. Rancangan rangkaian sensor
identifikasi seperti pada Gambar 3-5.
19
VCC
Ouput
R51K
13
2
+
-
3
26
74
R2
21
5
4
R1
Gambar 3-5. Rangkaian sensor identifikasi
Nilai VCC yang digunakan dalam rangkaian ini adalah 12 V. Arus yang
mengalir pada laser pointer dirancang adalah 30 mA, VLP = 2,4 V (dari datasheet)
sehingga nilai R1 dapat dicari sebagai berikut:
1
1
R
LPCC
I
VVR
−=
31
1030
4,212−×
−=R
31
1030
6,9−×
=R= 330 Ω
Dari perhitungan di atas, diperoleh nilai R1 = 330 Ω. Untuk mencari nilai R2,
fototransistor dibuat agar berada pada kondisi saturasi (fototransistor tidak
terhalang) dengan menentukan VCE (saat saturasi) = 0,2V dan ICmax = 11,8mA.
Sehingga dengan mengacu pada persamaan 2.3, nilai R2 dapat dicari sebagai
berikut:
32
108,11
2,012
−×
−=R
= 1 KΩ
20
Dari perhitungan di atas, nilai resitor R2 = 1 KΩ. Logika kerja dua buah sensor
ditunjukkan Tabel 3-1.
Tabel 3-1. Logika kerja 2 buah sensor
Sensor A Sensor B Output
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Kontak relay dengan posisi normally closed (NC) diperlukan untuk fungsi
kendali, dengan tujuan mengaktifkan timer ketika sebuah benda masih mengenai
sensor lebih dari 5 detik. Kontak relay ini akan memberikan masukan yang sesuai
dengan timer. Dua buah dioda juga diperlukan agar bisa tercapai logika OR,
sehingga gambar rangkaian sensor identifikasi dan rangkaian transistor sebagai
penggerak relay secara keseluruhan seperti Gambar 3-6.
21
Gambar 3-6. Rangkaian sensor identifikasi keseluruhan
Rangkaian pada Gambar 3-6 bekerja dengan dua buah sensor. Logika
kerja sesuai dengan Tabel 3-1. Fungsi op-amp akan membandingkan nilai
tegangan VRef akibat dari potensio dengan nilai tegangan sensor yang terhubung
seri dengan kontak normally closed relay (NC). Kaki relay 3, 4, dan 5 menjadi
fungsi kendali agar timer dapat terpicu lagi setelah aktif selama 5 detik.
Sedangkan kaki relay 6, 7, dan 8 digunakan sebagai penggerak pompa air yang
akan dibahas pada bagian pengendali pompa air dan timer.
22
3.3.2 Rangkaian Timer
Rangkaian timer ini dirancang untuk mengatur waktu aktifnya pompa air
sesuai dengan keinginan. Komponen penyusun perancangan rangkaian timer
adalah Rangkaian LM 555 monostabil dan rangkaian trigger.
3.3.2.1 Rangkaian LM 555 Monostabil
Pada perancangan rangkaian LM 555, waktu yang diinginkan harus
ditentukan terlebih dahulu . Di dalam perancangan ini, waktu (Tp) yang digunakan
adalah 5 detik. Rancangan rangkaian LM 555 ditunjukkan pada Gambar 3-7.
VCC
C
C2
RA
U1LM555
2
5
3
7
6
4 8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VC
C
GN
D
VtriggerVtimer
Gambar 3-7. Rangkaian LM 555 monostabil
Waktu (Tp) yang diinginkan diperoleh dengan menentukan nilai RA dan C.
Nilai VCC yang digunakan dalam rangkaian LM 555 ini adalah 12 V. Nilai C
terlebih dahulu ditentukan yaitu sebesar 10 µF, sehingga nilai RA dapat dicari
dengan mengacu pada persamaan 2.8.
C
TR P
A1,1
=
23
Ω×=××
=−
6
610454545,0
10101,1
5AR
Dari perhitungan di atas, maka digunakan RA = 0,454545 MΩ. Masukan
LM 555 adalah tegangan keluaran rangkaian trigger (Vtrigger). Jika sensor masih
mendeteksi tangan lebih dari 5 detik, maka timer aktif kembali setelah 5 detik.
Hal tersebut disebabkan oleh kendali dari relay, seperti yang dijelaskan pada
bagian sensor identifikasi di atas.
3.3.2.2 Rangkaian Trigger (Trigger Circuit)
Nilai Ri dan Ci harus diperhatikan dalam perancangan rangkaian trigger.
Hasil perkalian dari Ri Ci harus jauh lebih kecil dari TP. Rangkaian trigger dan
relay driver ditunjukkan Gambar 3-8.
Vcc
Vcc
DIODE
2N2222
32
1
RELAY
35
412
2k8
Ri
Ci
10k
Vout comparator
Vtrigger
Gambar 3-8. Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver
Nilai Ri dan Ci ditentukan sebagai berikut :
misal: Ri = 10 KΩ dan Ci = 0,001 µF
63 10001,01010 −×××=× ii CR
s61010 −×=
24
Jika hasil perkalian Ri dan Ci dibandingkan dengan nilai TP, maka nilai Ri
= 10 KΩ dan Ci = 0,001 µF sudah memenuhi syarat untuk rangkaian trigger.
Kapasitor (Ci) membuat masukan yang masuk ke LM 555 hanya berupa pulsa
trigger, sedangkan dioda membatasi nilai puncak tegangan positif. Kegunaan dari
rangkaian trigger ini adalah meminimalkan kesalahan dalam masukan yaitu
berupa pulsa trigger. Masukan untuk rangkaian trigger diperoleh dari relay yang
dikontrol oleh relay driver. Penjelasan rangkaian relay driver (Gambar 3-8)
dibahas pada bagian pengendali pompa air dan timer.
3.3.3 Pengendali Pompa Air dan Timer
Perancangan pengendali pompa air dan timer ini bertujuan agar pompa air
dan timer dapat bekerja bersamaan (sinergi). Logika kerja antara pompa air dan
timer dapat dilihat pada Tabel 3-2.
Tabel 3-2. Logika kerja pompa air dan timer
Timer Pompa Air Air
On On keluar
Off Off tidak keluar
25
Dari Tabel 3-2 dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Jika timer mati (Off), maka pompa air mati (Off)
- Jika timer aktif (On), maka pompa air aktif (On)
Dua kondisi itu saja yang digunakan dalam rangkaian pengendali timer
dan pompa air. Rangkaian untuk pengendali ini menggunakan relay. Tombol start
menggunakan kendali otomatis yaitu sensor optocoupler (sensor identifikasi).
Agar terjadi kendali yang otomatis, pompa dihubungkan dengan kontak normally
open relay yang kemudian dari kontak tersebut dihubungkan ke sumber tegangan
220 V, sehingga pompa akan hidup ketika koil relay aktif. Pompa yang digunakan
memerlukan tegangan 220 V. Rangkaian penggerak pompa air ditunjukkan pada
Gambar 3-9.
12V
220VRi10k
RA0.4545M
R1
2k8
Ci
0.001u
C20.01u
C10u
Q12N2222
32
1
U1LM555
2
5
3
7
6
4 8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VC
C
GN
D
D2
LS1
Relay
34
5
68
712
D1
Vo1POMPA AIR
Gambar 3-9. Rangkaian penggerak pompa air
26
Agar dihasilkan transistor dalam keadaan saturasi, dibutuhkan IC > ICmin dan IC <
ICmax sehingga digunakan IC = 300 mA. Pada saat Vin = +Vsat dan transistor
saturasi dapat dihitung nilai resistor RB. Rangkaian transistor sebagai relay ini
menggunakan transistor NPN dengan jenis 2N2222, datasheet terlampir. 2N2222
memiliki ICmax = 800 mA, β = 75. Dengan menggunakan persamaan 2.6.
0=−− BERB VVVin dengan IB = IC / β
= 300×10-3
/ 75 = 4 mA
3104
7,012−×
−=
−=
B
BE
BI
VVinR
=2825 Ω
Pada kenyataan menggunakan nilai RB sebesar 2800 Ω.
27
BAB IV
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan diuraikan hasil data yang telah diambil dari mesin cuci
tangan otomatis dan pembahasan yang menunjukkan baik atau tidaknya alat
tersebut. Selain itu juga dapat diketahui apakah alat tersebut sudah sesuai dengan
perancangannya. Fungsi utama dari alat tersebut adalah untuk mencuci tangan.
Jika sensor dalam kondisi terhalang tangan, maka air keluar dan akan berhenti
dengan tunda waktu sebesar 5 detik. Gambar alat mesin cuci tangan otomatis ini
ditunjukkan pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.3.
Gambar 4.1 Alat Cuci Tangan Tampak Depan
1
2 3
4
5
28
Keterangan gambar 4.1:
1. Kran Air
2. Sensor Optocoupler (receiver)
3. Sensor Optocoupler (transmiter)
4. Power Supply
5. Rangkaian Mesin Cuci Tangan Otomatis
Gambar 4.2 Alat Cuci Tangan Tampak Samping
Gambar 4.3 Alat Cuci Tangan Tampak Atas
29
Mesin cuci tangan otomatis ini mempunyai cara kerja sebagai berikut :
- Pada saat sensor tidak terhalang benda, keluaran komparator tidak dapat
mengaktifkan timer. Timer yang tidak aktif mengakibatkan pompa air off.
- Pada saat sensor pendeteksi tangan terhalang benda selama 5 detik,
keluaran komparator dapat mengaktifkan timer. Timer yang aktif
mengakibatkan relay driver bekerja, sehingga relay sebagai saklar
menghubungkan pompa air dengan sumber PLN. Pompa air dapat
mengalirkan air menuju kran air.
- Pada saat sensor pendeteksi tangan terhalang benda selama lebih dari 5
detik, komparator mengaktifkan timer. Timer yang aktif menyebabkan
relay driver bekerja sehingga pompa air menyala selama 5 detik. Jika
sensor masih mendeteksi tangan, maka timer akan aktif kembali.
4.1 Rangkaian Sensor
Rangkaian ini menggunakan 2 buah sensor optocoupler. Jika sensor diberi
masukan berupa cahaya atau tidak terhalang, maka pompa OFF . Apabila tidak
mendapat cahaya atau terhalang, maka pompa ON. Terjadi perbedaan level
tegangan keluaran sensor optocoupler1 dan sensor optocoupler2 yang disebabkan
karena hambatan dari transistor itu sendiri. Data untuk rangkaian sensor dan
komparator ditunjukkan Tabel 4-1 sampai Tabel 4-3.
30
Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1
Kondisi
Vopto (data)
Volt
Hambatan fototransistor
kΩ
tidak terhalang benda 9,95 1,6
terhalang benda 11,5 9
Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2
Kondisi
Vopto (data)
Volt
Hambatan fototransistor
kΩ
tidak terhalang benda 10,4 2,2
terhalang benda 11,3 5,6
Tabel 4-3 Data keluaran komparator (Vref = 10,6 V)
Kondisi
Vcomp (teori)
Volt
Vcomp (data)
Volt
tidak terhalang
benda
0 0,4
terhalang benda 12 11,2
31
Data di atas terlihat perbedaan level tegangan keluaran antara kedua sensor.
Sehingga pengaturan sensitivitas (Vref) mengacu ke level tegangan keluaran
sensor optocoupler2 yaitu lebih besar dari 10,4 V. Hal itu disebabkan range level
tegangan sensor optocoupler2 sangat kecil. Perbedaan level tegangan antara
sensor optocoupler1 dan optocoupler2 tersebut dikarenakan perbedaan hambatan
di dalam fototransistor.
Tegangan keluaran komparator diperoleh dari perbandingan Vopto dengan
Vref. Dari Tabel 4-3 dapat dilihat keluaran komparator sudah mendekati
perancangan yaitu dan
4.2 Rangkaian Timer
Rangkaian timer ini memiliki bentuk keluaran gelombang dan data
pengukuran timer seperti ditunjukkan pada Gambar 4-4 dan Tabel 4-4.
Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop digital
T
V
32
Tabel 4-4 Data pengukuran timer
Kegiatan (s) (V)
1. 5,5 8,8
2. 5,5 8,8
3. 5,5 8,8
4. 5,5 8,8
5. 5,5 8,8
6. 5,5 8,8
7. 5,5 8,8
Dengan melihat Gambar 4-4 dan Tabel 4-4 dapat dilihat hasil keluaran timer :
%10100
5
55,5=×
−=waktuGalat
Dengan hasil perhitungan di atas ternyata alat tersebut mempunyai tunda
waktu sebesar 5,5 s, menyimpang sebesar 10% dari tunda waktu yang diinginkan.
Galat tersebut disebabkan oleh perbedaan nilai resistor di perancangan dengan
kenyataan. Pada kenyataan nilai resistor tersebut terdapat toleransi yang
33
menyebabkan nilai resistor meyimpang dari perancangan. Nilai R (data) diperoleh
dengan mengukur menggunakan multimeter pada saat kondisi rangkaian tidak
diberi Vcc atau kondisi rangkaian mati. Data pengukuran nilai resistor rangkaian
timer ditunjukkan Tabel 4-5.
Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer
R (teori)
MΩ
R (data)
MΩ
0,4545 0,499
Terjadi selisih nilai resistor antara teori dengan kenyataan yaitu sebesar
0,0445 MΩ atau 44,5 KΩ. Dengan kata lain nilai R pada kenyataannya
mempunyai galat sebesar:
%6,91004545,0
4545,0499,0=×
−=Galat
Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.8 dapat menghitung Tp yang
dihasilkan ketika R yang dipakai adalah 0,499 MΩ.
C
TR P
A1,1
=
66 10101,110499,0 −××××=PT = 5,489 s ≈5,5 s
Dari perhitugan di atas semakin besar nilai R mengakibatkan semakin besar
keluaran waktu dari timer (Tp).
34
Apabila sensor tangan terhalang benda lebih dari 5 detik, maka terjadi
tunda waktu untuk kondisi ON berikutnya. Keluaran dari timer mempengaruhi
kerja relay, sehingga ketika timer OFF menyebabkan relay berpindah ke NC. Jika
sensor masih mendeteksi tangan, maka timer akan aktif kembali dan relay
berpindah ke kondisi NO. Jadi tunda waktu ini disebabkan oleh kondisi kontak
relay pada saat berpindah kondisi dari normally closed ke normally open. Gambar
4-5 akan menunjukkan gelombang keluaran tunda waktu ketika sensor tangan
terhalang lebih dari 5 detik.
Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor terhalang lebih dari 5
detik
Dengan melihat Gambar 4-5 dapat dihitung tunda waktu yang terjadi sebesar :
Nilai tunda waktu tersebut karena perpindahan posisi relay dari normally closed
ke normally open.
Tunda waktu tersebut dapat juga dilihat pada masukan rangkaian trigger.
Gambar 4-6 menampilkan gelombang masukan rangkaian trigger.
T1 T2
35
Gambar 4-6 Gelombang masukan rangkaian trigger
Tunda waktu dapat dihitung dari Gambar 4-7 yaitu:
Nilai tunda waktu ini sama dengan keluaran timer yaitu sebesar 70,3 ms. Jadi
dapat dipastikan tunda waktu ini disebabkan oleh perpindahan posisi relay.
4.3 Rangkaian relay driver
Rangkaian relay driver menggunakan transistor yang bekerja sebagai
saklar. Hasil pengamatan untuk rangkaian relay driver dapat dilihat pada Tabel 4-
6.
Tabel 4-6. Data pengukuran transistor sebagai relay driver
Kondisi
Vtimer (teori)
Volt
Vtimer (data)
Volt
Ic (teori)
mA
Ic (data)
mA
VBE (teori-)
Volt
VBE (data)
Volt
Vrelay
Volt
On 12 8,8 300 215,5 0,75 0,755 12
Off 0 0 0 0 0 0 0
T1 T2
36
Perbedaan nilai IC, VBE, Vtimer tidak mempengaruhi kerja sistem karena
nilai tersebut masih dapat mengaktifkan transistor sebagai relay. Perhitungannya
dapat dilihat sebagai berikut:
V
Tegangan VBE mendekati tegangan 0,75 V transistor akan aktif. Saat
transistor aktif, koil relay mendapat tegangan masukan sebesar 12 V. Tegangan
yang masuk ke koil menyebabkan relay aktif dan menggerakan pompa air. Pompa
air mengalirkan air melalui selang menuju kran air.
37
BAB V
Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
Dari pembahasan, dapat disimpulkan bahwa :
a) Alat cuci tangan otomatis ini dapat bekerja baik dengan waktu tunda
sebesar 5,5 detik dengan galat sebesar 10%. Galat tersebut disebabkan
karena toleransi yang ada dalam komponen resistor.
b) Jika sensor pendeteksi tangan terhalang benda lebih dari 5 detik maka
akan terjadi tunda waktu 77ms untuk keadaan ON selanjutnya.
5.2. Saran
Saran untuk pengembangan alat ini adalah pengembangan untuk
pengaturan timer agar dapat sesuai dengan waktu yang diinginkan,
misalnya menggunakan microcontroller untuk pengaturan waktu yang
diinginkan.
38
DAFTAR PUSTAKA
[1] Magicien, LE, KEYCHAIN LASER DRIVER CIRCUIT.
http://www.geocities.com/lemagicien_2000/elecpage/chlaser/. Diakses
pada 8 Juni 2007
[2] Uria, Tadius, 1988, Dasar-dasar transistor, Jakarta; Departemen Pendidikan
dan Kebudayaan.
[3] Petruzella, Frank D, 1996, Elektronika Industri, Yogyakarta; Andi
[4] Coughlin, Robert F, Driscoll, Frederick F, 1985, Penguat Operasional dan
Rangkaian terpadu Linear, Jakarta, Erlangga.
39
LAMPIRAN
40
Gambar rangkaian keseluruhan:
12V
12V
12V
C10u
C20.01u
Ci
0.001u 2k8
RA0.4545M
D2
U1LM555
2
5
3
7
6
4 8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VC
C
GN
D
Q12N2222
32
1
13
2
LS1
Relay
34
5
68
712
DIODE
2N2222
32
1
R1330
R21k
R41k
R3330
RELAY
35
412
D1DIODE
DIODE
2k8
+
-
3
26
74
R51k
OPTO A
21
5
4 OPTO B
21
5
4
AC
220V
12
Ri10k10k POMPA AIR
Vopto
Vcomp
Vo1
Vtrigger
Vtimer
41
42
43
44
45
46
1
MAKALAH
Judul: Mesin Cuci Tangan Otomatis Menggunakan Sensor Optocoupler
Nama Penulis: 1 A. Bayu Primawan, ST, M.Eng, 2 Martanto, ST, MT, 3 Hendry Santoso
Instansi: Universitas Sanata Dharma Yogyakarta (Fakultas Sains Dan Teknologi)
Alamat kontak dan email: Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
ABSTRACT At many place we can find manually hand washing machine. However, it could cause a
problem if the person who use it forgot to turn off the water tap whether it is accidentally or not.
From that example, an automatic hand washing machine has been designed that will turn on the
water pump automatically based on the time setting.
These automatic hand washing machine has a mechanism to flow the water from the water tank
to the wastafel if there is a hand that detected by the sensors on the wastafel. With the process, the
hand detected by the optocoupler sensors that is the comparator input. After that, comparator
output activate timer so water pump turn on in five seconds.
On this final assignment, automatic hand washing machine was successfully made. This tool
able to work by detecting hand movement on sensors, and activating water pump in five seconds.
Then, the water pump will turn on again if optocoupler sensors are still detecting a hand.
Key words : water pump, optocoupler sensor
LATAR BELAKANG MASALAH Pada zaman yang sudah semakin modern, manusia melakukan segala sesuatu dengan praktis,
cepat, dan efisien. Manusia sering merasa malas untuk melakukan sesuatu dengan cara tradisional,
karena cara tersebut biasanya memakan waktu dan tenaga lebih banyak. Dengan adanya teknologi
modern di awal abad 20 ini tercipta sesuatu yang lebih sempurna atau terjadi perubahan yang lebih
baik. Contohnya seperti: mesin fotokopi, komputer, kamera, smartcard, hairdryer, dan lain-lain.
Teknologi canggih tidak hanya dipakai pada perusahaan-perusahaan saja tetapi sudah mulai
digunakan oleh masyarakat, tentunya sesuai dengan kebutuhan masing-masing individu. Untuk
toko-toko yang cukup besar (swalayan, supermarket, dan mall) juga berusaha memberikan
pelayanan yang praktis agar konsumen mendapat nilai kepuasan yang tinggi. Ternyata tidak hanya
dikhususkan untuk konsumen, pemilik usaha tersebut membutuhkan suatu keamanan atau security
yang canggih sehingga meminimalisasi terjadinya tindak kejahatan yang dapat merugikan
konsumen dan pemilik usaha tersebut. Dengan adanya alat-alat tersebut secara tidak langsung akan
mengefisienkan jumlah tenaga kerja dan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perusahaan.
Oleh karena keinginan memberikan pelayanan yang maksimal kepada masyarakat atau
konsumen dan pengefisienan waktu dan tenaga kerja, ternyata diaplikasikan juga dibidang
kebersihan, yaitu mesin pengering tangan otomatis. Ternyata di bidang kebersihan masih banyak
yang bisa diaplikasikan salah satunya mesin cuci tangan otomatis atau automatic washing macine.
DASAR TEORI
2.1 Laser Pointer Laser pointer merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai penunjuk dalam presentasi.
Laser pointer terdiri dari dua komponen semikonduktor yaitu laser diode (LD) dan photodiode
(PD). Tegangan yang digunakan untuk mengoperasikan laser pointer ini adalah 4,5 Volt.
Laser diode merupakan common cathode (LDC = Laser Diode Cathode) yang akan diberi
prasikap maju. Laser diode driver akan mengatur besarnya arus yang mengalir pada laser diode
berdasarkan arus yang dihasilkan oleh photodiode. Photodiode merupakan common anoda (PDA =
Photodiode Anode) yang akan diberi prasikap balik.
Laser pointer mempunyai tiga pin, yaitu LDC, PDA, dan COM (Common Positive Terminal).
Photodiode ini digunakan untuk mengatur arus laser diode dengan sebuah eksternal loop feedback.
2
2.2 Fototransistor
Fototransistor merupakan transistor yang peka terhadap cahaya pada kaki basisnya [2].
Transistor ini mempunyai kaki basis untuk menangkap sinar, sedangkan kaki yang tampak yaitu
kaki kolektor dan kaki emiter.
Sinar yang masuk ke basis akan memicu terjadinya arus basis. Semakin besar arus basis,
semakin besar pula arus kolektor yang mengalir.
Hambatan di kaki kolektor fototransistor adalah :
R C = C
CECC
I
VV −
………………… (2.1)
keterangan:
Vcc = Tegangan sumber (Volt) IC = Arus di kaki kolektor (Ampere)
VCE = Tegangan antara kaki kolektor dan emitter fototransistor (Volt)
2.3 Optocoupler
Optocoupler merupakan gabungan komponen dari infra merah atau laser pointer dengan
fototransistor. Infra merah atau laser pointer digunakan sebagai sumber cahaya untuk
fototransistor. Sistem kinerja dasar dari optocoupler yaitu saat sumber cahaya ke fototransistor
tidak terhalang, fototransistor aktif. Sedangkan saat sumber cahaya ke fototransistor terhalang,
fototransistor tidak aktif. Dalam rangkaian perlu ditambahkan resistor yang berfungsi sebagai
pengaman laser pointer dan fototransistor.
2.3.1Optocoupler Terhalang ON Optocoupler terhalang ON yaitu pada saat terhalangnya sumber cahaya ke fototransistor,
sehingga tegangan keluaran (VO) mendekati nilai tegangan masukan (Vcc). Tegangan keluaran
diambil di kaki kolektor fototransistor.
Pada kondisi terhalang dan tidak terhalang, optocoupler mempunyai persamaan:
cco VV ≈ kondisi optocoupler terhalang …………………… (2.2)
GroundVo ≈ kondisi optocoupler tidak terhalang …………………… (2.3)
2.4Pembanding Penguat operasional (Op-amp) sebagai pembanding merupakan penguat DC yang digunakan
dalam penerapan frekuensi rendah [4]. Penguat operasional sebagai pembanding mempunyai dua
terminal masukan (tak membalik dan membalik) dan satu tegangan keluaran. Keluarannya
ditunjukkan dengan persamaan berikut:
cco VV ≈ Vin lebih besar dari Vref ……………………. (2.4)
GroundVo ≈
Vin lebih kecil dari Vref ……………………. (2.5)
2.5 Relay Relay adalah suatu piranti yang akan aktif bila ada arus listrik sehingga akan timbul medan
magnet pada koil, yang berfungsi untuk mengoperasikan kontak. Relay mempunyai konektor-
konektor seperti pada saklar manual, tetapi relay dikendalikan dengan menggunakan tegangan dari
luar. Relay terdiri dari dua keadaan yaitu Normally Closed (NC) dan Normally Open (NO).
a. Normally Closed (NC)
Normally Closed adalah kondisi kontak mula-mula adalah terhubung (tertutup). Apabila
diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi terbuka.
b. Normally Open (NO)
Normally Open adalah kondisi mula-mula kontak adalah terbuka. Apabila diberi tegangan
yang mencukupi pada kumparannya, maka kontak menjadi terhubung (tertutup).
Tegangan masukan pada relay dapat dikendalikan menggunakan transistor, yang berfungsi
sebagai saklar atau penggerak. Dioda diperlukan untuk membuang energi dalam bentuk medan
listrik yang timbul pada lilitan saat transistor dalam keadaan OFF sehingga tidak merusak
transistor. Analisis dc dari rangkaian tersebut :
3
0=−− BERB VVVin ………………… (2.6)
2.6 LM 555
Multivibrator adalah rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan keluaran gelombang segi
empat [4]. Untuk keluaran tinggi dan Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan
menurunkan nilai dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :
CRTf
A1.1
11==
………… (2.7) ; CRT AP 1.1= ……………… (2.8)
Agar pewaktu 555 memicu jenis operasi ini secara tepat, lebarnya pulsa pemicu (trigger input)
harus lebih kecil dari Ttinggi (Tp) dan sebuah jaringan pulsa pemicu diperlukan agar keluarannya
tidak berpindah pada ujung pulsa pemicu yang menuju positip (titik P) [4].
PERANCANGAN
3.1 Perancangan Mekanik Dari gambar mekanik di atas, fungsi dari tiap bagian adalah sebagai berikut:
1. Bak penampungan air
Bak penampungan air ini berfungsi sebagai tempat penampungan air bersih yang pada
akhirnya akan diteruskan atau dipompa menggunakan pompa air.
2. Wastafel
Wastafel ini berfungsi sebagai tempat mencuci tangan dilengkapi dengan sensor identifikasi,
kran air, dan bak penampungan air kotor. laser pointer dan fototransistor digunakan untuk
mendeteksi atau mengidentifikasi keberadaan suatu benda.
3.2 Diagram Blok Penjelasan secara umum dari diagram blok adalah sebagai berikut:
1. Blok sensor identifikasi
Pada perancangan ini, sensor identifikasi menggunakan sensor optocoupler yang berfungsi
untuk mengaktifkan timer.
2. Blok timer
Rangkain timer ini menggunakan LM 555 yang berfungsi untuk mengatur waktu hidup
pompa air. Blok ini mendapat masukan dari sensor identifikasi.
3. Blok pompa air
Pada perancangan ini, pompa air digunakan untuk memompa air dari bak penampungan
menuju ke wastafel.
3.3 Perancangan Sistem Elektronis Komponen penyusun perancangan sistem elektronis terdiri dari sensor identifikasi, rangkaian
timer, pengendali pompa air dan timer.
3.3.1 Sensor Identifikasi
Sensor identifikasi menggunakan rangkaian optocoupler terhalang ON yang dihubungkan
dengan op-amp sebagai pembanding dan potensio sebagai pengatur sensitivitas sensor. Nilai VCC
yang digunakan adalah 12 V. Arus yang mengalir pada laser pointer adalah 30 mA, VLP = 2,4 V
sehingga nilai R1 dapat dicari sebagai berikut:
1
1
R
LPCC
I
VVR
−=
; 31
1030
6,9−×
=R= 330 Ω
Untuk mencari nilai R2, fototransistor dibuat agar berada pada kondisi saturasi dengan menentukan
VCE (saat saturasi) = 0,2V dan ICmax = 11,8mA. Sehingga dengan mengacu pada persamaan 2.3,
nilai R2 dapat dicari sebagai berikut:
32
108,11
2,012
−×
−=R
= 1 KΩ
4
3.3.2 Rangkaian Timer Komponen penyusun perancangan rangkaian timer adalah Rangkaian LM 555 monostabil dan
rangkaian trigger.
3.3.2.1 Rangkaian LM 555 Monostabil Pada perancangan rangkaian LM 555, waktu yang diinginkan harus ditentukan terlebih dahulu .
Waktu (Tp) yang digunakan adalah 5 detik. Waktu (Tp) yang diinginkan diperoleh dengan
menentukan nilai RA dan C. Nilai VCC yang digunakan adalah 12 V. Nilai C terlebih dahulu
ditentukan yaitu sebesar 10 µF, sehingga nilai RA dapat dicari dengan persamaan 2.8.
C
TR P
A1,1
= ;
Ω×=××
=−
6
610454545,0
10101,1
5AR
3.3.2.2 Rangkaian Trigger (Trigger Circuit) Nilai Ri dan Ci harus diperhatikan dalam perancangan rangkaian trigger. Hasil perkalian dari Ri
Ci harus jauh lebih kecil dari TP. Nilai Ri dan Ci ditentukan sebagai berikut :
misal: Ri = 10 KΩ dan Ci = 0,001 µF
63
10001,01010−×××=× ii CR s
61010 −×= Kegunaan dari rangkaian trigger ini adalah meminimalkan kesalahan dalam masukan yaitu berupa
pulsa trigger.
3.3.3 Pengendali Pompa Air dan Timer Perancangan pengendali pompa air dan timer ini bertujuan agar pompa air dan timer dapat
bekerja bersamaan (sinergi). Pompa yang digunakan memerlukan tegangan 220 V. Agar
dihasilkan transistor dalam keadaan saturasi, dibutuhkan IC > ICmin dan IC < ICmax sehingga
digunakan IC = 300 mA. Saat Vin = +Vsat dan transistor saturasi dapat dihitung nilai resistor RB.
Rangkaian transistor sebagai relay ini menggunakan transistor NPN dengan jenis 2N2222,
datasheet terlampir. 2N2222 memiliki ICmax = 800 mA, β = 75. Dengan menggunakan persamaan
2.6. 0=−− BERB VVVin dengan IB = IC / β
= 300×10-3
/ 75 = 4 mA
3104
7,012−×
−=
−=
B
BE
BI
VVinR
=2825 Ω
Pada kenyataan menggunakan nilai RB sebesar 2800 Ω.
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Rangkaian Sensor
Rangkaian ini menggunakan 2 buah sensor optocoupler. Data untuk rangkaian sensor dan
komparator ditunjukkan Tabel 4-1 sampai Tabel 4-3.
Tabel 4-1 Data keluaran sensor optocoupler1
Kondisi Vopto (data)
Volt
Hambatan fototransistor
kΩ
tidak terhalang benda 9,95 1,6
terhalang benda 11,5 9
Tabel 4-2 Data keluaran sensor optocoupler2
Kondisi Vopto (data)
Volt
Hambatan fototransistor
kΩ
tidak terhalang benda 10,4 2,2
terhalang benda 11,3 5,6
Tabel 4-3 Data keluaran komparator (Vref = 10,6 V)
Kondisi Vcomp (teori)
Volt
Vcomp (data)
Volt
5
tidak terhalang benda 0 0,4
terhalang benda 12 11,2
Data di atas terlihat perbedaan level tegangan keluaran antara kedua sensor. Sehingga
pengaturan sensitivitas (Vref) mengacu ke level tegangan keluaran sensor optocoupler2 yaitu lebih
besar dari 10,4 V. Perbedaan level tegangan antara sensor optocoupler1 dan optocoupler2 tersebut
dikarenakan perbedaan hambatan di dalam fototransistor.
4.2 Rangkaian Timer Rangkaian timer ini memiliki bentuk keluaran gelombang timer seperti ditunjukkan pada
Gambar 4-4
Gambar 4-4 Gambar keluaran timer menggunakan osiloskop digital
Dengan melihat Gambar 4-4 dapat dilihat hasil keluaran timer :
%10100
5
55,5=×
−=waktuGalat
Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer ditunjukkan Tabel 4-5.
Tabel 4-5 Data pengukuran nilai resistor rangkaian timer
R (teori)
MΩ
R (data)
MΩ
0,4545 0,499
Nilai R pada kenyataannya mempunyai galat sebesar: %6,9100
4545,0
4545,0499,0=×
−=Galat
Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.8 dapat menghitung Tp yang dihasilkan ketika R
yang dipakai adalah 0,499 MΩ.
C
TR P
A1,1
= ;
66 10101,110499,0 −××××=PT = 5,489 s ≈ 5,5 s
Apabila sensor tangan terhalang benda lebih dari 5 detik, maka terjadi tunda waktu untuk kondisi
ON berikutnya. Gambar 4-5 akan menunjukkan gelombang keluaran tunda waktu ketika sensor
tangan terhalang lebih dari 5 detik.
Gambar 4-5 Gambar keluaran tunda waktu saat sensor terhalang lebih dari 5 detik
Dengan melihat Gambar 4-5 dapat dihitung tunda waktu yang terjadi sebesar :
T
T1 T2
V
6
Nilai tunda waktu tersebut karena perpindahan posisi relay dari normally closed ke normally open.
Tunda waktu tersebut dapat juga dilihat pada masukan rangkaian trigger. Gambar 4-6
menampilkan gelombang masukan rangkaian trigger.
Gambar 4-6 Gelombang masukan rangkaian trigger
Tunda waktu dapat dihitung dari Gambar 4-7 yaitu:
Nilai tunda waktu ini sama dengan keluaran timer yaitu sebesar 70,3 ms.
4.3 Rangkaian relay driver Hasil pengamatan untuk rangkaian relay driver dapat dilihat pada Tabel 4-6.
Tabel 4-6. Data pengukuran transistor sebagai relay driver
Kondisi Vtimer (teori)
Volt
Vtimer (data)
Volt
Ic (teori)
mA
Ic (data)
mA
VBE (teori-)
Volt
VBE (data)
Volt
Vrelay
Volt
On 12 8,8 300 215,5 0,75 0,755 12
Off 0 0 0 0 0 0 0
Perbedaan nilai IC, VBE, Vtimer tidak mempengaruhi kerja sistem karena nilai tersebut masih
dapat mengaktifkan transistor sebagai relay. Perhitungannya dapat dilihat sebagai berikut:
V
Tegangan VBE mendekati tegangan 0,75 V transistor akan aktif. Saat transistor aktif,
pompa air mengalirkan air melalui selang menuju kran air.
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan, dapat disimpulkan bahwa :
a) Alat cuci tangan otomatis ini dapat bekerja baik dengan waktu tunda sebesar 5,5 detik dengan
galat sebesar 10%. Galat tersebut disebabkan karena toleransi yang ada dalam komponen
resistor.
b) Jika sensor pendeteksi tangan terhalang benda lebih dari 5 detik maka akan terjadi tunda waktu
77ms untuk keadaan ON selanjutnya.
5.2 Saran Saran untuk pengembangan alat ini adalah pengembangan untuk pengaturan timer agar dapat
sesuai dengan waktu yang diinginkan, misalnya menggunakan microcontroller untuk pengaturan
waktu yang diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Magicien, LE, KEYCHAIN LASER DRIVER CIRCUIT.
http://www.geocities.com/lemagicien_2000/elecpage/chlaser/. Diakses pada 8 Juni 2007
[2] Uria, Tadius, 1988, Dasar-dasar transistor, Jakarta; Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
[3] Petruzella, Frank D, 1996, Elektronika Industri, Yogyakarta; Andi
[4] Coughlin, Robert F, Driscoll, Frederick F, 1985, Penguat Operasional dan Rangkaian terpadu
Linear, Jakarta, Erlangga.
T1 T2
