TUGAS BESAR SENSOR DAN AKTUATOR

ROBOT PENGANTAR BERKAS SURAT MENGGUNAKAN SENSOR GARIS PHOTODIODA

Disusun Oleh:

NASRUDIN / 10209022

JURUSAN SISTEM KOMPUTER

FAKULTAS ILMU DAN TEKNIK KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

2014

BAB I

DASAR TEORI

Photodioda

Sensor photodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, sensor

photodioda akan mengalami perubahan resistansi pada saat menerima intensitas

cahaya dan akan mengalirkan arus listrik secara forward sebagaimana dioda pada

umumnya. Sensor photodioda adalah salah satu jenis sensor peka cahaya

(photodetector). Photodioda merupakan piranti semikonduktor dengan struktur

sambungan p-n yang dirancang untuk beroperasi bila di biaskan dalam keadaan

terbalik, untuk mendeteksi cahaya.

Ketika energi cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada

sambunga photodioda, arus mengalir dalam sirkuit eksternal. Komponen ini

kemudian akan bekerja sebagai generator arus yang arusnya sebanding dengan

intensitas cahaya itu. Cahaya diserap di daerah penyambungan atau daerah intrinsik

menimbulkan pasangan elektron-hole yang mengalami perubahan karakteristik

elektris ketika energi cahaya melepaskan pembawa muatan dalam bahan itu,

sehingga menyebabkan berubahnya konduktivita. Hal inilah yang menyebabkan

photodioda dapat menghasilkan tegangan/arus listrik jika terkena cahaya. Hal ini

dapat di tunjukan dengan rumus di bawah ini:

Eg=h . cλatau Eg=h . f

Dimana Eg = Energi foton

H = potensial ionisasi (4,136.10-15 eV)

C = kecepatan cahaya (3.108 m/s)

λ = panjang Gelombang Cahaya (m)

Mode Operasi

Photodioda dapat dioperasikan dalam 2 mode yang berbeda:

1. Mode potovolatik

Seperti solar sel, penyerapan pada photodioda menghasilkan tegangan yang

dapat diukur. Bagaimanapun tegangan yang dihasilkan dari energi cahaya ini

sedikit linier dan range perubahannya sangat kecil.

2. Mode potokonduktivitas

Disini photodioda diaplikasikan sebagai tegangan reverse (tegangan balik)

dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan

dihantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus poto (hal ini

juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol). Ketergantungan arus

poto pada kekuatan cahaya dapat sangat linier.

Karakteristik bahan photodioda:

1. Silikon (Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus

antara 400 nm sampai 1000 nm (terbaik antara 800 sampai 900 nm).

2. Germanium (Ge) arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik

antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 nm sampai 1500 nm).

3. Indium Gallium Arsenida (InGaAs) : mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan

sensitivitas baik pada jarak 800 nm sampai 1700 nm (terbaik antara 1300 nm

sampai 160 nm).

Simbol photodioda adalah sebagai berikut:

Motor DC

Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah

pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan

medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan

jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana

namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional.

Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat berputar sebagai

berikut.

Bagian Atau Komponen Utama Motor DC

Kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara

dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi ruang terbuka

diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau

lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.

Current Elektromagnet atau Dinamo. Dinamo yang berbentuk silinder,

dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor

DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh

kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.

Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.

Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak

mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan

mengatur:

Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan

kecepatan

Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan

dalam persamaan berikut:

Gaya Elektromagnetik (E)

Dimana:

E = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

Ia = arus dinamo

K = konstanta persamaan

Jenis-Jenis Motor DC Motor DC

Sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber

terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited, Pada jenis motor DC sumber daya

sendiri di bagi menjadi 3 tipe sebagi berikut :

Motor DC Tipe Shunt

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara

paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus dalam jalur

merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah :

Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga

torque tertentu setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena itu cocok

untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti

peralatan mesin.

Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam

susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang

tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

Motor DC Tipe Seri

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri

dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus

dinamo.

Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :

Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM

Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor

akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor DC Tipe Kompon/Gabungan

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor

kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri

dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan

awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

Karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan ini adalah, makin tinggi

persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan

secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh

motor ini.

Limit Switch

Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang

berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar Push

ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas

penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak

ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang

akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor

tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda

(objek) yang bergerak.

Simbol limit switch ditunjukan pada gambar berikut. Simbol Dan Bentuk Limit Switch

Limit switch umumnya digunakan untuk : Memutuskan dan menghubungkan

rangkaian menggunakan objek atau benda lain. Menghidupkan daya yang besar,

dengan sarana yang kecil. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek. Prinsip

kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas/daerah

yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan

rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO (Normally

Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika

tombolnya tertekan.  Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar

di bawah.

Konstruksi Dan Simbol Limit Switch

BAB II

PERANCANGAN

2.1 Fungsi Alat

Alat ini berfungsi mempuanyai tujuan utama yaitu untuk membantu dan

mempermudah pekerjaan manusia di suatu perkantoran, alat ini nantinya di gunakan

untuk mengantarkan berkas2 surat dari meja ke meja sehingga pegawai tidak perlu

beranjak dari tempatnya bekerja dan alat inilah yang nanti akan menggantikan tugas

dalam mengantarkan berkas-berkas tersebut.

2.2 Diagram Blok Sistem

Keterangan :

1. Photodioda sebagai sensor cahaya yang berkerja berdasarkan intensitas

cahaya yang mengenainya, photodioda akan membaca permukaan hitam

atau putih yang nantinya akan menentukan aksi untuk aktuator.

2. Mikrokontroller merupakan suatu perangakat pengambil keputusan yang akan

di gunakan untuk menentukan aksi dari aktuator yang dimana data dari

sensor akan di proses oleh mikrokontroller ketika sensor berada di

permukaan putih atau hitam.

3. Driver motor sebagai IC penggerak untuk menggerakan motor DC apakah

harus bergerak maju atau mundur.

4. Motor DC digunakan sebagai output atau keputusan akhir dari hasil

pembacaan sensor yg sebelumnya telah di proses oleh mikrokontroller.

5. Limit Switch digunakan untuk memastikan bahwa surat/berkas yg di antarkan sudah di ambil apa belum, yang nantinya akan memberikan status kepada mikrokontroller dan kemudian akan menggerakan motor untuk kembali ke posisi semula.

2.3 Prinsip Kerja

Photodioda

Sensor garis atau sensor proximity adalah jenis sensor yang yang berfungsi

mendeteksi warna garis hitam atau putih, Biasanya sensor garis ini terdapat pada

robot line follower atau line tracking. Dan sifat dari photo diode sendiri adalah jika

semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi pada diode semakin

kecil.

Dari rangkaian diatas dapat di ketahui bahwa ketika sensor tidak terkena

cahaya dari LED atau terkena garis hitam maka output tegangan akan mendekati

tegangan sumber (Logika high ) karena photodioda berada dalam kondisi reverse

bias dan ketika terkena cahaya atau terkena garis putih maka output photodioda

akan bernilai kecil mendekati 0 (logika Low) karena photodioda berada dalam

kondisi forward bias.

Ilustrasi pembacaan sensor

Dari ilustrasi diatas, gambar no.1 menunjukan bahwa hanya satu sensor yang

berada di atas garis hitam, jika sensor yang kanan berada di permukaan putih maka

hanya motor kanan yang akan bergerak sampai sensor yang kanan berada di atas

permukaan yang hitam begitu pun pada gambar no. 2 sampai posisi kedua sensor

berada tepat diatas garis hitam seperti pada gambar no.3.

Driver Motor IC L293D

IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat

dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang

dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber

tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang digunakan adalah

totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor DC yang

berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap

drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah

motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.

Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D.

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D

Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima

perintah untuk menggerakan motor DC.

Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC

Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver

yang dihubungkan ke motor DC

Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC,

dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol dirver

dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang

dikendalikan.

Pin GND (Ground) adalah jalur yang harus dihubungkan ke ground,

pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah

pendingin kecil.

Motor DC

Motor DC adalah sebuah mesin listrik yang berfungsi mengubah tenaga listrik

DC menjadi tenaga mekanik (gerak). Tenaga gerak tersebut berupa putaran motor.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan

untuk diubah menjadi energi mekanik. Bagian utama motor DC adalah stator dan

rotor dimana kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak

berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Bentuk motor

paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara

kutub-kutub magnet permanen.

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh

komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu

lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan

untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Motor DC sederhana

Prinsip Dasar Cara Kerja Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan

magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus

pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor dapat

dilihat pada gambar berikut.

Gambar medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor

Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis

fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol

mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis

fluks. Gambar diatas menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar

konduktor berubah arah karena bentuk U. Medan magnet hanya terjadi di sekitar

sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut.

Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara

dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan

magnet kutub.

Gambar reaksi garis fluks

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan

(looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung

B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub

dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha

bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang

berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan

medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun

agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat

angker dinamo berputar searah jarum jam.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran /

loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan

mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar

kumparan.

Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan

tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan

menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah

tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun

sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet

disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai

tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada

gambar di bawah ini :

Gambar prinsip kerja motor DC

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna,

maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang

disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang

dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.

Prinsip Arah Putaran Motor Untuk menentukan arah putaran motor digunakan

kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan

magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet

memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari,

maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang

besarnya sama dengan F.

Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam

pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada

penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah

besar.

Flowchart Sistem

BAB III

FEATUR DAN KARAKTERISTIK

Featur Sensor Photodioda

Photodioda memiliki beberapa featur yang cukup baik untuk sebuah senor

cahaya dikarenakan ememliki feature sebagai berikut:

Fast response time

High photo sensitivity

Small junction capacitance

Feature Driver Motor DC IC L293D

Driver motor DC IC L293D memiliki feature yang lengkap untuk sebuah driver

motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan

dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor DC. Feature yang

dimiliki driver motor DC IC L293D sesuai dengan datasheet adalah sebagai berikut :

Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V

Separate Input-Logic Supply

Internal ESD Protection

Thermal Shutdown

High-Noise-Immunity Inputs

Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D

Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)

Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)

Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)

Motor DC

Spesifikasi motor DC yang digunakan adalah sebagai berikut :

DAFTAR PUSTAKA

http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsip-kerja-motor-dc/

http://elektronika-dasar.web.id/komponen/driver-motor-dc-l293d/