INCUBATOR BAYI
1. Tujuan [back]
- Membuat Rangkaian Incubator Bayi dengan Proteus
- Mengetahui cara kerja Sensor Suhu LM35, Sound Sensor, Sensor LDR, dan Vibration Sensor
- Dapat membuat rangkaian incubator menggunakan Sensor Suhu LM35, Sound Sensor, Sensor LDR, dan Vibration Sensor
2. Alat dan Bahan [back]
Alat
Instrument
1. DC Voltmeter
Generator Daya
1. Baterai
- Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
- Output voltage: dc 1~35v
- Max. Input current: dc 14a
- Charging current: 0.1~10a
- Discharging current: 0.1~1.0a
- Balance current: 1.5a/cell max
- Max. Discharging power: 15w
- Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
- Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
- Ukuran: 126x115x49mm
- Berat: 460gr
Output voltage: 5V
Output Current: MAX 3A
Output power:15W
conversion efficiency: 96%
Bahan
.jpeg)
Spesifikasi:
Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
3. Transistor
Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.
Spesifikasi:
4. OP -AMP
Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
.jpeg)
3. Sensor Sound
Sensor Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.
- Working voltage: DC 3.3-5V
- Dimensions: 45 x 17 x 9 mm
- Signal output indication
- Single channel signal output
- With the retaining bolt hole, convenient installation
- Outputs low level and the signal light when there is sound
5. Sensor Suhu LM35
- Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
- Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC
- Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
- Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
- Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
- Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Pinout:
Spesifikasi :
- Tegangan maksimum (DC): 150V
- Konsumsi arus maksimum: 100mW
- Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 4.100KΩ
- Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)
- Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N.
spesifikasi:
.png)
.png)
2. Relay
.jpg)
.png)
.jpg)
.png)
4. Buzzer
.jpg)
Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.
Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).
pinout:
spesifikasi:
3. Dasar Teori [back]
Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.
Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.
1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor.
Spesifikasi :
- Bi-Polar Transistor
- DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
- Continuous Collector current (IC) is 100mA
- Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
- Base Current(IB) is 5mA maximum
Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Karakteristik penguat ideal adalah:
- Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
- Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
- Impedansi output sangat kecil (Zo <<).
Konfigurasi PIN LM741:
Spesifikasi:
Respons karakteristik kurva I-O:
3) Sensor Sound
Sensor Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.
- Working voltage: DC 3.3-5V
- Dimensions: 45 x 17 x 9 mm
- Signal output indication
- Single channel signal output
- With the retaining bolt hole, convenient installation
- Outputs low level and the signal light when there is sound
4. Sensor Suhu LM35
- LM35, LM35A -> range pengukuran temperature -55ºC hingga +150ºC.
- LM35C, LM35CA -> range pengukuran temperature -40ºC hingga +110ºC.
- LM35D -> range pengukuran temperature 0ºC hingga +100ºC.
- Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC
- Low self-heating, sebesar 0.08 ºC
- Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V
- Tidak memerlukan pengkondisian sinyal
- Membutuhkan tegangan untuk beroperasi.
- Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
- Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC
- Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
- Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
- Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
- Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Pinout:
Spesifikasi :
- Tegangan maksimum (DC): 150V
- Konsumsi arus maksimum: 100mW
- Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 4.100KΩ
- Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)
- Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius
7. Baterai
Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).
Dari grafik di atas, terlihat pada suhu operasional baterai yang lebih rendah, siklus hidup baterai lebih lama. Siklus hidup baterai juga tergantung dari DoD, artinya baterai yang dikosongkan hanya 50% dari kapasitasnya, berumur lebih lama jika dikosongkan hingga 80%, namun membuat sistem menjadi lebih mahal, karena membutuhkan kapasitas baterai lebih besar untuk mengakomodasi kebutuhan yang sama.
Jika pada suhu operasional lebih rendah, umur baterai lebih lama, namun ada efek negatif berkaitan dengan kapasitas baterai. Pada suhu yang lebih rendah, kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkan karena pada suhu yang lebih tinggi, reaksi kimia yang terjadi pada baterai bergerak lebih aktif/cepat, sehingga kapasitas baterai cenderung lebih tinggi.
Terkadang, pada suhu yang lebih tinggi, kapasitas baterai justru dapat lebih besar dari angka nominalnya, meskipun pada suhu tinggi, elemen baterai terlalu aktif, juga berakibat buruk pada kesehatan baterai.
4. Percobaan [back]
1. Prosedur Percobaan
- Sususnlah setiap komponen yang diperlukan di aplikasi proteus.
- Sambungkan setiap rangkaian dengan kabel di aplikasi proteus.
- Jalankan simulasi rangkaian dengan menekan tombol play di aplikasi proteus.
1. Ketika suhu berada >35 derajat celcius
.png)
2. Ketika suhu berada <33 derajat celcius
.png)
.png)
1) Ketika suhu panas (>35o)
Misalnya sensor suhu lm 35 menunjukkan angka 37o :
Ketika berada pada suhu >34 derajat: arus pada sumber tegangan sebesar 9V masuk ke sensor LM35 sehingga arus akan mengalir menuju ke kaki non inverting op amp, 1° pada sensor lm35 sama dengan 0,01 V sehingga ketika suhu 35, tegangan yg terbaca dikaki non inverting op amp adalah 0,01x35 = 0,35V. Rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer dgn maksimal tegangan sebesar 1V. Cara mencari nilai tegangan referensi, persentase potensiometer yang dipakai dikali maksimal tegangan referensi, akan didapatkan (34%x1=0,34V). Kemudian, di rangkaian detektor non inverting, terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat. didapat dgn rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini, krna tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 8V. Arus akan melewati R23 dimana pada R23 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb (9-0,008x1000=kurang lebih sekitar 1V an). Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,99 V, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 9V mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju buzzer dan buzzer berbunyi.
Saat buzzer hidup, sound sensor akan merespon suara buzzer, sehingga sound sensor (berlogika 1) mengeluarkan tegangan output 5 volt, tegangan output diumpankan ke input non inverting op-amp, op-amp akan mengkalkulasikan tegangan output sensor, op-amp dirancang menggunakan penguat input non inverting sebesar 2x lipat yaitu diperoleh dari rumus (RF/RI+1).Vin) sehingga output op-amp 10 volt. Lalu arus diteruskan ke resistor R10, lalu tegangan dari resistor R10 diumpankan ke kaki base transistor BC547 Q2, sehingga transistor BC547 Q2 akan aktif. Pada transistor BC547 Q2 menggunakan self bias. Saat transistor BC547 Q2 aktif, maka tegangan dari power 9v mengeluarkan arus menuju relay, lalu kolector, lalu ke emitor dan ke ground. Sehingga batrai akan mengeluarkan tegangan dan mengaktifkan pendingin.
Misalnya sensor suhu lm 35 menunjukkan angka 32o :
Ketika berada pada suhu <33°, maka arus dari tegangan sumber sebesar 9v akan mengalir ke sensor lm35 sehingga arus akan mengalir menuju ke kaki non inverting op amp, 1° pada sensor lm35 sama dengan 0,01 V sehingga ketika suhu 32, tegangan yg terbaca dikaki non inverting op amp adalah 0,01x32 = 0,32 V. Rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer dgn maksimal tegangan sebesar 1V. Cara mencari nilai tegangan referensi, persentase potensiometer yang dipakai dikali maksimal tegangan referensi, akan didapatkan (31%x1=0,31V). Kemudian, di rangkaian detektor non inverting, terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat. didapat dgn rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini, krna tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 8V. Arus akan melewati R4 dimana pada R4 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb (9-0,008x1000=kurang lebih sekitar 1V an). Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,99 V, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 9V mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka relay akan berpindah ke kiri sehingga batrai sebesar 12V mengakibatkan lampu menyala. Ini ,menandakan suhu dalam keadaan dingin.
Selanjutnya ke sensor ldr, sensor ldr ini mendapat tegangan dari power supply sebesar 9v menuju resistor lalu ke kaki pertama sensor ldr kemudian ke kaki kedua sensor ldr dan menuju ground (Ini Ketika tidak ada cahaya yang ditangkap sensor). Ketika lampu nya menyala, cahayanya akan ditangkap oleh sensor ldr ini sehingga kaki pertama sensor ldr akan melanjutkan arus masuk ke kaki inverting op amp detector dimana sifatnya Vin(-)<Vref(+) maka outputnya sama dengan +Vcc (+Saturasi) sehingga output opamp sebesar 12 Volt. Karena terlalu besar, diumpankan ke resistor sehingga tegangan yang masuk ke kaki base transistor sebesar 0,88 volt. Sehingga tegangan sebesar 0,88 volt ini dapat membuat transistor on, dimana transistor sendiri dapat on pada tegangan 0,6-0,7 volt atau lebih. Ini mengakibatkan power suplay mengeluarkan tegangan menuju relay,lalu ke kolektor,lalu ke emitor dan juga ke ground. Karena adanya tegangan pada relay,maka relay on dan switch berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan tegangan menuju resistor dan heater sehingga heater(penghangat) aktif.
3. Ketika ada getaran
Ketika getaran terjadi, maka sensor vibration akan mendeteksi adanya getaran sehingga logicstate akan berlogika satu, sehingga sensor vibration mengeluarkan tegangan output sebesar 5V, tegangan keluaran dari sensor vibration akan menuju ke Op amp yang bertindak sebagai non inverting amplifier. Dimana terjadi penguatan sebanyak 2 kali Rumusnya adalah R1f dibagi Ri tambah 1 kemudian dikali Vinput sehingga didapatkan Voutnya 10 V. Kemudian tegangan akan mengalir melalui R4 dan menuju kekaki base transistor , dimana tipe transistornya adalah fixed bias. Karena tegangan di kaki base telah cukup maka transistor Q3 aktif. Karena transistor Q3 telah aktif maka ada arus dari power supply menuju relay terus ke kolektor menuju emitor dan ke ground. Karena relay aktif, maka switch relay bergesernya ke arah kiri sehingga loop pada relay akan tertutup. Dengan menutupnya rangkain loop relay maka ada arus yang mengalir sehingga buzzer berbunyi menandakan adanya getaran.
