MESIN CUCI TANGAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR OPTOKOPLER

  

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

  

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

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

MOTO DAN PERSEMBAHAN

  … ! "

  !

  

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

  

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

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.

  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

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………………… i

  …………………… iii

  HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING

  ………………………………………… iv

  HALAMAN PENGESAHAN

  ……………………………. v

  PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

MOTO DAN PERSEMBAHAN …………………………………….. vi

  ………………………………………………………………… vii

  INTISARI

  ............................................................................................... viii

  ABSTRACT

KATA PENGANTAR …………………………………………………. ix

  …………………………………………………………….. xi

  DAFTAR ISI

  DAFTAR TABEL………………………………………………………….. xiv DAFTAR GAMBAR………………………………………………………. xv

  ..................................................................... 1

  BAB I. PENDAHULUAN

  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

  BAB II. DASAR TEORI

  3.3 Perancangan sistem elektronis…………………………………….... 18

  4.2 Rangkaian timer.................................................................................. 31

  4.1 Rangkaian sensor................................................................................ 29

  27

  BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN …….

  3.3.3 Pengendali pompa air dan timer………………………..... 24

  3.3.2.2 Rangkaian trigger……………………………… 23

  3.3.2.1 Rangkaian LM 555 monostabil………………... 22

  3.3.2 Rangkaian timer………………………………………….. 21

  3.3.1 Sensor identifikasi………………………………………... 18

  3.2 Diagram Blok……………………………………………………...... 17

  ………………………………………………. 5

  3.1 Perancangan Mekanik…………………………………………......... 15

  …………………………………………. 15

  BAB III. PERANCANGAN

  2.6 LM 555……………………………………………………………… 12

  2.5 Relay ………………………………………………………………… 9

  2.4 Pembanding ………………………………………………………… 8

  2.3.1 Optocoupler Terhalang ON…………………………........ 8

  2.3 Optocoupler ………………………………………………………… 7

  2.2 Fototransistor …………………………………………………......... 6

  2.1 Laser pointer……………………………………………………….. 5

  4.3 Rangkaian relay driver……………………………………………… 35

  ………………………………………. 37

BAB V. Kesimpulan dan Saran

  5.1 Kesimpulan…………………………………………………………. 37

  5.2 Saran ……………………….............................................................. 37 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  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

  

DAFTAR GAMBAR

  12. Gambar 2-12 IC LM555 dengan jaringan pulsa pemicu..................... 14

  21. Gambar 3-9 Rangkaian penggerak pompa air................................... 25

  20. Gambar 3-8 Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver ............ 23

  19. Gambar 3-7 Rangkaian LM 555 monostabil..................................... 22

  18. Gambar 3-6 Rangkaian sensor identifikasi keseluruhan................... 21

  17. Gambar 3-5 Rangkaian sensor identifikasi ....................................... 19

  16. Gambar 3-4 Diagram blok perancangan ........................................... 17

  15. Gambar 3-3 Mekanik wastafel .......................................................... 16

  14. Gambar 3-2 Bak penampungan air ................................................... 16

  13. Gambar 3-1 Mekanik mesin cuci tangan otomatis............................ 15

  11. Gambar 2-11 IC LM555 sebagai multivibrator monostabil ............... 13

  1. Gambar 2-1 Rangkaian laser pointer……………………………….. 5

  10. Gambar 2-10 IC LM555...................................................................... 13

  9. Gambar 2-9 Rangkaian transistor penggerak relay………………… 12

  8. Gambar 2-8 Relay ON....................................................................... 11

  7. Gambar 2-7 Relay OFF ..................................................................... 11

  6. Gambar 2-6 Simbol relay………………………………………….. 10

  5. Gambar 2-5 Rangkaian Pembanding……………………………….. 9

  4. Gambar 2-4 Rangkaian optocoupler terhalang ON............................. 8

  3. Gambar 2-3 Rangkaian fototransistor………………………………. 7

  2. Gambar 2-2 Cara kerja laser pointer……………………………………. 6

  22. Gambar 4-1 Alat cuci tangan tampak depan ..................................... 27

  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

BAB I BAB I BAB I BAB 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,

  , dan lain-lain.

  hairdryer

  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.

  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.

  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.

  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.

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.

  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.

  VCC _{R VO terbuka f ototransistor Basis 1}

  2 Gambar 2-3. Rangkaian fototransistor

  Berdasarkan Gambar 2-3, hambatan di kaki kolektor fototransistor adalah :

  V − _{CC CE}

  V _{C C}

  I R = …………………

  (2.1) keterangan: Vcc = Tegangan sumber (Volt) V = Tegangan antara kaki kolektor dan emitter fototransistor (Volt)

  CE

  I = Arus di kaki kolektor (Ampere)

  C

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.

2.3.1 Optocoupler Terhalang ON

  Optocoupler terhalang ON yaitu pada saat terhalangnya sumber cahaya ke

  fototransistor, sehingga tegangan keluaran (V ) mendekati nilai tegangan

  O masukan (V ). Tegangan keluaran diambil di kaki kolektor fototransistor. cc Rangkaian optocoupler terhalang ON ditunjukkan Gambar 2-4. _VCC

R1 R2

  _{2 1 3 4 VO}

Gambar 2-4. Rangkaian optocoupler terhalang ON

  Pada kondisi terhalang dan tidak terhalang, optocoupler mempunyai persamaan:

  V V _{o cc} ≈ kondisi optocoupler terhalang …………………… (2.2) V ≈ Ground _o

  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 membalik, maka keluarannya rendah. Rangkaian penguat opersional sebagai pembanding ditunjukkan pada Gambar 2-5.

  V CC

  4 LM324

  3 V OUT +

  IN

  1 V

  2 _-

  1

  11

  2 V ref

  3 Gambar 2-5. Rangkaian pembanding

  Tegangan keluaran akan sama dengan atau mendekati V apabila

  cc

  tegangan masukan (V ) lebih besar daripada tegangan referensi V . Sebaliknya

  IN ref

  apabila V lebih kecil dari Vref , maka tegangan keluaran akan sama dengan

  IN ground .

  V ≈ _{o cc}

  V Vin lebih besar dari V ……………………. (2.4) ref

  V Ground _o ≈

  Vin lebih kecil dari V ……………………. (2.5)

  ref

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) 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).

  5 NC COM

  3

  4 NO

  1 INPUT .

  2 RELAY

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.

  

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.

  Vcc _{COIL RB DIODE} Relay NPN Vin

  

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 :

  Vin

  V V

  − − = _{RB BE} …………………

  (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.

  

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] Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :

  1

  1

  f = = T

  1 .

  1 R C _A ……………

  (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 R

  A

  dan C. Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran dapat dilihat pada Gambar 2-11. Keluaran tinggi untuk waktu diberikan oleh persamaan:

  T = _{P A} 1 .

  1 R C ………………

  (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 ( ) dan sebuah jaringan pulsa

  T tinggi T p

  pemicu diperlukan agar keluarannya tidak berpindah pada ujung pulsa pemicu yang menuju positip (titik P) seperti pada Gambar 2-12 [4].

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 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 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.

  Sensor Pompa

  Benda Timer identifikasi air

  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.

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.

R1 R2 R5

  VCC _{1K 7 + 2 1 4 5 1 2}

  3 Ouput _{- 2 4 6}

  3 Gambar 3-5. Rangkaian sensor identifikasi

  Nilai V yang digunakan dalam rangkaian ini adalah 12 V. Arus yang

  CC

  mengalir pada laser pointer dirancang adalah 30 mA, V = 2,4 V (dari datasheet)

  LP

  sehingga nilai R dapat dicari sebagai berikut:

  1 V − _{CC LP}

  V R = ₁ I _{R 1}

  12 2 ,

  4 −

  R ₁ = _{− 3}

  30

  10 × 9 ,

  6 R ₁ = _{− 3}

  30

  10 ×

  = 330 Dari perhitungan di atas, diperoleh nilai R = 330 . Untuk mencari nilai R

  1 2,

  fototransistor dibuat agar berada pada kondisi saturasi (fototransistor tidak terhalang) dengan menentukan V (saat saturasi) = 0,2V dan I = 11,8mA.

  CE Cmax

  Sehingga dengan mengacu pada persamaan 2.3, nilai R dapat dicari sebagai

  2

  berikut: 12 ,

  2 −

  R ₂ = _{− 3} 11 ,

  8

  10 ×

  = 1 K Dari perhitungan di atas, nilai resitor R = 1 K . Logika kerja dua buah sensor

  

2

ditunjukkan Tabel 3-1.

  

Tabel 3-1. Logika kerja 2 buah sensor

  Sensor A Sensor B Output

  1

  1

  1

  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.

  

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 V akibat dari potensio dengan nilai tegangan sensor yang terhubung

  Ref

  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.

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 (T ) yang digunakan

  p adalah 5 detik. Rancangan rangkaian LM 555 ditunjukkan pada Gambar 3-7. _{VCC Vtrigger 5}

_{2 C}

_{TR Q CV THR 4 R C D N DIS 8 V 6 3 Vtimer 7} RA _{C2 LM555 U1 1} G _C Gambar 3-7. Rangkaian LM 555 monostabil Waktu (T ) yang diinginkan diperoleh dengan menentukan nilai R dan C. p

  A

  Nilai V yang digunakan dalam rangkaian LM 555 ini adalah 12 V. Nilai C

  CC

  terlebih dahulu ditentukan yaitu sebesar 10 µF, sehingga nilai R dapat dicari

  A dengan mengacu pada persamaan 2.8.

  T _P R _A = 1 ,

1 C

  5 ₆ R = = , 454545 × _{A − 6} 10 Ω 1 , 1 × 10 ×

  10 Dari perhitungan di atas, maka digunakan R = 0,454545 M . Masukan

  A

  LM 555 adalah tegangan keluaran rangkaian trigger (V ). Jika sensor masih

  trigger 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 R dan C harus diperhatikan dalam perancangan rangkaian trigger.

  i i

  Hasil perkalian dari R C harus jauh lebih kecil dari T . Rangkaian trigger dan

  i i P relay driver ditunjukkan Gambar 3-8.

_10k

_{Vcc Ri DIODE Vcc Vtrigger 3 2 1 RELAY} Ci _{4 5 Vout comparator} 2k8 _{2 1 3 2N2222}

Gambar 3-8. Rangkaian trigger dan Rangkaian relay driver

  Nilai R dan C ditentukan sebagai berikut :

  i i

  misal: R = 10 K dan C = 0,001 µF

  i i _{3 − 6} R C

  10 10 , 001

  × = × × × 10 _{i i − 6}

  10 10 s = × Jika hasil perkalian R dan C dibandingkan dengan nilai T , maka nilai R

  i i P i = 10 K dan C = 0,001 µF sudah memenuhi syarat untuk rangkaian trigger. i

  Kapasitor (C ) membuat masukan yang masuk ke LM 555 hanya berupa pulsa

  i

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 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