Alarm Keamanan Brankas - Aplikasi Gerbang Logika



1. Tujuan [Daftar]
1. Mendesain rangkaian Alarm Keamanan Brankas.
2. Memahami cara kerja rangkaian Alarm Keamanan Brankas.
3. Melakukan simulasi rangkaian Alarm Keamanan Brankas.

2. Alat dan Bahan [Daftar]
2.1 Alat [Daftar]
1. Power Supply DC
Berfungsi untuk mensuplai tegangan DC pada rangkaian.

2. Voltmeter
Berfungsi untuk mengukur tegangan pada rangkaian.

3. Amperemeter
Berfungsi untuk mengukur arus pada rangkaian.

2.2 Bahan [Daftar]
1. Resistor dan potensiometer

*Resistor 1k Ohm
Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian.
Potensiometer merupakan jenis Variable Resistor yang nilai resistansinya dapat berubah-ubah dengan cara memutar porosnya melalui sebuah tuas.

Fitur Potensiometer:
1. Rating daya 0.3W
2. Tegangan input maksimal 200V DC
3. Kemampuan putaran 2 juta kali

Datasheet Resistor

ctt: SFR16S(biru muda); SFR25(hijau muda); SFR25H(merah kecoklatan).


Datasheet Potensiometer

2. Transistor NPN (BC548/BC547)
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian water level sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Fitur:
1. DC Current gain(hfe) maksimal 800
2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V
4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Datasheet Transistor BC548 dan BC547

3. Op-Amp LM358
LM358 terdiri dari dua op-amp independen dengan kompensasi frekuensi tinggi. Perangkat ini memiliki drain arus power supply yang rendah. Pada rangkaian ini akan digunakan sebagai komparator.

Fitur:
1. Frekuensi dikompensasi internal untuk unity gain.
2. Penguatan DC yang tinggi: 100dB.
3. Supply 1.5V ~ 16V.
4. Supply arus 700uA.
5. Cocok untuk dioperasikan dengan baterai.
6. Tegangan dan arus Offset input rendah.
7. Kisaran tegangan input diferensial sama dengan tegangan catu daya.

Konfigurasi Pin LM358

Pin Number Pin Name Description
1 & 7 OUT1 & OUT2 Output Op Amp 1 dan 2
2 & 6 IN1(+) & IN2(+) Input Non-Inverting 1 dan 2
3 & 5 IN1(-) & IN2(-) Input Inverting 1 dan 2
4 GND Ground
8 VCC Input tegangan VCC

Datasheet Op-Amp LM358


4. OR gate (IC 4071)
OR adalah suatu gerbang yang bertujuan untuk menghasilkan logika output berlogika 0 apabila semua inputnya berlogika 0 dan sebaliknya output berlogika 1 apabila salah satu, sebagian atau semua inputnya berlogika 1.

Konfigurasi Pin:

Fitur:
1. Dual Input OR Gate – Quad Package
2. Typical Operating Voltage: 5V
3. Operating Voltage Range: -0.5V to +20V
4. DC input current: ±10mA
5. Power Dissipation: 500mW
6. Minimum logic Low voltage @+5V: 1.5V
7. Minimum Logic High voltage @+5V: 3.5V
8. Propagation Delay @5V : 250ns (maximum)
9. Transition Time @5V :200ns (maximum)

Datasheet IC 4071

5. Switch dan Button
Berfungsi sebagai pemutus arus pada rangkaian.

6. Relay
Berfungsi sebagai switch yang bekerja jika kumparan dialiri arus.

Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit

Datasheet Relay

7. LDR (Light Dependent Resistor)
Berfungsi untuk mendeteksi cahaya laser yang mengenainya, jika intensitas cahaya yang mengenai LDR meningkat maka resistansinya akan menurun. LDR dibuat dari 2 sel photokonduktif Cadmium Sulfida (CdS) yang respon spektrumnya mirip dengan mata manusia. Resistansinya turun dengan meningkatnya intensitas cahaya. Aplikasinya seperti kontol penerangan otomatis, batch counting, serta sistem proteksi pencurian.

Fitur:
1. Respon spektrum lebar.
2. Kisaran suhu yang luas.
3. Harga murah.

Datasheet Sensor LDR

8. Sensor Getaran (SW-420)
Sensor getaran digunakan untuk mendeteksi getaran. Pada rangkaian ini sensor getaran digunakan untuk mengaktifkan buzzer jika terdeteksi adanya getaran yang cukup kuat oleh sensor.

9. LED
Berfungsi untuk lampu indikator pada rangkaian.

Datasheet LED

10. Buzzer

Berfungsi sebagai indikator yang hidup jika ada binatang yang mendekat.

Fitur:
1. Tegangan operasi 4-8V DC
2. Arus <30mA
3. Frekuensi resonansi 2300Hz


3. Dasar Teori [Daftar]
1. Resistor
Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.


*www.teknikelektronika.com

Cara membaca nilai resistor
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.
Contoh pada resistor di atas nilai resistansi resistor adalah 134 Ohm.

Resistor Seri            Resistor Paralel
    

2. Op-Amp LM358
Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
2. Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
3. Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
4. Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
5. Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
6. Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Rangkaian dasar Op Amp


*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt

Komparator Op Amp
Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan (V non-inverting dan V inverting) dan mengubah outputnya berdasarkan tegangan sumber.

*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt

Hubungan input-output:

*V1 adalah tegangan input non-inverting; V2 adalah tegangan input non-inverting; Vs adalah tegangan sumber (+Vs/-Vs)

Dari gambar dapat dilihat bahwa op amp digunakan untuk membandingkan Vin terhadap tegangan referensi 2.5V, serta pada op amp dihubungkan sumber tegangan +12V dan -12V. Grafik menunjukkan bahwa jika tegangan Vin lebih besar dari 2.5V maka Vout adalah -12V, sebaliknya jika tegangan Vin lebih kecil dari 2.5V maka Vout adalah +12V.

3. LED
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. 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.


Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Tegangan Maju LED


4. Transistor NPN (BC548 dan BC547)
Transistor PNP

Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

Transistor NPN

Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.

Transistor sebagai saklar
Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk 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. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;
Rb = Vbe / Ib

Transistor sebagai penguat
Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.
DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)


5. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.


Terdapat besi atau yang disebut dengan nama iron core dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga ketika kumparan coil diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik armature untuk pindah posisi dari normally close ke normally open. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru normally open yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normally close.

Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit

6. Sensor LDR
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenainya. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya, jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat. LDR sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling, shutter kamera otomatis, dan lainnya.

Gambar grafik
Grafik perubahan resistansi terhadap intensitas cahaya.

Gambar respon cahaya
Grafik respon LDR terhadap spektrum cahaya tertentu.

7. Sensor getaran (SW-420)
Modul Sensor ini menghasilkan logic states yang bergantung pada getaran dan gaya luar yang mempengaruhinya. Ketika tidak ada getaran modul ini menghasilkan logika output LOW. Ketika dirasakan getaran output modul menjadi HIGH. Modul Sensor Getaran SW-420 dilengkapi dengan komparator LM393, potensiometer untuk pengaturan sensitivitas, serta LED untuk indikasi sinyal.

Fitur:
1. Switch standarnya dalam keadaan tertutup.
2. Tegangan Suplai 3.3V - 5V.
3. Indikator LED on-board.
4. LM393 on-board.

Aplikasi:
1. Deteksi Getaran.
2. Sistem proteksi pencurian.
3. Mobil pintar.
4. Alarm Gempa.
5. Alarm Motor.


4. Percobaan [Daftar]
4.1 Prosedur Percobaan [Daftar]
Prosedur
1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar.
2. Hubungkan sumber ke vcc pada rangkaian.
3. Hubungkan voltmeter dan ampremeter untuk pengukuran pada rangkaian.
4. Mulai simulasi rangkaian dan aktifkan sensor secara bergantian.

4.2 Rangkaian Simulasi [Daftar]
RANGKAIAN

PRINSIP KERJA RANGKAIAN
Rangkaian Op - Amp bekerja sebagai detektor. Pembagi tegangan resistor 10 KΩ dan LDR terhubung ke terminal non-inverting Op–Amp dan Potensiometer 10 KΩ terhubung ke terminal inverting. LDR diletakkan pada tempat yang gelap sehingga resistansinya sangat tinggi (1MΩ). Arus dari VCC mengalir melalui LDR menuju R1 dan ke ground. Tegangan yang terukur pada R1 kecil karena arusnya sangat kecil, dan tegangan ini diinputkan ke pin non-inverting op-amp. Pada potensiometer arus mengalir dari VCC melalui potensiometer dan ke ground, tegangan yang terukur adalah 3.74 dan diinputkan ke pin inverting op-amp. Tegangan di kaki non-inverting lebih rendah daripada tegangan kaki inverting sehingga output Op-Amp low 0V.

Jika LDR terkena cahaya (misalnya saat pintu brankas dibuka) tegangan yang terukur pada R1 semakin besar sehingga tegangan di kaki non-inverting lebih tinggi dari pada tegangan kaki inverting dan output Op-Amp high ±4V. Arus dari output op-amp mengalir melalui R2 menuju input gerbang OR.

Sensor getaran SW-420 dihubungkan dengan baterai bertegangan 5V. Output dari sensor dihubungkan dengan base transistor. Jika ada getaran yang terdeteksi pada sensor, outputnya akan menjadi high sehingga arus dari sensor mengalir melalui R3 menuju input gerbang OR.

Jika salah satu sensor atau keduanya aktif, output dari gerbang OR akan berlogika HIGH. Arus dari output gerbang OR mengalir melalui R5 menuju base Q1. Karena base Q1 sudah dialiri arus dan tegangan basis >0.7V maka transistor aktif. Arus dari VCC mengalir melalui kumparan relay menuju collector-emitter Q1 menuju ground. Dengan adanya arus yang melalui kumparan relay maka posisi switch relay berganti posisi. Arus dari baterai B2 mengalir melalui resistor R4 menuju buzzer ke ground dan buzzer aktif.

4.3 Video [Daftar]