Electrical Engineering Learning of Andalas University: Tugas 5 rangkaian aplikasi sederhana dari Bab 19, bab 20 atau bab 21 dengan proteus

Rangkaian Aplikasi Sensor Flame Untuk Mendeteksi Adanya Kebakaran Pada Gedung (Bab 21 hal 949 )

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Tujuan

Untuk mengetahui apa itu Sensor Flame
Untuk mengetahui grafik respon Sensor Flame
dapat membuat rangkaian aplikasi Sensor Flame untuk mendeteksi kebakaran gedung

2. Alat dan Bahan

A. Alat

Power Supply 12 V

Power Supply berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyuplai tegangan atau arus listrik pada rangkaian sebesar 5 V.

Power Supply 5V

Power Supply berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyuplai tegangan atau arus listrik pada rangkaian sebesar 5 V.

Baterai 12 V

Baterai 12 V berfungsi sebagai sumber energi listrik yang digunakan dalam simulasi ini.

Voltmeter

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
Ground
Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

Logic State

B. Bahan

Resistor 10 K

Specifications
Resistance (Ohms)	10K
Power (Watts)	0.25W, 1/4W
Tolerance	±5%
Packaging	Bulk
Composition	Carbon Film
Temperature Coefficient	350ppm/°C
Lead Free Status	Lead Free
RoHS Status	RoHS Compliant

Transistor NPN BC547

A. Konfigurasi Pin
1. Collector
2. Base
3. Emitter

B. Spesifikasi :
Transistor Type : NPN
Voltage – Collector Emitter Breakdown (Max) : 45 V
Current- Collector (Ic) (Max) : 100mA
Power – Max : 625 mW
DC Current Gain (hFE) (Min) @ Ic, Vce : 110 @ 2mA, 5V
Vce Saturation (Max) @ Ib Ic : 300mV, @ 5mA, 100mA
Frequency – Transition : 300MHz
Current- Collector Cutoff (Max) : -
Mounting Type : Through Hole
Package / Case : TO-226-3, TO-92-3 (TO-226AA) Formed Leads
Packaging : Tape & Box (TB
Lead Free Status : Lead Free
RoHs Status : RoHs Compliant

OP AMP

A. Spesifikasi :

* large input voltage range

* no latch-up

* high gain

* short-circuit protection

* no frequency compensation required

* same pin configuration as UA709

B. Konfigurasi Pin :

* Pin 1 : Offset null 1

* Pin 2 : Inverting input

* Pin 3 : Non inverting input

Flame sensor

flame sensor memiliki fungsi sebagai pendeteksi nyala api yang dimana api tersebut memiliki panjang gelombang antara 760 nm - 110 nm.

Relay 12V

A. Konfigurasi PIN Relay

Nomor PIN	Nama Pin	Deskripsi
1	Coil End 1	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
2	Coil End 2	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
3	Common (COM)	Common terhubung ke salah satu Ujung Beban yang akan dikontrol
4	Normally Close (NC)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NC beban tetap terhubung sebelum pemicu
5	Normally Open (NO)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NO, beban tetap terputus sebelum pemicu

B. Spesifikasi :

Trigger Voltage (Voltage across coil) : 12V DC

Trigger Current (Nominal current) : 70mA

Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC

Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC

Compact 5-pin configuration with plastic moulding

Operating time: 10msec Release time: 5msec

Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

Buzzer

A. Konfigurasi PIN Buzzer

1	Positif	Diidentifikasi dengan simbol (+) atau kabel terminal yang lebih panjang. Dapat didukung oleh 6V DC
2	Negatif	Diidentifikasi oleh kabel terminal pendek. Biasanya terhubung ke ground sirkuit

B. Spesifikasi Buzzer

1. Rated Voltage : 6V

2. DC Operating Voltage : 4 to 8V

3. DC Rated Current* : ≤30mA

4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB

5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz

6. Tone : Continuous

7. Operating Temperature : -25°C to +80°C

8. Storage Temperature : -30°C to +85°C

9. Weight : 2g

*Value applying at rated voltage (DC)

Motor DC

A. Konfigurasi PIN

No:	Pin Name	Description
1	Terminal 1	A normal DC motor would have only two terminals. Since these terminals are connected together only through a coil they have not polarity. Revering the connection will only reverse the direction of the motor
2	Terminal 2

B. DC Motor Specifications

Standard 130 Type DC motor
Operating Voltage: 4.5V to 9V
Recommended/Rated Voltage: 6V
Current at No load: 70mA (max)
No-load Speed: 9000 rpm
Loaded current: 250mA (approx)
Rated Load: 10g*cm
Motor Size: 27.5mm x 20mm x 15mm
Weight: 17 grams

3. Dasar Teori

RESISTOR
Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor
Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan, I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :
1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi
2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.
3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Transistor NPN

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Simbol Transistor NPN BC547

Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

V = (Vbat - Vled)

Rled = V / Iled

I_B = (V_BB - V_BE) / R_B

V_CE = V_CC - I_CR_C

P_D = V_CE.I_C

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik Output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

Flame sensor

(Gambar 5. Flame sensor)

Flame sensor merupakan salah satu alat instrument berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760 nm ~ 1100 nm.

(Gambar 6. Panjang gelombang cahaya)

Cara kerja flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi nyala apiyang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.

Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infra red (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya seperti spectrum cahaya lampu, kilatan petir, welding arc, metal grinding, hot turbine, reactor, dan masih banyak lagi.

Spesifikasi Flame sensor :

Output= Digital (D0)
Working voltage: 3.3V to 5V
Output format: Digital output (HIGH/LOW)\
Wavelength detection range: 760nm to 1100nm
Using LM393 comparator
Detection angle: About 60 degrees, particularly sensitive to the flame spectrum
Lighter flame detect distance 80cm

Data teknis

Photodiode yang terhubung, peka terhadap rentang spektrum cahaya, yang dihasilkan oleh nyala api terbuka. Digital Out: Setelah mendeteksi nyala api, sinyal akan dikeluarkan. Analoger Ausgang: Pengukuran langsung dari unit sensor

(Gambar 7. Pinout)

Sensor memiliki 3 komponen utama pada papan sirkuitnya. Pertama, unit sensor di bagian depan modul yang mengukur area secara fisik dan mengirimkan sinyal analog ke unit kedua, amplifier. Penguat memperkuat sinyal, sesuai dengan nilai resistansi potensiometer, dan mengirimkan sinyal ke keluaran analog dari modul. Komponen ketiga adalah komparator yang mematikan digital dan LED jika sinyal berada di bawah nilai tertentu. Anda dapat mengontrol sensitivitas dengan menyesuaikan potensiometer.

Sinyal akan dibalik; itu berarti bahwa jika Anda mengukur nilai tinggi, nilai tersebut akan ditampilkan sebagai nilai rendah

Jenis Flame Sensor/detektor

UV Flame Detektor

Flame Detector dengan teknologi ultraviolet mampu merespon radiasi dengan kisaran spektral mulai dari 180 hingga 260 nanometer. Kemampuan respon teknologi UV tergolong sangat cepat, begitu pula tingkat sensitivitas yang sangat baik dalam range 0 sampai 50 kaki. Teknologi UV memiliki respon sensitif terhadap lampu halogen, busur pengelasan, serta petir dan muatan-muatan listrik lainnya.

Multi-Spectrum IR Flame sensor (MSIR)

sensor api dengan teknologi MSIR memanfaatkan secara multipel daerah spektral IR dengan tujuan meningkatkan tingkat difeensiasi dari radiasi sumber api maupun sumber non api. teknologi sensor api dengan MSIR ini sangat tepat untuk area atau lokasi lokasi yang memungkinkan terjadi resiko kebakaran yang menimbulkan asap. teknologi ini memiliki sistem operasi berkecapatn sedang karena memiliki kemampuan menjangkau jarak sampai dengan 200 kaki dari sumber percikan api, indoor ataupun outdoor. Multi-Spectrum IR memiliki tingkat kekebalan yang cenderung tinggi terhadap radiasi yang berasal dari IR akibat adanya sengatan panas matahari, percikan akibat aktivitas pengelasan, adanya muatan listrik, hingga pemicu berupa material bersifat panas lainnya.

Visual Flame Imaging Detektor

Teknologi Flame Detektor yang terakhir ini memanfaatkan beberapa perangkat CCD image sensor

yang umumnya diaplikasikan pada kamera sirkuit tertutup, serta algoritma pendeteksi api untuk

menentukan keberadaan percikan api kebakaran sungguhan. Dengan adanya algoritma, maka

gambar video yang didapat dari komponen CCD mampu diproses dan akan dihasilkan analisis mengenai bentuk serta perkembangan api kebakaran sehingga akan dapat dibedakan sumber api dan sumber non api. Teknologi tidak sama bila dibandingkan dengan tiga teknologi yang sebelumnya. Visual Flame Imaging juga bekerja dengan tidak bergantung terhadap gejala yang mendeteksi terjadinya kebakaran seperti adanya cahaya api, emisi karbondioksida, dan sebagainya. Mengingat karakteristik tersebut, teknologi ini akan mungkin digunakan hanya pada lokasi-lokasi yang di dalamnya memang telah biasa terdapat aktivitas pembakaran demi menghindari terjadinya isu alarm palsu atau keliru.

UV/IR Flame Detektor

Kelebihannya

Dapat mengetahui zone kebakaran lebih akurat.
Dapat meringankan tugas pemadam kebakaran dalam mengatasi api.
Lebih cocok diinstalasi di gedung bertingkat dan luas, seperti pusat perbelanjaan, perkantoran, dan hotel.
Lebih mudah dalam melakukan proteksi diri terhadap kebakaran.
Kemampuan proteksi kebakarannya lebih aman dan lebih teliti.

Kekurangannya

Dibandingkan dengan penginstalasian sistem fire alarm convensional, harga penginstalasian sistem addressable jauh lebih mahal.

Satu module hanya dapat digunakan untuk 1 detektor. Jika dalam 1 gedung bertingkat membutuhkan detektor dalam jumlah yang banyak, teknisi harus menginstalasi module yang jumlahnya harus sesuai dengan jumlah detektor. Hal ini tentu saja berpengaruh pada harga yang harus dibayarkan.

Selain itu, proses penginstalasian sistem addressable juga lebih kompleks dan membutuhkan waktu yang cukup lama. Meskipun demikian, kedua hal tersebut sesuai dengan kinerja dan hasil yang akan didapat.

Motor DC

Motor DC adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya.

Simbol DC Motor :

Cara Kerja Motor DC :

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

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). Baterai simbol seperti gambar di bawah ini:

Gambar Simbol Baterai

Power Supply

Power supply atau pencatu daya adalah sebuah alat elektronik yang berfungsi memberikan tegangan dan arus listrik pada komponen-komponen lainnya. Pada dasarnya power supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi sumber daya yang dibutuhkan oleh berbagai perangkat elektronik lainnya. Arus listrik yang disalurkan oleh power supply ini adalah jenis arus bolak-balik (AC). Namun karena kelebihan dari power supply ini, maka alat ini juga dapat mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Power supply memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar simbol power supply

Ground

Ground atau pertanahan adalah bagian dari Peralatan Listrik rumah. Namun kebanyakan dari masyatrakat Indonesia sudah terbiasa menyebut pertanahan atau gruonding ini dengan kata arde.
Ground atau arde pada instalasi listrik berguna sebagai pencegah terjadinya kontak antara makhluk hidup dengan tegangan listrik yang terekspos akibat terjadi kegagalan isolasi. Ground dalam rumah Anda terpasang dengan dua macam, yaitu untuk instalasi listrik rumah dan instalasi penangkal petir.Grounding Memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :

Logic State

Gerbang logika atau logic State adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2 kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.

Voltmeter

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).

4. Percobaan

A. Prosedur Percobaan