“ALARM SENSOR PIEZOELEKTRIK DENGAN IC 555”

OLEH :

MOHAMMAD ABDUR ROZAQI NIM. 1441170065

POLITEKNIK NEGERI MALANG

2015

BAB I

PENDAHULUAN

2.1 Latar Belakang

IC 555

IC timer 555 adalah sebuah sirkuit terpadu yang digunakan untuk berbagai

pewaktu dan multivibrator. IC ini didesain dan diciptakan oleh Hans R. Camenzind

pada tahun 1970 dan diperkenalkan pada tahun 1971 oleh Signetics. Nama aslinya

adalah SE555/NE555 dan dijuluki sebagai "The IC Time Machine". 555 mendapatkan

namanya dari tiga resistor 5 kΩ yang digunakan pada sirkuit awal. IC ini sekarang

masih digunakan secara luas dikarenakan kemudahannya, kemurahannya dan

stabilitasnya yang baik. Sampai pada tahun 2008, diperkirakan sejuta unit diproduksi

setiap tahun. Bergantung pada produsen, IC ini biasanya menggunakan lebih dari 20

transistor, 2 diode dan 15 resistor dalam sekeping semikonduktor silikon yang

dipasang pada kemasan DIP 8 pin.

NE555 dari Signetics

Simbol

Timer 555 lainnya mungkin memiliki spesifikasi yang berbeda, tergantung

tingkat penggunaannya (militer, medis, penerbangan, dll.).

Tegangan catu (VCC) 4.5 hingga 15 V

Arus catu (VCC = +5 V) 3 hingga 6 mA

Arus catu (VCC = +15 V) 10 hingga 15 mA

Arus keluaran maksimum 200 mA

Borosan daya maksimum 600 mW

Suhu kerja 0 to 70 °C

IC ini memiliki beberapa variasi, yaitu :

556 adalah peranti DIP 14 pin ylog menggabungkan dua 555 dalam satu

kemasan, susunan kakinya mirip 555 kecuali dua saluran catu yang

digabungkan.

558 adalah peranti DIP 16 pin yang menggabungkan empat 555 yang

sedikit dimodifikasi dalam satu kemasan (kaki DIS dan THR disambungkan

internal, TRI adalah sensitif terhadap sisi jatuh).

Juga tersedia versi daya-ultra-rendah dari 555, seperti 7555 dan TLC555.

7555 membutuhkan pengawatan yang sedikit berbeda, menggunakan lebih

sedikit komponen eksternal.

IC 555 memiliki tiga moda operasi dasar, yaitu:

Moda ekamantap: pada moda ini, 555 berfungsi sebagai ekamantap (one-

shot). Penggunaannya meliputi pewaktu, pendeteksi pulsa hilang, sakelar

tanpa pentalan, sakelar sentuh, pembagi frekuensi, pengukur kapasitansi,

pemodulasi lebar pulsa, dll.

moda takstabil: 555 dapat beroperasi sebagai osilator. Penggunaan meliputi

lampu kerdip, generator pulsa, alarm keamanan, pemodulasi posisi pulsa,

dll.

Moda dwimantap dan penyulut Schmitt: 555 dapat beroperasi sebagai flip-

flop jika kaki DIS tidak disambungkan dan tidak ada kondensator yang

digunakan. Penggunaannya meliputi pencacah biner, sakelar menggrendel,

dll.

Sambungan kaki dari 555 adalah:

No. Nama Kegunaan

1 GND GrouND (0V)

2 TR TRigger (penyulut), pulsa negatif pendek pada pin ini menyulut pewaktuan

3 Q Output (keluaran), Selama pewaktuan, keluaran berada pada +VCC

4 R Reset, interval pewaktuan dapat disela dengan memberikan pulsa reset 0V

5 CV Control Voltage memungkinkan untuk mengakses pembagi tegangan internal

(2/3 VCC)

6 THR THReshold menentukan akhir pewaktuan (pewaktuan berakhir Vthr < 2/3 VCC)

7 DIS DIScharge disambungkan ke kondensator, dan waktu pembuangan muatan

kondensator menentukan interval pewaktuan.

8 V+ positive supply Voltage tegangan catu positif yang harus di antara The 3 dan 15

V

Skema Internal

IC UM66

UM66 adalah sirkuit terpadu melodi. Ini dirancang untuk digunakan dalam

lonceng, telepon, mainan dll. IC ini memiliki nada bawaan dan generator nada.

Generator nada diprogram terpisah dan dapat menghasilkan frekuensi tertentu.

Frekuensi ini merupakan faktor frekuensi osilator.

IC UM66

Pin No Function Name

1 Melody output Output

2 Supply voltage (1.5V -

4.5V)

Vcc

3 Ground (0V) Ground

Piezoelektrik

Perubahan variasi sifat material dapat ditinjau sebagai gambaran umum dari

hubungan antara sifat kimia dengan sensor. Masa dan kecepatan adalah sifat yang

penting untuk sensor piezoelektrik. Oleh karena itu microbalances dan

microviscometers, menggunakan kristal piezoelektrik, dinyatakan sebagai suatu sistem

sensor. Kompresi dari suatu kristal quartz menghasilkan suatu potensial listrik. Satu

prinsip yang dapat meninjau efek ini untuk membangkitkan gelombang akustik pada

bendap padat dengan mengaplikasikan potensial listrik bolak-balik ke suatu material

piezoelektrik ditunjukkan pada gambar 1. Gelombang akustik, khususnya frekuensi dan

resonant resistance, sangat dipengaruhi oleh kondisi batas yang dibentuk oleh dimensi

fisik dari alat dan oleh sifat fisik dari material disepanjang lintasan gelombang.

Gambar Prinsip kerja sensor piezoelektrik

Sensor piezoelektrik adalah peralatan elektronik pasif berfase padat (solid-

state) yang dapat merespon perubahan temperature, tekanan, dan yang paling penting

merespon sifat fisik (physical properties) pada suatu interface antara permukaan alat

dan fluida atau padatan asing. Perubahan pada sifat fisik antara lain seperti masa jenis,

kelistrikan, viskositas, dan ketebalan lapisan. Sensor piezoelektrik beroperasi dengan

mengobservasi penyebaran dari suatu gelombang akustik melalui solid-state device.

Deteksi sensor dilakukan dengan meninjau korelasi variasi penyebaran gelombang

akustik ke sejumlah perekam analyte pada permukaan dan kemudian ke konsentrasi

analyte di dalam sampel yang tertangkap sensor atau dikorelasikan dengan perubahan

pada sifat fisik dari interfacial thin films.

Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan

pada suatu segmen bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen

tersebut. Sumber fenomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel

kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico

coloumb/Newton. Pada kesempatan ini kelompok kami akan mencoba menjelaskan

mengenai piezo sensor yaitu “Vibration Sensor” Piezoelektrik.

Gambar Piezo Vibration Sensor

Sensor pada gambar 2 dirancang dengan bahan yang disebut PVDF

(Polyvinylidene Fluoride) film / plastik polymer dan conductive rubber sebagai bahan

utama sensor untuk pengukuran beban, tegangan, regangan ataupun deformasi dari

suatu struktur. Sedangkan bahan-bahan lain yang digunakan untuk

sensor piezoelectric ini adalah kristal turmalin, kuarsa, ratna cempaka, dan garam

rossel, karena dengan kemampuan bahan-bahan tertentu tersebut dapat menghasilkan

sebuah potensial listrik saat bahan-bahan itu dipanaskan atau didinginkan, serta sensor

ini memiliki ukuran dan bentuk sangat fleksibel, dengan kata lain dapat dibuat sesuai

dengan kebutuhan.

Salah satu kelemahan dari sensor piezoelektrik adalah sensor tersebut tidak

dapat digunakan untuk pengukuran yang benar-benar statis. Sebuah gaya statis akan

menghasilkan jumlah nilai yang tetap pada bahan piezoelektrik. Ketika bekerja dengan

pembacaan elektronik konvensional, bahan isolasi tidak sempurna dan pengurangan

dari perlawanan sensor internal akan berakibat pada hilangnya konstan elektron serta

menghasilkan penurunan sinyal. Peningkatan suhu menyebabkan penurunan tambahan

dalam resistansi internal dan sensitivitas. Efek utama pada efek piezoelektrik adalah

dengan meningkatnya beban tekanan dan suhu, sensitivitas berkurang karena twin-

formation. Sementara sensor kuarsa perlu didinginkan selama pengukuran pada suhu di

atas 300 ° C, jenis khusus dari kristal seperti fosfat galium (GaPO4) tidak menunjukkan

formasi kembar sampai titik leleh bahan itu sendiri.

Sifat efek piezoelektrik berkaitan erat dengan terjadinya momen dipol listrik

dalam padatan. Efek tersebut juga dapat dirangsang untuk ion di situs kisi kristal

dengan lingkungan yang asimetris (seperti dalam BaTiO3 dan PZTs) atau langsung

dapat dilakukan oleh kelompok-kelompok molekul tertentu. Kepadatan dipol atau

polarisasi (cm/m3) dengan mudah dapat dihitung untuk kristal dengan menjumlahkan

momen dipol per volume sel satuan kristal. Dipol yang dekat satu sama lain cenderung

berpihak di daerah yang disebut Weiss domain. Domain biasanya berorientasi acak,

tetapi dapat disejajarkan selama poling (tidak sama dengan poling magnet), yaitu proses

dimana suatu medan listrik yang kuat diterapkan di seluruh material, biasanya pada

suhu yang tinggi.

Penting untuk menentukan efek piezoelektrik adalah karena perubahan

polarisasi yang terjadi sebagai akibat dari pembebanan (stress) mekanik. Piezoelektrik

tidak disebabkan oleh perubahan densitas muatan di permukaan, tetapi dengan

kepadatan dipol dalam bulk. Misalnya, 1 cm3 kubus kuarsa dengan 2 kN (500 lbf) gaya

diberikan dapat menghasilkan tegangan 12.500 V. Bahan piezoelektrik juga

menunjukkan efek sebaliknya. Disebut efek piezoelektrik dimana aplikasi dari suatu

medan listrik menciptakan deformasi mekanik dalam kristal.

Sensor piezoelektrik memiliki 2 jenis bahan, yaitu PVDF dan Copolymer

(Keramik). Berikut adalah perbedaan antara kedua bahan tersebut :

Tabel 1. Perbedaan antara dua jenis bahan penyusun sensor piezoelektrik.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Rangkaian Alarm

Ini merupakan sebuah rangkaian yang bisa memberikan tanda bahaya atau

peringatan ketika terjadi bencana atau mungkin tindak pencurian dan juga bisa

dijadikan alat pengingat waktu. Dan ada bermacam-macam rangkaian alarm sederhana

yang bisa digunakan untuk berbagai macam keperluan. Seperti alarm untuk sepeda

motor, hingga ke alarm yang dipasangkan ke perangkat lainnya. Salah satu jenis

rangkaian alarm sederhana yang bisa anda gunakan yaitu dengan menggunakan timer.

Rangkaian alarm sederhana dengan menggunakan timer ini menggunakan

komponen piezoelektrik yang tentunya memiliki fungsi sebagai sensor dalam rangkaian

tersebut. Dan biasanya pula komponen ini diletakkan secara rekat di salah satu bagian

terutama di bagian sayap pintu. Dengan menggunakan tape cello, komponen

piezoelektrik direkatkan di dekat rangkaian tersebut.

Gambar Skema Rangkaian Alarm Sederhana

Pada gambar skema rangkaian alarm sederhana tersebut, digunakan komponen

IC NE 555 atau IC 1 yang akan dikonfigurasikan dengan sistem monostable. Dan

konfigurasi ini akan bekerja dimana output yang keluar atau dihasilkan dari rangkaian

ini meningkat untuk jangka waktu yang tentunya sudah diatur oleh komponen VR 1,

resistor R5 dan juga komponen kapasitor pada C3. Sedangkan komponen IC UM 66

atau disimbolkan IC 2, berfungsi sebagai generator melodi yang mengeluarkan sinyal

outpur ketika komponen plat piezzo mendapatkan input melalui sensor yang diteruskan

dengan diperkuat oleh komponen transistor T1.

Sinyal input yang masuk otomatis akan menggerakkan atau memicu waktu di

IC NE 555 dan juga output dari pin 3 yang akan mengaktifkan IC UM 66 atau IC 2

yang berfungsi sebagai generator melodi tersebut. Dan suara alarm tersebut akan keluar

di area speaker atau LS 1. Suara melodi tersebut akan berhenti sesuai waktu yang telah

ditentukan. Rangkaian alarm sederhana dan juga komponen plat piezzo ini diletakkan

secara terpisah. Plat piezzo ini diletakkan di area pintu, sementara rangkaian alarm

sederhana ini diletakkan di tempat yang dapat didengar.

2.2 Aplikasi

Rangkaian ini dapat digunakan sebagai alarm atau peringatan yang tergolong

sederhana. Penempatan alarm dapat di pasang di tampat yang sekiranya butuh

keamanan lebih seperti di pintu masuk rumah, gerbang, garasi, dan tempat lain.