BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan saat ini, tidak dapat dilepaskan dari ilmu pengetahuan dan

teknologi. Semua orang dapat merasakan begitu banyak kemudahan yang dapat dinikmati

akibat perkembangan teknologi. Perkembangan ilmu teknologi dan teknologi dimanfaatkan

dan dikembangkan untuk dapat membantu pekerjaan manusia sehingga pekerjaan tersebut

dapat dikerjakan dengan mudah dan cepat.

Kemajuan teknologi saat ini menuntut manusia untuk mempunyai alat yang simpel

untuk membantu meringankan pekerjaan mereka. Berdasarkan hal tersebut di atas maka

penulis merancang suatu alat sensor jarak, yang berfungsi sebagai pendeteksi tangan untuk

membunyikan bel rumah. Adapun alat pengontrol yang dirancang berbasis sensor jarak

dengan inframerah. Sensor inframerah ini mempunyai kemampuan jangkauan kontrol yang

relatif luas terutama untuk benda-benda yang keras karena pada benda–benda yang

mempunyai permukaan keras, gelombang ini akan dipantulkan lebih kuat daripada benda–

benda yang mempunyai permukaan lunak.

1.2 Rumusan Masalah

Sensor jarak menggunakan prinsip kerja dari inframerah dan photodioda akan

memelurkan rangkaian yang dapat membuat inframerah dan photodioda itu untuk bekerja.

Dengan adanya sensor jarak ini, dapat dimanfaatkan di perumahan untuk membunyikan bel

rumah.

1.3 Tujuan dan Manfaat

1.3.1 Tujuan

Tujuan dari pembuatan atau perancangan alat sensor ini adalah sebagai berikut:

1. Memahami prinsip kerja dari sensor jarak.

2. Membuat sensor jarak dengan inframerah.

3. Mengaplikasikan sensor jarak yang telah dibuat dalam kehidupan sehari-hari.

1.3.2 Manfaat

Diharapkan mahasiswa mampu mengerti prinsip kerja dari suatu sensor dan

membuat sensor tersebut. Sensor yang telah jadi dikemas dengan baik dan mampu

menyaingi produk pasaran. Mahasiswa juga diharapkan untuk dapat mengaplikasikan

sensor yang telah dibuat untuk pemanfaatan dalam kehidupan sehari-hari.

1

BAB II. DASAR TEORI

2.1 Inframerah

Cahaya infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan

spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan terlihat pada spektrum

elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Radiasi

inframerah memiliki panjang gelombang antara 700 nm sampai 1 mm dan berada pada

spektrum berwarna merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah tidak

akan terlihat oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih dapat

dirasakan/dideteksi.

Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan radiasi infra

merah termasuk tubuh manusia maupun tubuh binatang. Cahaya infra merah, walaupun

mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetap tidak dapat menembus bahan-

bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang nampak sehingga cahaya infra merah tetap

mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang nampak oleh mata.

Pada pembuatan komponen yang dikhususkan untuk penerima infra merah, lubang

untuk menerima cahaya (window) sudah dibuat khusus sehingga dapat mengurangi

interferensi dari cahaya non-infra merah. Oleh sebab itu sensor infra merah yang baik

biasanya memiliki jendela (pelapis yang terbuat dari silikon) berwarna biru tua keungu-

unguan. Sensor ini biasanya digunakan untuk aplikasi infra merah yang digunakan diluar

rumah (outdoor).

Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya mempunyai

aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik pada penerima. Oleh

karena itu baik di pengirim infra merah maupun penerima infra merah harus mempunyai

aturan yang sama dalam mentransmisikan (bagian pengirim) dan menerima sinyal tersebut

kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner (bagian penerima). Komponen yang

dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya yang dapat berupa

dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Komponen ini akan merubah energi

cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik.

Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga

pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik.

2.2 Photodioda

Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Photodioda

merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi

besaran listrik. Photodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan pn yang dipengaruhi

2

cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya

infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi fotodioda mulai dari

penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta

beberapa peralatan di bidang medis.

Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan-pn dibias maju dan diberikan

cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan pn dibias

mundur arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan

mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole

dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita

konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan

sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan

mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan

tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda.

Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh

infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung

besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh inframerah.

Photodioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya cahaya maupun

dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat yang dapat mendeteksi intensitas

cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas diatas 10mW/cm2. Photodioda mempunyai

resistansi yang rendah pada kondisi forward bias, kita dapat memanfaatkan photodioda ini

pada kodisi reserve bias dimana resistansi dari photodioda akan turun seiring dengan inensitas

cahaya yang masuk. Sifat dari photodioda adalah:

1. Jika terkena cahaya maka resistansinya berkurang.

2. Jika tidak tekena cahaya maka resistansinya meningkat.

Dioda dipasang reserve karena pada saat dioda dipasang reserve, maka arus tidak akan

mengalir karena hambatan yang sangat besar sekali. Jadi bisa dikatakan ini dioda sebagai

kondisi Open Circuit jika dianalogikan seperti sakelar. Namun pada photodioda, hambatan

yang besar tadi bisa menjadi kecil karena pengaruh cahaya yang masuk.

2.3 IC NE 555

Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu)

dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan

operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan

Sequential Timing. NE555 yang mempunyai 8 pin (kaki) yang memiliki fungsi sendiri-

sendiri.

3

Fungsi masing-masing kaki (pin) IC NE555

Gambar 2.1 IC NE 555

PIN KEGUNAAN

1 Ground (0V), adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative

2Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop

3 Output, pin keluaran dari IC 555.

4

Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset

5

Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground

6Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc

7Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu

8Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.

Skema Internal Dari IC NE 555

Gambar 2.2 Skema IC NE 555

Pada diagram blok disamping, internal IC NE555 yang kecil ini terdiri dari: 2 buah

komparator (Pembanding tegangan), 3 buah Resistor sebagai pembagi tengangan, 2 buah

Transistor (dalam praktek dan analisis kerjanya, transistor yang terhubung pada pin 4

4

biasanya langsung dihubungkan ke Vcc), 1 buah Flip-flop S-R yang akan mengatur output

pada keadaan logika tertentu, dan 1 buah inverter.

Gambar 2.3 Tabel Cara Kerja IC NE 555

Threshold Voltage (PIN 6)

Trigger Voltage (PIN 2) Reset (PIN 4) Output (PIN 3)DischargingTr.

(PIN 7)

Don't care Don't care Low Low ON

Vth > 2Vcc / 3 Vth > 2Vcc / 3 High Low ON

Vcc / 3 < Vth < 2Vcc / 3 Vcc / 3 < Vth < 2Vcc / 3 High  - - 

Vth < Vcc / 3 Vth < Vcc / 3 High High OFF

Dengan melihat Gambar dan Tabel diatas, secara umum cara kerja internal IC ini

dapat dijelaskan bahwa, ketika pin 4 sebagai reset diberi tegangan 0V atau logika low (0),

maka ouput pada pin 3 pasti akan berlogika low juga. Hanya ketika pin 4 (reset) yang diberi

sinyal atau logika high (1), maka output NE555 ini akan berubah sesuai dengan tegangan

threshold (pin 6) dan tegangan trigger (pin 2) yang diberikan.

Ketika tegangan threshold pada pin 6 melebihi 2/3 dari supply voltage (Vcc) dan

logika output pada pin 3 berlogika high (1), maka transistor internal (Tr) akan turn-on

sehingga akan menurunkan tegangan threshold menjadi kurang dari 1/3 dari supply voltage.

Selama interval waktu ini, output pada pin 3 akan berlogika low (0).

Setelah itu, ketika sinyal input atau trigger pada pin 2 yang berlogika low (0) mulai

berubah dan mencapai 1/3 dari Vcc, maka transistor internal (Tr) akan turn-off. Switching

transistor yang turn-off ini akan menaikkan tegangan threshod sehingga output IC NE555 ini

yang semula berlogika low (0) akan kembali berlogika high (1).

Sebetulnya cara kerja dasar IC NE555 merupakan full kombinasi dan tidak terlepas

dari semua komponen internalnya yang terdiri dari 3 buah resistor, 2 buah komparator, 2 buah

transistor, 1 buah flip-flop dan 1 buah inverter, yang kesemuanya itu akan di bahas pada

kesempatan lain. Sekaligus dengan rangkaian/komponen external yang mendukungnya.

2.4 IC LM 324

IC LM 324 atau yang biasa disebut OP-AMP digunakan sebagai penguat sinyal

tegangan DC maupun AC. Penguat disini maksudnya adalah untuk memperbesar tegangan.

Jadi jika kita ingin memperbesar tegangan atau sinyal bisa kita gunakan op-amp. Dengan IC

LM 324 kita bisa merubah tegangan dari mV (milivolt) menjadi V (volt), microVolt menjadi

mV dan V, sesuai dengan yang kita inginkan dan butuhkan.

5

Membuat Op-Amp bisa menggunakan gabungan transistor dan juga IC Op-Amp. Kini

orang banyak menggunakan IC sebagai penguat. Hal ini dikarenakan lebih mudah

menggunakan IC ketimbang transistor.

IC Op-Amp dasar adalah LM741. Namun yang biasa digunakan adalah IC LM324,

yang merupakan gabungan dari 4 buah Op-Amp. penggunaan LM324 dinilai lebih praktis,

ekonomis dan lebih mudah dalam penggunaannya.

Gambar 2.4 IC LM 324

Perhitungan Penguat dalam IC LM 324

Gambar 2.6 Perhitungan Nilai IC LM 324

Vout = Vin x ( 1 + (Rf / Ri) )

Dimana: Vout = Tegangan Keluaran

Vin = Tegangan Inputan

1 + (Rf/Ri) =  Penguatan

6

BAB III. PERANCANGAN ALAT

3.1 Rangkain Sensor Jarak dengan Inframerah

Gambar 3.1 Rangkaian Sensor Jarak Inframerah

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor dalam VCB

7

3.2 Keterangan Rangkaian

Pada rangkaian diatas, inframerah dan photodioda harus dipasang berdekatan.

Inframerah digunakan sebagai pengirim sinyal sedangkan photodioda berfungsi sebagai

penerima sinyal dari inframerah. Rangkaian tersebut mendapat suplay energi dari baterai 9

volt. Dalam rangkaian tersebut, menggunakan dua IC. IC NE 555 berfungsi sebagai

multivibrator astabil untuk mengemudi inframerah yang memancarkan cahaya atau sinyal.

Cahaya yang dipancarkan oleh inframerah akan dipantulkan rintangan di depannya dan

diterima oleh photodioda. Cahaya yang diterima photodioda relatif kecil, sehingga digunakan

IC LM 324 yang berfungsi sebagai penguat sinyal sehingga sinyal yang diterima photodioda

akan menjadi besar. Resistor 4,7 K dan 50 K berfungsi sebagai pembanding yang digunakan

untuk mengatur tegangan yang keluar. Variabel resistor 50 K sebagai penghambat atau

pengatur arus listrik dalam rangkaian.

8

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas tentang pengujian alat yang telah dibuat, adapun tujuan pengujian

tersebut adalah untuk mengetahui apakah alat yang telah dirancang berfungsi dan

menghasilkan keluaran yang sesuai dengan harapan.

4.1 Pengujian Alat

Gambar 4.1 Sensor Tanpa Penghalang

Gambar 4.2 Sensor dengan Penghalang

9

Pengujian alat dilakukan dengan memberi halangan di depan pancaran sinar

inframerah. Sinar inframerah akan dipantulkan oleh pengalang tersebut dan sinar pantulan

akan diterima oleh photodioda. Photodioda inilah yang mengubah cahaya menjadi listrik.

Pada pengujiannya, hasil dari dari tegangan akan disambungkan ke avometer, selanjutnya

menghitung jarak antara sensor dan penghalang. Perbedaan jarak sensor dan penghalang akan

mempengaruhi besar kecilnya tegangan yang dihasilkan.

4.2 Data Hasil Percobaan

Gambar 4.3 Tabel Hasil Percobaan

No Jarak (cm) Tegangan Rata-rata (V)1 3 3,22 4 2,53 5 1,54 6 0,95 7 0

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Gambar 4.4Grafik Tegangan terhadap Jarak

Teg

anga

n (V

)

Jarak (cm)

4.3 Pembahasan10

Dari data hasil percobaan diatas, kami dapat menentukan besarnya sensivitas, akurasi

dan gallat dari sensor yang telah kami buat.

Gambar 4.5 Tabel Pembahasan

No Jarak (cm) Vpercobaan VSensitivita

s Akurasi1 3 3,2 3,22 1,07 0,022 4 2,5 2,42 0,605 -0,083 5 1,5 1,62 0,324 0,124 6 0,9 0,82 0,136 -0,085 7 0 0,02 0,117 0,02

Rata-Rata   1,62 0,4504 0,064

Sensitivitas = 0,4504 Vcm

Akurasi = ± 0,064 Vcm

Gallat = 0,0641,62

x 100% = 3,95%

Persamaan garis linier diatas dapat digunakan sebagai konversi kalibrasi dari satuan volt ke

jarak sengan merubah persamaan tersebut menjadi x = y−5,62−0,8

11

BAB V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat kami tarik dari sensor jarak inframerah yang telah kami buat

berdasarkan hasil dan pembahasan diatas adalah sebagai berikut:

Gambar 5.1 Tabel Kesimpulan

No Spesifikasi Keterangan

1 Power Suplay 9 Volt

2 Range Output 0 - 3,2 Volt

3 Offset Condition 3 - 7 cm

4 Sensitifitas - 0,5404 Vcm

5 Akurasi ±0,064 Vcm

6 Gallat 3,95%

7 Kalibrasi  x = y−5,62−0,8

Kesimpulan diatas merupakan spesifikasi dari sensor jarak dengan inframerah yang

telah kami selesaikan.

12

DARTAR PUSTAKA

Pandiangan, Johannes. 2007. Perancangan dan Pengunaan Photodioda sebagai Sensor Penghindar Dindind pada Robot Forklift. [on line]. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/14227/1/09E00365.pdf [17 April 2015]

Sensor Inframerah. [on line]. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/24865/4/Chapter%20II.pdf [17 April 2015]

Fajar. 2014. Fungsi OP-AMP (operational amplifier) IC LM324. [on line]. http://www.fajar-el-ridikc.blogspot.com/2014/08/fungsi-op-amp-operational-amplifier-ic.html [17 April 2015]

Instruments, Texas. 2015. Quad Operatioal Amplifiers. [on line]. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm224-n.pdf [17 April 2015]

Admi. 2012. Struktur, Fungsi, Aplikasi dan Cara Kerja Dasar IC NE555. [on line]. http://admistory.blogspot.com/2012/11/struktur-fungsi-aplikasi-dan-cara-kerja.html [17 April 2015]

2010. Sensor Photodioda. [on line] http://digilib.polsri.ac.id/files/disk1/117/ssptpolsri-gdl-fitriaslam-5808-3-babiil-i.pdf [17 April 2015]

2011. Resistor. [on line]. http://storage.jak-stik.ac.id/students/paper/penulisan%20ilmiah/20404058/BAB%20II.pdf [17 April 2015]

13