TUGAS SISTEM KONTROL 2

“APLIKASI SENSOR

RESISTANSI DUA PELAT DAN ULTRASONIK”

Oleh :

MOCHAMAD MIFTACHUL ARIF

101910201024

KELAS B

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO STRATA 1

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JEMBER

2012

APLIKASI SENSOR UNTUK WATER LEVEL CONTROL

Penampungan air ini bisa berupa ground tank, roof tank, tanki air atau sering disebut

tandon air dan bermacam-macam tempat penampungan buatan yang lain. Tujuan dibuat

penampungan air ini adalah untuk menampung sekian liter/meter kubik air dengan jumlah

yang banyak atau minimal untuk keperluan dalam jangka waktu tertentu, misalnya satu hari

dan seterusnya. Maksudnya adalah untuk mengantisipasi jika sewaktu-waktu sumber supply

air tidak bisa mensupply air karena adanya gangguan jaringan (PAM) atau di daerah yang

kering karena sumurnya sudah tidak bisa disedot lagi oleh pompa dan harus menunggu 1 hari

untuk bisa disedot.

Satu kali pompa menyala berarti hanya satu kali terjadi lonjakan arus listrik yang terjadi

ketika pompa start, dan hal ini sangat menghemat energi listrik. Sangat berbeda jika pompa

menyala ketika seseorang membuka keran hanya untuk mencuci tangannya dan sebentar lagi

pompa mati ketika keran ditutup. Jika hal ini terjadi berkali-kali dalam satu hari saja, maka

sudah terjadi berkali-kali juga pompa menyala-mati (start-stop) yang berarti terjadi berkali-

kali juga lonjakan arus pada start-pompa, ini adalah pemborosan. Oleh karena itu

penampungan air sangat diperlukan.

Penampungan/tanki air yang berada di atas atap rumah/gedung pastinya memerlukan

pompa untuk mengisinya, dan untuk menghidupkan pompa tersebut diperlukan orang untuk

melakukannya. Sedangkan ketika orang lupa menghidupkan pompa dan air dalam tanki sudah

hampir habis, maka ini bisa mengganggu rutinitas yang ada hubungannya dengan konsumsi

air, begitu juga ketika orang lupa mematikan pompa dan air dalam tanki sudah hampir penuh

dan meluber, maka ini juga pemborosan, baik pemborosan air maupun pemborosan energi

listrik. Untuk mengantisipasi masalah di atas, maka diperlukan sebuah sistem atau alat yang

bisa mengendalikan kerja pompa, yaitu dengan sensor yang mengetahui secara otomatis saat

air tandon sedikit atau penuh. Berikut penjelasan prinsip kerja macam-macam sensor yang di

aplikasikan untuk water level controler.

1

A. PENGUKURAN LEVEL AIR DENGAN SENSOR RESISTANSI DUA PELAT

1. Water Level Control Menggunakan RS Flip-Flop NAND Gate

Flip-flop adalah keluarga Multivibrator yang mempunyai dua keadaaan stabil atau

disebut Bistabil Multivibrator. Rangkaian flip-flop mempunyai sifat sekuensial karena

sistem kerjanya diatur dengan jam atau pulsa, yaitu sistem-sistem tersebut bekerja secara

sinkron dengan deretan pulsa berperiode T yang disebut jam sistem (System Clock atau

disingkat menjadi CK). fungsi rangkaian flip-flop yang utama adalah sebagai memori

(menyimpan informasi) 1 bit atau suatu sel penyimpan 1 bit.

RS Flip-Flop yaitu rangkaian Flip-Flop yang mempunyai 2 jalan keluar Q dan Q

(atasnya digaris). Simbol-simbol yang ada pada jalan keluar selalu berlawanan satu

dengan yang lain. RS-FF adalah flip-flop dasar yang memiliki dua masukan yaitu R

(Reset) dan S (Set). Bila S diberi logika 1 dan R diberi logika 0, maka output Q akan

berada pada logika 0 dan Q not pada logika 1. Bila R diberi logika 1 dan S diberi logika

0 maka keadaan output akan berubah menjadi Q berada pada logik 1 dan Q not pada

logika 0.

Sifat paling penting dari Flip-Flop adalah bahwa sistem ini dapat menempati salah

satu dari dua keadaan stabil yaitu stabil I diperoleh saat Q =1 dan Q not = 0, stabil ke II

diperoleh saat Q=0 dan Q not = 1 yang diperlihatkan pada gambar berikut:

Tabel Kebenaran:

2

S B Q Q Keterangan0 0 1 1 Terlarang0 1 1 0 Set (memasang)1 1 1 0 Stabil I1 0 0 1 Reset (melepas)1 1 0 1 Stabil II0 0 1 1 Terlarang1 1 Qn Qn Memori (mengingat)

Yang dimaksud kondisi terlarang yaitu keadaaan yang tidak diperbolehkan kondisi

output Q sama dengan Q not yaitu pada saat S=0 dan R=0. Sedangkan yang dimaksud

dengan kondisi memori yaitu saat S=1 dan R=1, output Q dan Qnot akan menghasilkan

perbedaan yaitu jika Q=0 maka Qnot=1 atau sebaliknya jika Q=1 maka Q not =0.

Rangkaian water level control ini dibuat dari RS flip-flop NAND gate. NAND gate

G1, G2 dan G3 adalah IC CD4011 yang dikonfigurasikan sebagai RS flip-flop.

Rangkaian water level control ini dapat memonitor ketinggian level air dalam suatu bak

berdasarkan logika yang diterima pada jalur sensor Treshold dan Trigger yang di pasang

pada bak air. Treshold sensor berfungsi memonitor titik tertinggi air yang diperbolehkan

kemudian trigger sensor berfungsi sebagai batas minimal air yang diperbolehkan.

Rangkaian water level control ini akan memonitor air pada bak, apabila air dalam

kondisi minimum kemudian sensor trigger dan treshold berlogika tinggi semua maka

rangkaian akan menyalakan pompa air (melalui relay) untuk mengisi air dalam bak

tersebut. Kemudian pada saat air menyentuh sensor treshold sehingga sensor treshold dan

triger berlogika rendah semua maka pompa air dimatikan melalui relay dan pengisian air

berhenti. Proses kerja ini akan terus berulang pada rangkaian Water Level Control RS

Fliop-Flop ini.

2. Pengisian Tandon (Tangki) Air Otomatis Berbasis ATMEGA 8535

3

Pada aplikasi ini menggunakan prinsip penekanan push button sebagai cara untuk

mendeteksi level air (sensor level air). Terdapat 2 buah sensor level air yaitu MAX dan

MIN, sedangkan GND digunakan untuk mendeteksi sensor mana yang sedang terbaca.

Cara kerjanya jika air berada dibawah sensor MIN maka sensor MIN (PC3) akan

belogika high. Kemudian jika air berada diatas sensor MIN maka sensor MIN (PC3) akan

berlogika low (terhubung ke GND karena terkena air). Begitu juga untuk sensor MAX

(PC2), jika air sudah penuh (menyentuh sensor MAX) maka yang awalnya sensor MAX

(PC2) berlogika high akan berubah menjadi low.

Dengan kata lain jika tangki air sedang kosong maka sensor MIN dan MAX akan

berlogika high dan jika air sudah penuh sensor MIN dan sensor MAX akan berlogika

low.

Kemudian terdapat duah buah saklar yaitu saklar MODE dan POMPA. Saklar

MODE digunakan untuk pemilihan mode yaitu otomatis dan manual. Jika mode otomatis

maka motor pompa akan bekerja (mengisi) jika tangki air sedang kosong (dibawah sensor

MIN), dan akan berhenti mengisi ketika terdeteksi sensor MAX (penuh). Untuk mode

manual motor pompa dapat dinyalakan secara manual menggunakan saklar POMPA, jika

dinyalakan motor pompa tersebut dan air sudah penuh, maka saya buat motor pompa

tersebut mati dengan sendirinya. Dan terdapat beberapa LED yang digunakan sebagai

indikator untuk masing-masing parameter.

B. Pengukuran Level Air Dengan Sensor Ultrasonik

4

Pengukuran ini menggunakan sensor ultrasonic ( Ultrasonic Sensory Unit ), prinsip

kerjanya adalah :

� Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz,

biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di

bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

� Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang

bunyi dengan kecepatan bunyi ( V ) yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian

akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

� Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan

diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :

 

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih

waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian

penerima ultrasonik. 

5

Lebih jelas bisa dilihat pada ilustrasi di bawah ini :

Pemancar Ultrasonik (Transmitter)

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinewave berfrekuensi di

atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonic.

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.

2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3 kOhm untuk pengaman ketika

sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.

3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan

kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.

6

4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1

(D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan

mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2

on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan

mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga

pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah

5V (+2,5 V s.d -2,5 V)

Penerima Ultrasonik (Receiver)

            Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh

pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut

akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter

(penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian

sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding)

dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak

antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk

berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’)

sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian

diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

7

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Pertama–tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian

transistor penguat Q2.

2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi >

40kHz oleh rangkaian transistor Q1.

3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan

oleh rangkaian dioda D1 dan D2.

4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz

melalui rangkaian filter C4 dan R4.

5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.

6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan

mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler

untuk menghitung jaraknya.

8