Alarm Pendeteksi Kebakaran Otomatis ( Sensor Thermistor dan Sensor Gas MQ-2 )



 

        1. Mengetahui dan memahami sensor thermistor

        2. Mengetahui dan memahami sensor MQ2

        3. Mengaplikasikan sensor thermistor, MQ2 dan ADC


2. Alat dan Bahan

    2.1 Alat

a. Amperemeter


    Ampermeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kuat arus pada suatu rangkaian listrik.


b. Baterai

Baterai merupakan sebuah alat digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.


    2.2 Bahan

a. Resistor



 Spesifikasi Resitor


 


b. Potensiometer

    Potensiometer berfungsi untuk mengatur besar tahanan sesuai keperluan.


Konfigurasi Pin





Spesifikasi Potensiometer

1. Type: Rotary a.k.a Radio POT

2. Available in different resistance values like 500Ω, 1K, 2K, 5K, 10K, 22K, 47K, 50K, 100K, 220K, 470K, 500K, 1 M. 

3. Power Rating: 0.3W

4. Maximum Input Voltage: 200Vdc

5. Rotational Life: 2000K cycles

 



 c. IC OpAmp




     IC OpAmp berfungsi sebagai penguat dan pembanding tegangan dengan input dengan output.


Konfigurasi pin



1. Pin1 & Pin5 (Offset N1 & N2) : Pin untuk mengatur tegangan offset jika perlu

2. Pin2 (IN-) : Pin inverting dari Op Amp 

3. Pin3 (IN +) : Pin Non inverting Op Amp

4. Pin4 (Vcc-) : Pin ini terhubung ke ground jika tidak rel negatif

5. Pin6 (Output) : Output daya pin Op-amp

6. Pin7 (Vcc +) : Pin ini terhubung ke + ve rail dari supply tegangan

7. Pin8 (NC) : Tidak ada koneksi


Spesifikasi bahan



d. Trasnsistor NPN



        Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal (switching), stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. 



Konfigurasi Pin


 
Spesifikasi



Komponen Input


a. Thermistor (NTC)

 



     Thermistor berfungsi sebagai indikator panas atau suhu suatu ruangan bila terjadi kebakaran.


Konfigurasi Pin



Grafik Respon

Spesifikasi 



b. Sensor MQ2


     Sensor MQ2 berfungsi untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dimana output akan membacanya sebagai tegangan analog.


Konfigurasi Pin



Spesifikasi Sensor MQ2




Grafik Respon




Komponen Output

a. Buzzer


     Buzzer berfungsi sebagai penghasil bunyi pada kondisi yang ditentukan.


Spesifikasi

 


 

 i. Relay


 
Konfigurasi Pin




Datasheet Relay

 

Spesifikasi Relay
 


3. Dasar Teori

a. Resistor

    Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor disebut Ohm dilambangkan dengan simbol Omega (Ω).

Simbol Resistor 


Cara Menentukan Nilai Resistor

     a. Dengan Kode Warna


 - Resistor dengan 4  cincin kode warna 

     Maka cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warnake 4 menunjukan nilai toleransi resistor.

    - Resistor dengan 5 cincin kode warna
    Maka cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke 5 menunjukan nilai toleransi resistor.

    - Resistor dengan 6 cincin warna
    Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya sama dengan resistor dengan 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke 6 menentukan coefisien temperatur yaitu temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

    b. Dengan Kode Huruf Resistor 


Kode Huruf Untuk Nilai Resistansi :
  • R, berarti x1 (Ohm)
  • K, berarti x1000 (KOhm)
  • M, berarti x 1000000 (MOhm)

    Kode Huruf Untuk Nilai Toleransi :

  • F, untuk toleransi 1%
  • G, untuk toleransi 2%
  • J, untuk toleransi 5%
  • K, untuk toleransi 10%
  • M, untuk toleransi 20%

Rumus Menentukan Nilai Resitor
- Resistor Seri R(total) = R1+R2+ R(selanjut nya).

- Resistor Paralel R(total) = 1/R(total) = 1/R1 + 1/R2 + 1/R(seterusnya).


b. Potensiometer

    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.

 



Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :


1.        Penyapu atau disebut juga dengan Wiper

2.        Element Resistif

3.        Terminal


Jenis-jenis Potensiometer


1.    Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.

2.     Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.

3.  Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya. 


Fungsi-fungsi Potensiometer


1. Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.

2. Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply

3. Sebagai Pembagi Tegangan

4. Aplikasi Switch TRIAC

5. Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser

6. Sebagai Pengendali Level Sinyal



c. IC OpAmp

     Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

Simbol 


                                                                               

Karakteristik IC OpAmp

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Inverting Amplifier


 Rumus:

NonInverting

 Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:


Bentuk Gelombang





d. Thermistor

    Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).
    Komponen Elektronika yang peka dengan suhu ini pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan inggris yang bernama Michael Faraday pada 1833. Thermistor yang ditemukannya tersebut merupakan Thermistor jenis NTC (Negative Temperature Coefficient). Michael Faraday menemukan adanya penurunan Resistansi (hambatan) yang signifikan pada bahan Silver Sulfide ketika suhu dinaikkan. Namun Thermitor komersil pertama yang dapat diproduksi secara massal adalah Thermistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930. Samuel Ruben adalah seorang ilmuwan yang berasal dari Amerika Serikat. 

Simbol 



Karakteristik

     Thermistor NTC tersebut bernilai 10kΩ pada suhu ruangan (25°C), tetapi akan berubah seiring perubahan suhu disekitarnya. Pada -40°C nilai resistansinya akan menjadi 197.388kΩ, saat kondisi suhu di 0°C nilai resistansi NTC akan menurun menjadi 27.445kΩ, pada suhu 100°C akan menjadi 0.976kΩ dan pada suhu 125°C akan menurun menjadi 0.532kΩ. 



e. Sensor MQ2 

    Sensor jenis ini adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya.Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke. 




Sensor gas ini tersusun oleh senyawa SnO2, dengan sifat konduktivitas rendah pada udara yang bersih, atau sifat penghantar yang tidak baik. 

Sifat conductivity semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tinggi di sekitar sensor gas. Lebih jelas nya bisa dilihat di datasheet sensor ini. Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:
  1. Catu daya pemanas : 5V AC/DC
  2. Catu daya rangkaian : 5VDC
  3. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
  4.  Keluaran : analog (perubahan tegangan)
Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V .
 

    Sensor MQ-2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi dari sensor MQ-S :
  1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
  2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.
  3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.
  4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog

Prinsip Kerja Sensor MQ2
 
    Sensor Asap MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.
    Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.
Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground), dan pin keluaran dari sensor tersebut.
 

 f. Buzzer

    Buzzer listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara.

Simbol


    Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi kisaran 1-5 KHz hingga 100 KHz untuk aplikasi ultrasound. Tegangan operasional buzzer yang umumnya berkisar 3-12 V.

   Cara Kerja Buzzer

    Tegangabn Listrik yang mengalir ke buzzer akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut akan diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh manusia.


 g. Transistor NPN

   Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal, stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor 2SC1162 bertipe NPN. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor  yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis  melebihi arus pada kaki kolektor atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff  (saklar tertutup). 

    Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

  • Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

  • Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

  • Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor. 



Karakterisitik I/O







h. Relay 




Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

  1. Electromagnet (Coil)
  2. Armature
  3. Switch Contact Point (Saklar)
  4. Spring
 Gambar dari bagian-bagian relay 


Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

  • Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)

  • Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)


4. Percobaan
    4.1 Prosedur Percobaan
1. Buka aplikasi Proteus
2. Pilih komponen yang dibutuhkan
3. Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
4. Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
5. Jalankan simulasi rangkaian 

    4.2 Rangkaian Simulasi

    a. Rangkaian 



    b. Prinsip Kerja
    Komparator tegangan Op-amp membandingkan besaran dua input tegangan dan menentukan yang mana yang terbesar dari keduanya. Penguat Operasional Standar dicirikan oleh Gain Loop Terbuka AO dan bahwa tegangan outputnya. Dengan rumusan : Vout = Ao ((V+) - (V-)) dimana V+ dan V- tegangan pada terminal -membalikkan dan membalik. Pembanding tegangan, baik menggunakan umpan balik positif atau tidak ada umpan balik sama sekali (Mode Loop Terbuka) untuk mengalihkan outputnya di antara dua kondisi jenuh, karena dalam mode loop terbuka penguat gain tegangan pada dasarnya sama dengan AVo. Karena Gain Loop Terbuka yang tinggi, output dari komparator mengayun sepenuhnya ke rel pasokan positifnya, +Vcc atau sepenuhnya ke rel pasokan negatifnya, -Vcc pada aplikasi berbagai sinyal input yang melewati beberapa nilai ambang yang telah ditetapkan. Pembanding op-amp dasar menghasilkan output tegangan positif atau negatif dengan membandingkan tegangan inputnya terhadap beberapa tegangan referensi DC yang telah ditetapkan. Pembagi tegangan resistif digunakan untuk mengatur tegangan referensi input dari komparator, tetapi sumber baterai, dioda zener atau potensiometer untuk tegangan referensi variabel.

Sedangkan untuk prinsip kerja thermistor adalah semakin tinggi suhu yang terdeteksi maka melalui komparator lalu ke transistor npn maka arus akan semakin besar, pada nilai atau besaran tertentu relay akan hidup. Pada rangkaian ini saya mengatur agar relay hidup pada suhu 53 derajat suhu ruangan dimana nantinya buzzer akan berbunyi dan pintu akan terbuka.

Saat sensor MQ-2 mendeteksi asap maka logicstate berlogika 1. Lalu outputnya mengalirkan tegangan ke OpAmp dan ke RV1 lalu dialirkan lagi ke R1 sehingga tegangan mengalir ke R2 OpAmp ini sebagai penguat tegangan (10x penguatan). Selanjutnya tegangan terus dialirkan ke Q1 sehingga transistor menjadi ON saat ada arus yang mengalir melewati basis, selanjutnya arus juga melewati emitter ke ground sehingga saat Q1 ON maka arus akan mengalir colector lalu di alirkan dan dihasilkan tersebut akan menginduksi kumparan pada RL1 relay menyebabkan switch berubah posisi. Perubahan posisi switch menyebabkan rangkaian menjadi tertutup sehingga arus mengalir menuju motor DC bergerak dan Buzzer berbunyi.
Jika logicstate berlogika 0 maka tidak ada arus yang dialiri sehingga Q1 transistor OFF dan switch tidak akan berubah posisi maka motor DC tidak bergerak dan buzzer tidak berbunyi.    



 
 


5. Download File

Rangkaian Proteus klik disini

HTML klik disini

Video Simulasi klik disini

Library Sensor MQ-2  klik disini

Datasheet Sensor MQ-2 klik disini

Datasheet Sensor Thermistor klik disini

Datasheet Resistor klik disini

Datasheet IC Op Amp klik disini

Datasheet Buzzer klik disini

Datasheet Transistor klik disini

Datasheet Relay klik disini

Datasheet Motor klik disini

Datasheet Battery klik disini

Datasheet Potensiometer klik disini

 

 

 
 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)