Rangkaian Aplikasi 3 Elektronika

 

Rangkaian Aplikasi 3

Rangkain Pendeteksi Tekanan Pada Air Bag Mobil Dengan Output Motor

Tujuan :

• Mengetahui fungsi komponen yang digunakan.
• Mengetahui prinsip kerja sensor tekanan.
• Membuat rangkaian aplikasi "Sensor tekanan" pada aplikasi Proteus.

Alat Dan Bahan

• Baterai 9 V

                

            Merupakan penyuplai energi berupa listrik

• Led

           Infra merah : 1,6 V.

           Merah : 1,8 V – 2,1 V

           Oranye : 2,2 V.
           Kuning : 2,4 V.
           Hijau : 2,6 V.
           Biru : 3,0 V – 3,5 V.
           Putih : 3,0 – 3,6 V.
           Ultraviolet : 3,5 V.

• Resistor 

            Menghambat daya 

• Speaker

            Menghhasilkan suara atau getaran

• OP AMP

Tetapi pada prakteknya ,ada beberapa karakteristik OpAmp antara lain:

• Arus bias input (Input bias current). Pada prakteknya akan ada aliran arus yang mengalir ke dalam kedua input opamp. Arus ini adalah arus bias mundur transistor. Arus bias input didefinisikan sebagai:
  I bias =  (I₁ + I₂ ) / 2.

• Arus Offset input (Input offset current). Arus offset input merupakan perbedaan arus bias input dari kedua terminal input. I os = │ I₁ – I₂│

• Tegangan offset input ( Input offset voltage). Bila V1 dan V2 berada pada tegangan yang sama, tegangan output idealnya harus nol, karena Vo = Ad ( V2 – V1). Tetapi pada prakteknya akan ada tegangan pada output. Tegangan offset input didefinisikan sebagai perbedaan tegangan yang harus disupplaykan pada kedua terminal input agar tegangan output sama dengan nol.

• Differensial voltage gain ( Ad ). Merupakan gain bila perbedaan sinyal tegangan input disupplaykan pada kedua terminal input.

• Common mode voltage gain ( Ac ). Merupakan gain bila suatu sinyal input yang sama disupplaykan pada kedua termi nal input opamp.

• Common mode rejection ratio ( CMRR ). Merupakan perbandingan antara Ad dan Ac dalam satuan dB. CMRR = Ad / Ac.

• Supply voltage rejection ratio ( SVRR ). SVRR = Perubahan  dalam  tegangan  supplay. Perubahan dalam tegangan offset input

• Slew Rate. Merupakan ukuran waktu yang dibutuhkan untuk mensaklarkan output dari minimum tegangan negatip ke maximum tegangan positip. SR = ∆V / ∆T.

• Full power bandwidth ( f FPBW ). f FPBW merupakan frekwensi terbesar dari tegangan sinus penuh yang dapat di outputkan opamp tanpa terjadinya efek slew rate. Jika output,Vo = Vom sin (2πft), maka gradinnya: dVo/ dt = 2πf Vom cos (2πft). Gradien akan maximum bila cos (2πft) = 1. Maka │ dVo/ dt │= 2πf Vom, dimana f adalah f FPBW. Jadi SR = 2π f FPBW Vom. Dan  f FPBW = SR / (2π Vom).

• MPXA6115A6U

Sensor seri MPXxx6115A mengintegrasikan sirkuit op amp on-chip, bipolar, dan

jaringan resistor film tipis untuk memberikan sinyal dan suhu keluaran tinggi

kompensasi. Faktor bentuk kecil dan keandalan tinggi dari integrasi on-chip

sensor tekanan merupakan pilihan logis dan ekonomis untuk perancang sistem.

Transduser piezoresistif seri MPXxx6115A adalah transduser piezoresistif yang canggih,

sinyal dikondisikan, sensor tekanan silikon. Sensor ini menggabungkan lanjutan

teknik mesin mikro, metalisasi film tipis, dan semikonduktor bipolar

pemrosesan untuk memberikan sinyal keluaran analog tingkat tinggi yang akurat

sebanding dengan tekanan yang diterapkan.

fitur

• Tahan terhadap kelembaban tinggi dan media otomotif umum

• Akurasi yang ditingkatkan pada suhu tinggi

• Tersedia dalam paket outline kecil dan super kecil

• Kesalahan maksimum 1,5% di atas 0 ° C hingga 85 ° C

• Sangat cocok untuk mikroprosesor atau sistem berbasis mikrokontroler

• Suhu terkompensasi dari -40 ° C hingga +125 ° C

• Paket Pemasangan Permukaan Termoplastik (PPS) Tahan Lama 

Aplikasi tipikal

• Kontrol industri

• Kontrol engine / tekanan absolut manifold (MAP)

• Barometer stasiun cuaca dan perangkat pelaporan cuaca

• Motor ( Penggerak )

Sebagai OutPut dari tekanan yang terjadi sehingga bisa mengeluarkan AirBag

• Ground

           

1. Single Grounding

Yaitu dengan menancapkan sebuah batang logam atau pasak biasanya di pasang tegak lurus masuk kedalam tanah. Ada juga yang menggunakan pipa galvanis yang di dalamnya di isi dengan kabel BC, kemudian di hubungkan dengan kabel penyalur melalui bak kontrol.

2. Pararel Grounding  

Bila sistem single grounding masih mendapatkan hasil kurang baik, maka perlu di tambahkan material logam arus pelepas ke dalam tanah yang jarak antara batang logam atau material minimal 2 meter dan dihubungkan dengan kabel BC/BCC.

Penambahan batang logam atau material dapat juga di tanam mendatar dengan kedalaman tertentu, bisa juga mengelilingi bangunan membentuk cincin atau cakar ayam. Kedua teknik ini bisa juga di terapkan secara bersamaan dengan acuan tahanan sebaran/resistansi kurang dari 5 Ohm setelah pengukuran dengan Earth Tester Ground.

 3. Maksimum Ground

Maksimum grounding yaitu dengan memasukkan bahan grounding penangkal petir dalam bentuk lembaran tembaga yang diikat oleh kabel BC, serta dengan memasukkan larutan bentonite pada titik grounding penangkal petir tersebut. Hal ini dengan tujuan untuk meningkatkan serta menjaga kualitas resistensi grounding. Biasanya material ini di gunkan pada daerah yang tekstur tanahnya keras atau berbatu. 

• Sensor Inframerah

• 5VDC Operating voltage

• I/O pins are 5V and 3.3V compliant

• Range: Up to 20cm

• Adjustable Sensing range

• Built-in Ambient Light Sensor

• 20mA supply current

• Mounting hole

 

Dasar Teori

sensor tekanan merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi perubahan tekanan yang terjadi sehingga bisa menggerakan motor dan mengeluarkan airbag

A. Battery

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya.

B. Resistor

Resistor memiliki nilai resistansi atau hambatan yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Resistor memiliki dua pin untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu yang dapat menghasilkan tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

C. LED

Light Emitting Diode atau LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan perbedaan warna yang dihasilkan disebabkan perbedaan bahan semikonduktor yang digunakan.

D. Ground

Fungsi Grounding

Sistem grounding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem. Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah beberapa fungsi dari grounding:

 

1. Untuk keselamatan, grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting, misalnya kabel grounding yang terpasang pada badan/sasis alat elektronik seperti setrika listrik akan mencegah kita tersengat listrik saat rangkaian di dalam setrika bocor dan menempel ke badan setrika.
2. Dalam instalasi penangkal petir, system grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang besar langsung ke bumi. meski sifatnya sama, namun pemasangan kabel grounding untuk instalasi rumah dan grounding untuk pernangkal petir pemasangannya harus terpisah.
3. Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.
4. Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

E. Speaker    

Memiliki fungsi untuk merubah gelombang elektrik atau listrik menjadi audio atau gelombang suara. Fungsi tersebut bisa berjalan normal selama komponen-komponen di dalamnya bekerja dengan baik dan sebagaimana mestinya.

F. Ground

Fungsi Grounding

Sistem grounding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem. Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah beberapa fungsi dari grounding:

 

1. Untuk keselamatan, grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting, misalnya kabel grounding yang terpasang pada badan/sasis alat elektronik seperti setrika listrik akan mencegah kita tersengat listrik saat rangkaian di dalam setrika bocor dan menempel ke badan setrika.
2. Dalam instalasi penangkal petir, system grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang besar langsung ke bumi. meski sifatnya sama, namun pemasangan kabel grounding untuk instalasi rumah dan grounding untuk pernangkal petir pemasangannya harus terpisah.
3. Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.
4. Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

G. OP AMP

Penguat operasional (bahasa Inggris: operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (bahasa Inggris: coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau dalam bahasa Inggris: gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.

Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah^.

Detail Operational Amplifier seri 741

Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah:

1. Bati tegangan tidak terbatas
2. Impedansi masukan tidak terbatas
3. Impedansi keluaran nol
4. Lebar pita tidak terbatas
5. Tegangan offset nol (kondisi ketika masukan sebesar nol).

H. MPXA6115A6U

Sensor seri MPXA6115A6U mengintegrasikan on-chip, op amp bipolar sirkuit dan network resistor film tipis untuk memberikan sinyal output tinggi dan kompensasi suhu. Bentuk kecil faktor dan keandalan tinggi dari integrasi chip membuat tekanan ada pilihan yang logis dan ekonomis untuk perancang sistem.  Pemilihan sensor ini didasari kemampuannya yang mempunyai tingkat error yang sangat kecil, yaitu 1,5%.

Grafik Tegangan Output sensor tekanan MPXA6115A6U

Data output dari sensor MPXA6115A6U berupa data analog. Data ini akan diubah ke dalam desimal dengan ADC, kemudian diberikan ke mikrocontroler master yang hasilnya diubah dalam satuan kiloPascal (kPa) dengan menggunakan persamaan berikut :

I. Motor

Motor arus searah dengan belitan medan seri adalah jenis motor traksi tertua. Ini memberikan karakteristik torsi kecepatan yang berguna untuk propulsi, memberikan torsi tinggi pada kecepatan rendah untuk akselerasi kendaraan, dan torsi menurun seiring dengan peningkatan kecepatan. Dengan mengatur belitan medan dengan beberapa tap, karakteristik kecepatan dapat bervariasi, sehingga memungkinkan kontrol akselerasi operator yang relatif mulus. Ukuran kontrol lebih lanjut diberikan dengan menggunakan pasangan motor pada kendaraan dalam kontrol pararel seri ; untuk operasi lambat atau beban berat, dua motor dapat dijalankan secara seri dari suplai arus searah. Dimana kecepatan yang lebih tinggi diinginkan, motor ini dapat dioperasikan secara paralel, membuat tegangan yang lebih tinggi tersedia di masing-masing motor sehingga memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi. Bagian dari sistem rel mungkin menggunakan voltase yang berbeda, dengan voltase yang lebih tinggi dalam jangka panjang antar stasiun dan voltase yang lebih rendah di dekat stasiun yang hanya memerlukan pengoperasian lebih lambat.

Varian dari sistem DC adalah motor seri AC, juga dikenal sebagai motor universal , yang pada dasarnya adalah perangkat yang sama tetapi beroperasi pada aruis bolak balik . Karena dinamo dan arus medan berlawanan arah pada saat yang sama, perilaku motor serupa dengan perilaku saat diberi energi dengan arus searah. Untuk mencapai kondisi pengoperasian yang lebih baik, rel AC sering kali disuplai dengan arus padafrekuensi yang lebih rendah daripada pasokan komersial yang digunakan untuk penerangan dan daya umum; pembangkit listrik arus traksii khusus digunakan, atau konveter putar digunakan untuk mengubah daya komersial 50 atau 60 Hz menjadi 25 Hz atau 16  Frekuensi ² ⁄ ₃ Hz digunakan untuk motor traksi AC. Sistem AC memungkinkan distribusi daya yang efisien di sepanjang jalur rel, dan juga memungkinkan kontrol kecepatan dengan switchgear pada kendaraan.

Motor induksi AC dan motor sinkron sederhana dan perawatannya rendah, tetapi sulit diterapkan pada motor traksi karena karakteristik kecepatan tetapnya. Motor induksi AC hanya menghasilkan sejumlah daya yang berguna pada kisaran kecepatan yang sempit yang ditentukan oleh konstruksinya dan frekuensi catu daya AC. 

J. Sensor Inframerah

Rangkaian sensor infra merah menggunakan foto transistor dan led infra merah yang dihubungkan secara optik. Foto transistor akan aktif apabila terkena cahaya dari led infra merah. Antara Led dan foto transistor dipisahkan oleh jarak. Jauh dekatnya jarak memengaruhi besar intensitas cahaya yang diterima oleh foto transistor. Apabila antara Led dan foto transistor tidak terhalang oleh benda, maka foto transistor akan aktif. Transistor BC 548C akan tidak aktif karena tidak ada arus yang mengalir ke basis transistor BC 548C. Karena transistor tersebut tidak aktif, maka tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sehingga menyebabkan transistor BC 548C tidak aktif dan outputnya berlogik ‘1’ dan Led padam. Apabila antara Led dan foto transistor terhalang oleh benda, foto transistor akan tidak aktif, sehingga transistor BC 548C akan aktif karena ada arus mengalir ke basis transistor BC 548C. Dengan transistor dalam keadaan on, maka arus mengalir dari kolektor ke emitor sehingga menyebabkan transistor BC 548C on dan outputnya berlogik ‘0’ serta Led menyala

Percobaan

A. Prosedur percobaan

• Percobaan pertama : Tekanan pada keadaan normal, motor tidak bergerak, lampu tidak menyala dan sepker tidak menyala.
• Percobaan Kedua : Tekanan pada keadaan sedang, motor bergerak tapi tidak bertenaga, lampu menyala dan sepker tidak menyala.
• Percobaan ketiga : Tekanan pada keadaan tinggi, motor bergerak, lampu menyala dan sepker berbunyi.

B. Rangkaian Simulasi

C. Prinsip Kerja

  Udara masuk melalui sensor tekanan yang diteruskan ke hambatan R1 ke kaki non inverting Amplifier. Lalu diteruskan ke hambatan R2 untuk diteruskan ke komparator. Hambatan R3 dan R4 berfungsi untuk meneruskan arus yang berasal dari R1 dan R2 . Penguatan arus yang masuk dari inverting komparator lalu masuk ke motor dan menghasilkan gerak mekanis sehingga motor bergerak (berputar). Arus yang masuk ke kaki inverting dari amplifier berfungsi untuk meneruskan arus ke ground. Arus dari motor akan diteruskan ke groud yang mana tekanan udaranya dapat terukur di voltmeter oleh sensor. Jika semakin besar tekanan udara yang masuk, maka semakin besar pula output yang dikeluarkan. Sehingga pada voltmeter ke -3 yakni yang terhubung oleh komparator yang akan masuk ke motor memiliki tekanan yang lebih besar dari voltmeter sebelumnya yang terhubung setelah R2. Semakin besar tekanan maka semakin besar output.

D. Video SImulasi

Link Download :

Dwonload Datashet Sensor MPXA6115A6U  Disini

Dwonload sesnor Infra merah Disini

Dwonload Simulasi Disini

Dwonload Materi Disini

Dwonload rangkain proteus Disini