MODUL 4 Kontrol Oven

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Judul Aplikasi

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Prosedur Percobaan
2. Hardware
3. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
4. Flowchart
5. Video Demo
6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

Perkembangan teknologi elektronika saat ini mendorong banyak perangkat rumah tangga dan peralatan industri untuk beralih ke sistem otomatis yang lebih aman dan nyaman digunakan. Salah satu peralatan yang membutuhkan peningkatan pada aspek keselamatan dan kemudahan operasionalnya adalah oven, terutama oven berbahan bakar gas yang sering digunakan di dapur maupun usaha kuliner. Penggunaan oven secara manual tidak jarang menyulitkan pengguna, terutama ketika suhu oven sedang tinggi atau saat tangan tidak memungkinkan untuk memegang gagang pintu secara langsung.

Ketika oven berada pada kondisi panas, membuka pintu secara manual dapat menimbulkan risiko cedera akibat kontak dengan permukaan yang bersuhu tinggi. Selain itu, oven gas juga memiliki potensi bahaya lain yaitu kebocoran gas dari selang penghubung atau titik sambungan. Kebocoran yang tidak terdeteksi dapat menyebabkan akumulasi gas yang berbahaya dan berpotensi memicu kebakaran maupun ledakan apabila terkena percikan api.

Untuk mengurangi risiko tersebut, dirancang sebuah sistem kontrol oven yang dapat bekerja secara otomatis berdasarkan kondisi tertentu dari lingkungan kerja oven. Dalam proyek ini digunakan touch sensor sebagai pemicu untuk membuka pintu oven tanpa kontak langsung dengan permukaannya, sehingga pengguna dapat mengakses oven dengan lebih mudah dan aman walaupun oven sedang bersuhu tinggi. Selain itu, digunakan juga sensor gas yang dipasang di sekitar jalur pipa gas untuk memantau kemungkinan terjadinya kebocoran. Apabila sensor mendeteksi kadar gas yang melebihi batas aman, sistem akan segera mengaktifkan peringatan atau memutuskan rangkaian untuk mencegah risiko bahaya.

Seluruh sensor dan aktuator pada sistem ini dikendalikan menggunakan rangkaian analog tanpa mikrokontroler. Sinyal dari touch sensor maupun gas sensor diolah melalui komponen seperti komparator, transistor, dan relay untuk menghasilkan aksi otomatis, seperti membuka pintu atau menyalakan alarm. Dengan memanfaatkan rangkaian analog, sistem ini menjadi lebih mudah dirakit, tidak memerlukan pemrograman, dan tetap mampu memberikan respons yang cepat dan stabil.

Pengembangan sistem kontrol oven berbasis sensor ini diharapkan dapat meningkatkan keamanan pengguna sekaligus mempermudah pengoperasian oven pada kondisi panas. Selain itu, proyek ini juga menjadi sarana pembelajaran bagi mahasiswa dalam memahami prinsip dasar sensor, rangkaian pengolah sinyal analog, dan implementasi sistem otomatis pada perangkat rumah tangga.

2. Tujuan[Kembali]

1. Mengembangkan sistem kontrol oven otomatis yang memungkinkan pintu terbuka tanpa sentuhan langsung melalui penggunaan touch sensor, serta memonitor kemungkinan kebocoran gas dengan gas sensor untuk meningkatkan keamanan saat oven digunakan.

2. Merancang rangkaian pengolah sinyal analog berbasis komparator, transistor, dan relay untuk mengendalikan mekanisme pembuka pintu oven serta menyalakan LED sebagai indikator ketika sensor gas mendeteksi adanya kebocoran.

3. Menciptakan sistem kontrol oven yang lebih aman, sederhana, dan mudah digunakan, sehingga dapat memberikan kenyamanan bagi pengguna tanpa memerlukan perangkat pemrograman digital maupun alarm tambahan.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A.Alat.

  1. Breadboard

 

2. Kaleng

3. Adapter 12V

4. Solder 

5.Multimeter

B.Bahan

1. Touch sensor (TTP223)

Touch sensor digunakan sebagai pemicu untuk membuka pintu oven secara otomatis tanpa perlu menyentuh gagang pintu secara langsung. Sensor ini memudahkan pengguna ketika oven berada pada kondisi panas.

2. Sensor LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor gas MQ-2 berfungsi mendeteksi adanya kebocoran gas di sekitar selang atau sambungan oven. Ketika konsentrasi gas meningkat melewati ambang tertentu, sensor ini mengaktifkan LED indikator sebagai tanda peringatan adanya potensi kebocoran.

3. LED 

LED berfungsi sebagai indikator visual, misalnya menandakan sistem aktif, mendeteksi input sensor, atau status kebocoran gas.

4. Jumper 

Digunakan sebagai konektor tambahan untuk menghubungkan modul sensor, op-amp, relay, dan motor DC dalam satu rangkaian.

5. Konverter DC to DC

Konverter ini digunakan untuk menurunkan atau menstabilkan tegangan keluaran agar sesuai kebutuhan sistem, misalnya dari 12V ke 5V.

6. Transistor D882

Transistor ini digunakan sebagai saklar elektronik untuk mengontrol arus besar ke motor atau relay menggunakan arus kecil dari op-amp.

7. Op amp lm 741

Op-amp LM741 adalah penguat operasional serbaguna yang digunakan untuk memproses sinyal analog. Dalam rangkaian kontrol sensor, LM741 berfungsi sebagai komparator maupun penguat sinyal tergantung pada konfigurasi rangkaiannya. .

8. Relay 5V

Relay digunakan sebagai saklar otomatis berdaya besar untuk menghubungkan motor DC dengan sumber tegangan sesuai sinyal dari transistor.

9. Limit Switch

Limit switch digunakan untuk menentukan batas gerakan pintu garasi, mencegah motor bergerak berlebihan, dan mematikan sistem pada posisi buka/tutup maksimum.

10. Resistor 

Resistor digunakan sebagai pembatas arus untuk LED atau bagian rangkaian lainnya agar tidak menerima arus berlebih.

11. op amp LM393

LM393 membandingkan tegangan sensor dengan nilai referensi untuk menghasilkan sinyal digital HIGH atau LOW sebagai input ke pengendali.

12.  Motor Girbook DC 5V

Motor dc yg telah di modifikasi agar melakukan putaran seperti roda mobil dengan penambahan gir agar putarannya dapat 2 roda sekaligus

13. PCB 

14.Potensiometer

4. Dasar Teori [Kembali]

A.Touch Sensor (TTP223)

Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor).touch sensor adalah jenis sensor input yang bekerja berdasarkan sentuhan atau sentuhan ringan dari pengguna. Sensor ini biasanya menggunakan prinsip kapasitif atau resistif untuk mendeteksi perubahan kecil pada medan listrik ketika jari manusia menyentuh permukaannya.

Pada sistem kontrol oven, touch sensor digunakan untuk mengaktifkan mekanisme pembuka pintu secara otomatis tanpa perlu menyentuh gagang atau permukaan oven yang panas. Hal ini memberikan kenyamanan dan meningkatkan keselamatan, terutama saat oven dalam kondisi bersuhu tinggi.

 Grafik responsi sensor :

 B.GAS SENSOR (MQ-2)

Sensor MQ-2 adalah sensor gas yang sensitif terhadap berberpa zat yang berbahaya seperti gas LPG, propana, metana, karbon monoksida, alkohol, dan asap mulai dari 200 dan 10.000 ppm. MQ2 dikenal sebagai chemiresistor karena pendeteksinya bergantung pada perubahan resistansi penginderaan bahan saat terkena gas.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi :

Grafik respon MQ-2 sensor:

C.OP-AMP

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.

Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;

• 1. Gain sangat besar (AOL >>).

  Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.

  2. Impedansi input sangat besar (Zi >>).

  Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

  3. Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

  Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan Zo <<. Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar

  

  Simbol op-amp dimana, V1 adalah tegangan masukan dari kaki non inverting V2 adalah tegangan masukan dari kaki inverting Vo adalah tegangan keluaran sehingga

  

  

  Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber Vs dan disebut juga sebesar tegangan saturasi Vsat Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan Vi terhadap Vo untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input Vi bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya.

  

 pada rangkaian ini digunakan konfigurasi Op-Amp sebagai berikut :

  1. Komparator Non-Inverting

    Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref ¹ 0 Volt baik positif maupun negatif adalah seperti gambar 9 

Gambar 9 Rangkaian komparator non inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. 

Misalkan tegangan output VO = +Vsat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT

Gambar 10 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

    Misalkan tegangan output VO = -Vsat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT

Gambar 11 Rangkaian komparator non inverting saat V0= -Vsat

    Bentuk gelombang tegangan output VO dengan Vref - adalah seperti pada gambar 12 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 13

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 13 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif

Sehingga: 

 2.Non-inverting amplifier

Pada konfigurasi non inverting amplifier , sinyal masukan (VIN) diberikan langsung ke terminal non-inverting (+) sehingga output memiliki fase yang sama dengan input. Umpan balik negatif dihasilkan melalui pembagi tegangan RF dan R2 yang terhubung ke terminal inverting (–).

Rangkaian tertutup ini menghasilkan penguat yang stabil, dengan impedansi masukan sangat tinggi (mendekati tak terhingga) dan impedansi keluaran rendah, sehingga cocok untuk memperkuat sinyal tanpa membalik fasenya.

Konfigurasi non-inverting amplifier

Pada pembahasan sebelumnya mengenai penguat pembalik, telah dijelaskan bahwa pada penguat operasional ideal tidak ada arus yang mengalir ke terminal input, serta tegangan pada V1 selalu sama dengan V2. Hal ini terjadi karena titik masuk sinyal dan umpan balik berada pada potensial yang sama.

Dengan kata lain, titik tersebut disebut virtual ground. Berkat adanya virtual ground ini, resistor RF dan R2 membentuk jaringan pembagi tegangan sederhana pada konfigurasi non-inverting amplifier, di mana besar penguatan (gain) ditentukan oleh perbandingan nilai RF dan R2.

Maka penguatan tegangan loop tertutup dari konfigurasi penguat operasional non-pembalik akan diberikan sebagai:

D.Resistor

Simbol :

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

E.Transistor

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.

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

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

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

 

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

 

Rumus-rumus transistor:

Spesifikasi :

• Bi-Polar Transistor
• DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
• Continuous Collector current (IC) is 100mA
• Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
• Base Current(IB) is 5mA maximum

Konfigurasi Transistor

Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

3) Relay

    Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan arus listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.

    Fungsi-fungsi dan Aplikasi Relay

    Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :

1. Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
2. Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
3. Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
4. Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).

Kapasitas Pengalihan Maksimum:

 

  

    Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

4) LED

Tabel warna dan material LED

 

5. Converter DC-DC (LM2596)

Regulator seri LM2596 adalah sirkuit terpadu monolitik yang menyediakan semua fungsi aktif

untuk regulator pensaklaran step-down (buck), yang mampu menggerakkan beban 3 A dengan pengaturan saluran dan beban yang sangat baik. Perangkat ini tersedia dalam tegangan keluaran tetap 3,3 V, 5 V, 12 V, dan versi keluaran yang dapat disesuaikan.

Dengan jumlah minimum komponen eksternal yang dibutuhkan, regulator ini mudah digunakan dan termasuk kompensasi frekuensi internal dan osilator frekuensi tetap. Seri LM2596 beroperasi pada frekuensi pensaklaran 150 kHz, sehingga memungkinkan komponen filter berukuran lebih kecil daripada yang dibutuhkan dengan regulator pensaklaran frekuensi rendah.