KONTROL BANJIR BANDANG

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Kontrol Banjir Bandang

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]

Banjir bandang adalah salah satu bencana yang datangnya tiba-tiba dan biasanya membawa arus air yang besar. Kondisi ini sering terjadi setelah hujan deras, sungai yang tersumbat, atau tanah yang sudah terlalu jenuh air. Dampaknya bisa merusak rumah, jalan, jembatan, bahkan membahayakan nyawa manusia. Untuk membantu mengurangi risiko, Kami membuat prototype atau model sederhana dari sistem peringatan dini banjir bandang. Prototype ini dibuat dalam skala kecil, tapi mampu menunjukkan bagaimana suatu alat bisa mendeteksi naiknya air, kondisi hujan, dan memberi peringatan sebelum kejadian yang sebenarnya terjadi.

2. Tujuan[Kembali]

1. Membuat contoh alat sederhana yang bisa memantau kondisi air dan cuaca.
2. Memberikan gambaran bagaimana sensor bekerja mendeteksi ketinggian air dan intensitas hujan.
3. Menguji apakah sistem bisa memberi peringatan ketika kondisi sudah tidak aman.
4. Menjadi langkah awal untuk membuat sistem yang lebih besar dan bisa dipakai di lokasi rawan banjir bandang.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat:

1. Papan Rangkaian

2. Multimeter

3. Water level sensor

4. Rain sensor

5. Op-Amp LM741

6. Transistor 2N2222 dan BC547

2N2222

BC547

7. Led

8. Buzzer

9. Relay 5V

10. Resistor

11. Potensiometer

12. Jumper

13. Buck converter

14. Adaptor 12V

4. Dasar Teori [Kembali]

A.Water Level Sensor

    Sensor Water Level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil, pin pada sensor ini ada 3 macam yaitu, pin negatif (-), pin positif (+), dan pin data (S). Dimana pin positif sebagai sumber tegangan yaitu 5 Volt yang diperlukan oleh sensor ini, pin negatif sebagai ground dan pin data adalah pin yang nantinya masuk ke pin analog pada arduino, disini pin data (S) menggunakan pin analog dari arduino dikarenakan pin analog lah yang dapat membaca masukan sinyal dari water level sensor sedangkan pin digital tidak dapat melakukanya, dalam sensor ini terdapat 2 jalur yaitu jalur sensor dan jalur power, water level sensor adalah sensor yang memiliki output data berupa data analog, maka memerlukan pin arduino yang support dengan pembacaan data analog yakni pin yang mempunyai kemampuan ADC (Analog to Digital Converter). Dan pin yang support ADC adalah pin A0-A5. ADC arduino mampu mencacah tegangan 0V – 5V menjadi 1024 data yakni 0 – 1023.

    Prinsip kerja Sensor ini sama seperti potensiometer yang menggunakan variable resistor yang apabila air pada permukaan jalur sedikit maka resistansi akan tinggi sekitar 1M Ohm yang menyebabkan tegangan akan terbaca dengan nilai kecil, Namun apabila air dipermukaan jalur tinggi maka resistansi akan rendah sehingga nilai yang terbaca akan tinggi. Fungsi kegunaan dari sensor water level ini pada alat pengisian air otomatis ini adalah sebagai pendeteksi kebocoran pada toren, Sensor ini dipasanh pada bagian bawah toren yang mana pada bagian bawah toren sudah dipasangi nampan untuk wadah air yang apabila toren mengalami kebocoran.

data spesifikasi water level sensor

2. Rain Sensor

Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, yang dapat difungsikan dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari–hari. Prinsip kerja dari module sensor ini yaitu mendeteksi air pada lapisan tembaga yang dicetak pada pcb. Sensor hujan bekerja seperti resistor variabel yang akan berubah dari 100k Ohm ketika basah dan 2M ohm saat kering, untuk kesentivitasan sensor hujan ini dapat diatur pada modul pin out sensor hujan. Fungsi dan kegunaan sensor hujan pada alat pengisian air otomatis ini adalah sebagai pendeteksi kebocoran antar pipa dimana pada alat ini menggunakan 3 sensor hujan yang masing-masing dipasang dibagian anar pipa

Data spesifikasi sensor hujan

3. Op-Amp LM741

    Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator. Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. 

    Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya opamp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105.Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite).Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil

a. Rangkaian Buffer 

Sirkuit buffer tegangan menyediakan cara untuk mengisolasi sinyal input dari suatu beban oleh menggunakan tahap yang memiliki gain tegangan kesatuan, tanpa fase atau pembalikan polaritas, dan bertindak sebagai sirkuit ideal dengan impedansi input sangat tinggi dan impedansi output rendah. Tegangan output ditentukan oleh

Gambar 15.13 menunjukkan op-amp yang terhubung untuk menyediakan operasi penguat buffer ini.

Gambar 15.14 menunjukkan bagaimana sinyal input dapat disediakan untuk dua output terpisah. Itu keuntungan dari koneksi ini adalah bahwa beban yang terhubung di satu output tidak memiliki (atau sedikit) berpengaruh pada output lainnya. Akibatnya, output buffered atau diisolasi dari satu sama lain.

b. Rangkaian Detektor Non Inverting dengan Vref positif

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti gambar 78.

Gambar 78 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vout = +- Vsat) yang dihasilkan dengan simulasi multisim adalah seperti gambar 79.

Gambar 79 Bentuk gelombang input dan gelombang output

4. 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. 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. Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP.

    Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. 

    Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

Rumus :

a. 2N2222

Transistor 2N2222 adalah jenis transistor bipolar NPN. Transistor ini unggul dalam kecepatan switching dan umumnya digunakan dalam aplikasi switching dan amplifikasi daya rendah. Arus maksimum yang dapat ditanganinya adalah 800 mA, sehingga ideal untuk berbagai proyek elektronik.

Pinout 2N2222 menunjukkan bagaimana ketiga pinnya (emitor, basis, kolektor) terhubung dalam suatu rangkaian. Baiklah, sekarang mari kita lihat ketiga pin transistor 2N2222.

1) Emitor: arus biasanya mengalir keluar dari emitor, yang biasanya dibumikan di sebagian besar rangkaian transistor NPN.

2) Basis: mengontrol aliran arus dan menghidupkan atau mematikan transistor dengan arus masukan.

3) Kolektor: arus dari catu daya mengalir ke kolektor.

b. BC547

Transistor BC547, yang terdapat dalam paket dua-92, menggunakan konfigurasi kolektor-basis-seminari ketika sisi datar terlihat menunjukkan di bawah sisi datar. PIN 1 (Kolektor) berfungsi sebagai masukan daya, PIN 2 (basis) mengontrol bit transistor, dan PIN 3 (emitor) berfungsi sebagai keluaran daya. BC547 memiliki nilai harga antara 110 dan 800, sehingga dapat menangani arus kolektor hingga 100 mA.

5. LED

    LED (Light Emitting Diode) dan Cara Kerjanya – Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan teganganmaju. 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.

    Bentuk LED pada Gambar 2.4. mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah kedalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light EmittingDiode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

6. Buzzer

    Buzzer adalah sebuah komponen elektronik yang berfungsi mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasaranya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi electromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indicator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Oleh karena itu buzzer banyak digunakan sebagai alarm peringatan karena suara yang di keluarkannya sangatlah bising ditelinga.

    Sejarah singkatnya, efek piezoelectric ditemukan pertama kali oleh dua orang ahli fisika (Pierre Curie dan Jacques Curie) berkebangsaan Perancis tahun 1880. Setelah itu, penemuan tersebut mulai populer pada tahun 1970-an ketika telah dikembangkan di Jepang dan dinamakan Piezo Electric Buzzer. Cara kerja buzzer ini adalah ketika tegangan listrik dialirkan ke komponen piezoelectric, maka akan terjadi gerakan mekanis yang kemudian diubah menjadi bunyi sehingga bisa didengar oleh manusia menggunakan resonator dan diafragma. Karena ukurannya yang relatif ringan, rangkaian buzzer piezo mudah digerakkan bila dibandingkan dengan speaker. Hanya dengan menggunakan output dari IC TTL, piezo buzzer sudah bisa digerakkan. Frekuensi yang mampu dihasilkan oleh piezo buzzer ialah antara 1 – 5 kHz hingga 100kHz pada aplikasi ultrasound. Tegangan yang diperlukan untuk mengoperasikan buzzer ialah 3 – 12 Volt. Rangkaian buzzer bunyi piezoelectric bisa langsung dihubungkan ke Arduino pada impedansi kurang dari 10 ohm. Apabila lebih besar dari itu, buzzer memerlukan driver untuk mengangkat arus hingga bisa masuk ke buzzer. Untuk membuat driver sendiri, kita membutuhkan rangkaian transistor. Komponen yang diperlukan untuk membuat driver ialah transistor NPN BC547, resistor 100 ohm, dan buzzer.

7. Rellay 5V

Modul ini merupakan modul relay yang dirancang untuk switching satu perangkat berpower tinggi dari Arduino. Cara kerja relay yaitu dapat memutus dan menyambung aliran listrik dalam rangkaian. Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan armature relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A. Kendali ON / OFF switch (relay), sepenuhnya ditentukan oleh nilai output sensor, yang setelah diproses mikrokontroler akan menghasilkan perintah kepada relay untuk melakukan fungsi ON / OFF. Module relay memiliki tiga saluran terminal yang dapat dilihat pada Tabel 2.5 

Tabel 2. 5 Saluran Terminal Relay

Data spesifikasi Relay 5V

8. Resistor

   resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. jenis resistor yang digunakan pada rangkaia ini adaah fixed resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan substrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. keuntungan jenis fixed resistor ini ialah dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah. cara menghitung nilai resistansi resistor:

9. Potensiometer

    Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick.

    Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup lampu menggunakan potensiometer untuk menendalikan pensakelaran sebuah TRIAC, jadi secara tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu. Potensiometer yang digunakan sebagai pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan sakelar yang terintegrasi, sehingga potensiometer membuka sakelar saat penyapu berada pada posisi terendah.

10. Buck Conoverter/ Transformator Step Down

    Transformator Step down LM2596 Transformator Step down merupakan transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik dan menyesuaikannya dengan kebutuhan elektronika. Transformator ini melakukan aksinya dengan merubah tegangan dan arus tanpa menimbulkan perubahan frekuensi. Modul trafo step down LM2596 adalah sirkuit terpadu/integrated circuit yang berfungsi sebagai step down DC converter dengan current rating 3A. Terdapat beberapa varian dari modul seri ini yang dapat dikelompokkan dalam dua kelompok yaitu versi adjustable yang tegangan keluarannya dapat diatur, dan versi fixed voltage output yang tegangan keluarannya sudah tetap / fixed. Pada penelitian ini menggunakan seri modul adjustable yang tegangan keluarnya dapat diubah-ubah. Keunggulan modul step down LM2596 dibandingkan dengan step down tahanan resistor / potensiometer adalah besar tegangan output tidak berubah (stabil) walaupun tegangan input naik turun. Gambar 2.7 merupakan wujud fisik modul trafo LM2596 dan Tabel 2.4 merupakan spesifikasi modul trafo LM2596.