Penggunaan Sensor Proximity Pada Alat Pemilah Sampah [PDF]

Citation preview

PENGGUNAAN SENSOR PROXIMITY PADA ALAT PEMILAH SAMPAH MAKALAH UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH INSTRUMEN SISTEM TENAGA LISTRIK yang dibina oleh Bapak Irwan H/Eryk



Oleh Mohammad Edi Junaidi NIM : 1541150002



POLITEKNIK NEGERI MALANG JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI SISTEM KELISTRIKAN MEI 2018



PENGGUNAAN SENSOR PROXIMITY PADA ALAT PEMILAH SAMPAH Sampah merupakan salah satu masalah yang sulit teratasi. Salah satu penyebab sampah yang sulit teratasi adalah karena kurangnya pemahaman masyarakat untuk memilah sampah dalam membuang sampah. Dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat, sudah banyak sistem yang berjalan secara otomatis. Suatu sistem otomatisasi yang ditanam dalam suatu teknologi ini dapat membantu masyarakat atau pemerintah dalam memilah sampah. PATSO adalah tempat sampah otomatis yang dapat memilah sendiri. Jenis sampah yang dapat dimasukan ke PATSO adalah sampah kertas, sampah plastik, sampah kaleng, sampah kaca. PATSO merupakan tempat sampah yang ditanam berbagai sensor untuk mendeteksi sampah yang masuk ke dalam tempat sampah tersebut. Sensor akan mendeteksi sampah yang masuk, kemudian data yang diperoleh akan dikirimkan ke Arduino untuk diproses. Hasil pemrosesan data oleh Arduino akan menentukan sampah masuk ke tempat yang sesuai dengan jenisnya dengan memberikan perintah ke penggerak sehingga sampah dapat dimasukan ke tempat sampah menurut jenisnya Metodologi yang digunakan dalam membuat atau membangun tempah sampah akan dijelaskan dalam diagram alir berikut.



Alat ini



dirancang sebagai tempat sampah pendeteksi logam dan nonlogam dengan sensor kapasitif proximity,induktif proximity dan sensor ultrasonik sebagai pendeteksi adanya manusia mendekat ke tempat sampah dengan jarak 10cm dari tempat sampah dan tutup tempat sampah terbuka serta LDR dan laser sebagai indikator isi dari tempat sampah,jika tempat sampah full maka tempat sampah tidak dapat dibuka atau motor servooff. LCD menampilkan tulisan tempat sampah full, tempat sampah available, sampah logam dan nonlogam.



Keterangan mengenai sistem kerja : saat alat dihidupkan sensor ultrasonik mendeteksi jarak 10cm dari tempat sampah, jika terdeteksi tempat sampah terbuka,dan sensor kapasitif proximity dan induktif proximity mendeteksi logam dan nonlogam serta LCD menampilkan tulisan sampah logam atau nonlogam , dan jika LDR terhalang , indikator LCD full dan tutup tempat sampah tidak terbuka. Pada Tempat sampah pendeteksi logam dan nonlogam dengan sensor kapasitif proximity danindutif proximity, terdapat banyak komponen elektronika yang digunakan dengan fungsi yang berbeda-beda. Dibutuhkan sebuah diagram blok yang menunjukan bagian-bagian tempat sampah pendeteksi logam dan non logam dengan sensor kapasitif proximity dan induktif proximity. Berikut ini adalah Diagram Blok Tempat sampah pendeteksi nonlogam dengan sensor kapasitif proximity dan induktif proximity.



logam dan



Pendeteksi logam dan nonlogam berikut akan di jelaskan dari masing-masing diagram blok bagian :



A. Adaptor Adaptor adalah Sebagai penyuplai tegangan dan arus untuk komponen . B. Arduino uno R3 Mikrokontroler Arduino uno R3 sebagai pengendali utama yang memproses input, output, komunikasi dan menjalankan system keseluruhan. Arduino merupakan modul atau kit mikrokontroler yang bersifat sumber terbuka baik piranti keras maupun piranti lunaknya. Pengertian awam, Arduino merupakan komputer kecil yang dapat di program untuk memproses masukan dan luaran antara modul itu sendiri dengan komponen eksternal yang dihubungkan dengannya. Arduino memiliki kompilator program tersendiri menggunakan bahasa C++ yang dilengkapi dengan program pustaka yang memudahkan para pengguna untuk merancang suatu program. Perangkat kerasnya terdiri dari pengendali yang memiliki desain sederhana dengan Atmel AVR sebagai pengolah utama dan pintu masukan serta luaran yang langsung terpasang pada papan utamanya. Beberapa macam jenis Arduino dijual dipasaran, salah satunya Arduino Uno dengan tipe terbaru yaitu Arduino Uno R3. Modul ini memiliki 14 pin masukan/luaran (yang mana 6 dapat digunakan sebagai PWM output), 6 analog input, keramik resonator 16MHz, koneksi USB, power jack, header ICSP, dan tombol reset, memuat semua yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler. Arduino R3 dapat dihubungkan langsung ke komputer dengan kabel USB atau dengan mencatu dengan catu daya.



Gambar 1 Arduino Uno



C. Sensor kapasitif proximity dan Sensor kapasitif sebagai pendeteksi logam dan nonlogam. Sensor Proximity atau Proximity Switch adalah alat pendeteksi yang bekerja berdasarkan jarak objek terhadap sensor. Karakteristik dari sensor ini adalah mendeteksi objek benda dengan jarak yang cukup dekat, berkisar antara satu milimeter sampai beberapa sentimeter saja sesuai tipe sensor yang digunakan. Proximity Switch ini mempunyai tegangan kerja antara 6-36 V DC dan ada juga yang menggunakan tegangan 100-200 V AC. Sensor akan beroperasi atau bekerja pada jarak atau area tertentu, dimana saat objek berada diluar area tersebut maka sensor tidak akan lagi mendeteksi objek tersebut. Seperti yang telah disebutkan



Gambar jarak deteksi sensor proximity Penjelasan : Reset distance adalah jarak dimana sensor dalam keadaan reset, sehingga objek tidak akan terdeteksi dan sensor tidak aktif (ditunjukkan dengan lambang "OFF"). Sensing distance adalah jarak toleransi dimana sensor akan aktif bekerja mendeteksi jikalau ada benda yang melewati permukaan sensor (sensing surface). Saat objek melewati permukaan sensor maka objek tersebut (sensing object) akan mengaktifkan sensor (ditunjukkan dengan lambang "ON") sehingga Proximity Sensor akan menghasilkan keluaran (output). Baik reset distance maupun sensing distance dihitung mulai dari reference position atau posisi referensi yang sama dengan posisi sensing surface.



Mengatur jarak dari benda ke permukaan sensor memungkinkan penggunaan sensor yang lebih stabil dalam operasi kerjanya, termasuk pengaruh suhu dan tegangan. Standar posisi objek adalah sekitar 70% sampai 80% dari jarak atau area sensing distance yang telah ditentukan masing-masing tipe sensor. Pengaturan jarak akan dijelaskan pada gambar 3 berikut ini



Gambar pengaturan jarak sensor proximity Penjelasan : Rated sensing distance adalah jarak atau area dari sensing distance yang telah disebutkan sebelumnya, dimana pada jarak atau area ini Proximity Sensor bekerja untuk mendeteksi objek yang melewatinya. Set distance adalah standar posisi objek yang besarnya sekitar 70% sampai 80% dari jarak atau area rated sensing distance. Tujuannya selain untuk menstabilkan kinerja sensor pengaturan jarak ini juga berguna untuk mengurangi jikalau ada kesalahan (error) dan meningkatkan sensitivitas dari sensor terhadap objek dengan bahan tertentu (misal tipe logam yang berbeda). Jenis-jenis Proximity Switch Proximity Switch terdiri dari 2 tipe : a. Proximity Kapasitif (Capacitive Proximity Sensor). b. Proximity Induktif (Inductive Proximity Sensor). Proximity Kapasitif Proximity Kapasitif akan mendeteksi semua objek yang ada dalam jarak sensing-nya baik logam maupun non-logam berdasarkan pada prinsip bahwa semua jenis bahan dapat menjadi keping kapasitor (dapat menyimpan muatan).



Cara kerja Proximity Kapasitif : Proximity Kapasitif mengukur perubahan kapasitansi medan listrik sebuah kapasitor yang disebabkan oleh objek yang mendekatinya. Proximity kapasitif bisa mendeteksi baik benda berbahan logam maupun non logam. Berikut ditampilkan bagan rangkaian dalam Proximity Kapasitif pada gambar di bawah ini :



Gambar bagian bagian rangkaian dalam Proximity Kapasitif. Proximity Induktif Proximity Induktif berfungsi untuk mendeteksi objek besi atau logam. Meskipun terhalang oleh benda non-logam, sensor akan tetap dapat mendeteksi objek selama dalam jarak sensing distance atau jangkauan toleransinya. Jika sensor mendeteksi adanya logam di area sensing-nya, maka kondisi output sensor akan berubah nilainya.



Cara kerja Proximity Induktif : Jika tegangan bias diberikan pada rangkaian maka osilator akan bekerja dan membangkitkan medan magnet berfrekuensi tinggi (yang merupakan daerah sensing) pada lilitan induksi (induction coil). Jika benda berbahan konduktif (bersifat penghantar, misalkan logam) didekatkan ke permukaan sensor ini, maka akan terjadi perubahan medan magnet. Perubahan medan magnet ini akan dideteksi oleh rangkain detektor (pada bagan berupa Current Sensor). Kemudian hasil dari rangkaian detektor ini menjadi output sensor (berupa logic high atau low, bergantung dari modenya, NO atau NC). Berikut ditampilkan bagan rangkaian dalam proximity Induktif pada gambar di bawah ini :



Gambar bagian rangkaian dalam proximity Induktif



Sensor proximity mempunyai data teknis sebagai berikut :



Merk dagang Nomor Tipe sensor Ukuran body Tipe body



: Omron : E2K – C25MY1 : Kapasitif : 34 mm : Shielded



Supply tegangan Konsumsi arus



: 90 – 250 VAC. 50/60 Hz : 1 mA maksimum pada 100 VAC 2 mA maksimum pada 200 VAC : Logam dan non logam



Objek yang dideteksi Sensitifitas



: Dapat diatur



Jarak Pendeteksian Ukuran standar target Tipe output Beban maksimum Respon frekuensi Beban minimum Indikator Suhu operasi Getaran



: 3 – 25 mm : 50 x 50 x 1 mm : SCR – NO (E2K – C25MY1) : 200 mA : 10 Hz : 5 mA : Output operation (red LED) : –25o – 70o : 10 – 55 Hz



Bantalan penyangga : Y92E – A34



D. Motor Servo sebagai penggerak



Menurut Sausan, dkk (2016:35-42) [14] “Motor Servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang mampu bekerja dua arah (Clockwise dan CounterClockwise) dan dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem umpan balik loop tertutup yang terintergrasi pada motor tersebut”. Prinsip Kerja Motor Servo Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (PulseWideModulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.



Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (rating torsi servo). Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untukmenginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya.



E. LDR sebagai pendeteksi kapasitas didalam tempat sampah LDR merupakan suatu sensor yang apabila terkena cahaya maka tahanannya akan berubah. Biasanya LDR dibuat berdasarkan kenyataan bahwa film cadmium sulfide mempunyai tahanan yang besar kalau tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu terkena cahaya . Fotoresistor adalah komponen elektronika yang resistansinya akan menurun jika ada perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dibuat semikonduktor beresistansi tinggi. Jika cahaya/foton dengan frekuensi yang cukup tinggi



diserap oleh semikonduktor menyebabkan elektron dengan energi yang cukup untuk meloncat oleh semikonduktor menyebabkan elektron dengan energi yang cukup untuk meloncat kepita konduksi.



Gambar Bentuk fisik LDR Elektron bebas yang dihasilkan akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya. LDR dapat digunakan dalam suatu jaringan kerja pembagi potensial yang menyebabkan terjadinya perubahan hambatan kalau sinar yang datang berubah. Prinsip Kerja LDR LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu jenis resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap. LDR dibentuk dari Cadium Sulfide (CdS) yang mana Cadium Sulfide dihasilkan dari serbuk keramik. Prinsip kerja LDR ini pada saat mendapatkan cahaya maka tahanannya turun, sehingga pada saat LDR mendapatkan kuat cahaya terbesar maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi. Prinsip kerja LDR ini tergantung dari rangkaian yang digunakan dan pada penjelasan di atas rangkaian yang digunakan adalah rangkaian pull-down. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram pada LDR menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi pengantar arus yang kurang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor atau bisa disebut juga LDR memilki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Simbol LDR seperti ditunjukan pada Gambar a, sedangkan Gambar b menunjukkan grafik hubungan antara resistansi dan intensitas cahaya. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis adalah salah satu contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.



Gambar a Simbol LDR Cahaya



Gambar b Grafik Hubungan Antara Resistansi Dan Intensitas



F. Sensor ultrasonic berkerja untuk mendeteksi 10 cm didepan tempat sampah.



Menurut Prayudha, dkk (2014:3) [9] “Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali denga perbedaan waktu sebagai dasar pengindraannya”. Menurut Githa,dkk (2014:1) [19] “Sensor Ultrasonik adalah sensor pengukur jarak atau objek. Ultrasonik sering digunakan untuk keperluan mengukur jarak sebuah benda atau mendeteksi halangan”. Sensor ultrasonik terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40 KHz, sebuah speaker ultrasonik, dan sebuah microphone ultrasonik. Speakerultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara microphone ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Sensor ultrasonik akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler. Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 KHz akan dipancarkan selama 200 μs. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 340 m/s atau 29.412 μs setiap 1 cm, mengenai objek dan akan terpantul kembali ke sensor ultrasonik. Selama menunggu pantulan, sensor ultrasonik akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berlogik low ketika suara pantulan terdeteksi oleh sensor ultrasonik. Maka dari itu, lebar pulsa dapat merepresentasikan jarak antara sensor ultrasonik dengan objek. Selanjutnya mikrokontroler cukup mengukur lebar pulsa tersebut dan melakukan konversi lebar pulsa ke jarak dengan perhitungan sebagai berikut : Jarak = (lebar pulsa /29.412 ) / 2 ( dalam cm) ...... (1) Sensor ultrasonik buatan parallax (Sensor PING) dapat digunakan untuk mengukur jarak sejauh 2 cm sampai 300 cm.



Karakteristik Sensor Ultrasonik Menurut Heri Andrianto dan Aan Darmawan (2016:100) karakteristik sebagai berikut:



[20]



, Sensor ultrasonik memiliki



1.



Tegangan supply : 5 VDC



2.



Konsumsi arus : 30 mA (maksimum 35 mA)



3.



Jarak : 2 cm sampai dengan 300 cm



4.



Input Trigger : pulsa TTL positif, minimal 2 μS, 5 μS typical



5.



Echo pulse : pulsa TTL positif, 115 μS sampai dengan 18.5 ms



6.



Echo Hold-off : 750 μS



7.



Frekuensi Burst : 40 kHz untuk 200 μS



8.



Delay untuk pengukuran selanjutnya : minimal 200 μS



Cara Kerja Sensor PING 1.



Sensor Ping mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik ( 40 kHz ) selama tBURST ( 200 μs ) kemudian mendeteksi pantulannya.



2.



Sensor Ping memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroler pengendali ( pulsa trigger dengan tOUT min. 2 μs ). Gelombang ultrasonik ini melalui udara dengan kecepatan 340 meter per detik, mengenai objek dan memantul kembali ke sensor.



3.



Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output low pada pin SIG.



4.



Lebar pulsa High ( tIN ) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan objek. Sehingga jarak dapat ditentukan menggunakan rumus berikut ini : Jarak = ( tIN (s) ÷ 2) x 340 m/s = ( tIN (s) / 2 ÷ 29.412 µS / cm) ..... (2) Dimana : S = Jarak antara sensor ultrasonik dengan objek yang dideteksi tIN = Selisih waktu pemancaran dan penerimaan pantulan gelombang



G. LCD (Liquid Crystal Display) untuk menampilkan indicator Tempat sampah



tersedia,jenis Sampah,dan full Menurut Githa, dkk (2014:1) [19] “LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang mengubah kristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat memunculkan tulisan karena terdapat banyak pixel yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah sebuah lampu nenon di bagian belakang susunan kristal cair tersebut. Titik cahaya inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnet yang timbul. Oleh karena itu, hanya beberapa saja yang diteruskan serdangkan warna lainnya tersaring. Dalam hal ini digunakan LCD 2x16. Karena LCD 2x16 ini biasa digunakan sebagai penampil karakter atau data pada sebuah rangkaian digital atau mikrokontroler.