MODUL 4 ELEKTRONIKA

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

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

MODUL 4

Kontrol Irigasi Sawah

1. Pendahuluan[Kembali]

           Ketersediaan air merupakan faktor utama dalam keberhasilan sistem pertanian, khususnya pada lahan sawah yang membutuhkan suplai air secara teratur. Pada musim kemarau, petani sering mengalami kesulitan memenuhi kebutuhan irigasi karena pasokan air berkurang. Sebaliknya, pada musim dengan curah hujan tidak menentu, petani sulit menentukan kapan waktu yang tepat untuk mengairi sawah, sehingga rentan terjadi pemborosan air atau kekurangan irigasi.

            Untuk menjawab tantangan tersebut, teknologi kontrol irigasi berbasis rangkaian elektronika menjadi solusi yang efektif. Salah satu konsep yang dapat diterapkan adalah pemanfaatan waterbank, yaitu tempat penampungan air yang dapat digunakan saat suplai air alami tidak mencukupi. Namun, agar waterbank bekerja optimal, diperlukan sistem yang mampu memantau kondisi air dan mengatur proses irigasi secara akurat.

            Dalam penelitian ini, digunakan water level sensor sebagai pendeteksi ketinggian air di dalam waterbank. Sensor ini memberikan notifikasi atau output ketika air telah mencapai batas tertentu—misalnya sudah cukup atau sudah penuh—sehingga menghindari kekosongan maupun luapan air. Di sisi lain, untuk proses pengaliran air ke sawah, digunakan touch sensor sebagai pengendali pemicu (trigger). Touch sensor memungkinkan pengguna mengaktifkan pengairan secara mudah hanya dengan sentuhan.

            Dengan integrasi kedua sensor tersebut, sistem kontrol irigasi yang dirancang diharapkan mampu bekerja lebih efisien, responsif, dan aman. Waterbank dapat dipantau kondisinya secara otomatis, dan proses pengairan sawah dapat dipicu kapan saja dengan metode yang praktis dan minim risiko kesalahan. Sistem ini diharapkan dapat membantu petani menghadapi kondisi perubahan iklim, menghemat penggunaan air, serta meningkatkan produktivitas pertanian.

 

2. Tujuan[Kembali]

• Mengembangkan solusi irigasi yang mampu menjaga ketersediaan air secara berkelanjutan dengan memantau kondisi waterbank secara otomatis.
• Mengurangi ketergantungan pada pengamatan manual dalam menentukan ketinggian air dan waktu pengairan.
• Meningkatkan kemudahan dan ketepatan proses pengairan sawah melalui sistem pemicu yang praktis dan cepat.
• Meningkatkan efisiensi penggunaan air melalui pengaturan irigasi yang lebih terkontrol, tepat waktu, dan sesuai kebutuhan lahan.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

 A. Alat

    1. Breadboard

    2. Kotak Plastik

    3. Converter Step Down

  4. Jumper

 5. Adapter 12V

 

    

B. Bahan

    1.Water Level Sensor 

            Water level sensor digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau ketinggian air pada suatu permukaan. Ketika air menyentuh jalur konduktif pada sensor, nilai resistansi akan berubah dan menghasilkan sinyal analog atau digital. Perubahan ini dapat digunakan sebagai pemicu otomatisasi, seperti sistem peringatan banjir, pendeteksi kebocoran air, atau kontrol pompa.

 

 2. Sensor touch

 

            Sensor touch digunakan untuk mendeteksi sentuhan pada permukaannya. Ketika disentuh, sensor akan mengubah kondisi keluarannya dari LOW ke HIGH (atau sebaliknya), sehingga dapat berfungsi sebagai tombol sentuh otomatis tanpa komponen mekanik. Sensor ini cocok digunakan pada sistem kontrol sederhana, panel sentuh, dan perangkat otomatisasi yang membutuhkan input dari sentuhan manusia.

 

 3. Operational Amplifier tipe 393

            LM393 adalah IC pembanding tegangan yang banyak digunakan, tersedia dalam paket Dip 8-pin, SO-8, dan lainnya. LM393 berisi dua penguat operasional pembanding presisi tinggi independen yang dapat ditenagai dari satu atau dua catu daya.

 

            Rentang tegangan suplai yang lebar memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi. Chip ini membutuhkan arus operasi yang rendah, yang sangat cocok untuk peralatan portabel dan bertenaga baterai, dan sistem logika penggerak keluarannya dapat digunakan dalam sirkuit digital. LM393 memiliki arus keluaran maksimum 20 mA, cukup untuk menggerakkan transistor dan sistem logika.

 

 

Pin 1: Output 1, pin keluaran penguat operasional 1

Pin 2: Input pembalik 1, pin input pembalik dari op amp 1

Pin 3: Input non-pembalik 1, pin input non-pembalik op amp 1

Pin 4: GND, Ground Ini adalah pin ground IC dan perlu dihubungkan ke terminal negatif (-) dari tegangan suplai

Pin 5: Input pembalik 2, pin input non-pembalik dari op amp 2

Pin 6: Input non-pembalik 2, pin input pembalik op amp 2

Pin 7: Output 2, ini adalah pin output dari op amp 2

Cara kerja LM393

• Perbandingan Tegangan: IC ini membandingkan tegangan pada pin input non-inverting (+) dan input inverting (−).
• Output LOW: Ketika tegangan pada input non-inverting (+) lebih tinggi daripada tegangan pada input inverting (−), output akan menjadi LOW, yang berarti terhubung langsung ke ground (0V).
• Output HIGH: Ketika tegangan pada input inverting (−) lebih tinggi daripada tegangan pada input non-inverting (+), output akan menjadi HIGH.
• Open-Collector Output: LM393 memiliki output bertipe open-collector, yang berarti IC ini hanya dapat menarik sinyal ke ground (LOW) dan tidak dapat mendorongnya ke tegangan positif (HIGH).
• Resistor Pull-up: Untuk mendapatkan level logika HIGH yang valid, output open-collector harus dihubungkan dengan resistor pull-up ke tegangan catu daya positif.Pin 8: Pusat Kontrol Virtual Ini adalah pin positif dari IC dan perlu dihubungkan ke terminal positif (+) dari tegangan suplai

 4. Transistor 2SD882

            Transistor D882, juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:

Karakteristik:

 

    5. 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.

            Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

Pin Out:

 

6. 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 (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 * 10^5 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

 

7. Relay

            Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetik

 

Cara Kerja:

 

            Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

    Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

            NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Water Level Sensor 

            Secara umum, sensor water level bekerja dengan mendeteksi keberadaan air berdasarkan daya hantar listrik (konduktivitas). Air, terutama air yang mengandung mineral, dapat menghantarkan arus listrik. Ketika air menyentuh elektroda sensor, arus kecil akan mengalir di antara terminal sensor. Arus ini kemudian menghasilkan tegangan keluaran yang dapat diolah untuk menentukan posisi ketinggian air.

            Dalam sistem kontrol tangki air, sensor ini biasanya memiliki beberapa titik deteksi (low, medium, dan high).

• Titik low mendeteksi jika air sudah berada di batas bawah, menandakan pompa harus dinyalakan.
• Titik high mendeteksi jika air sudah mencapai batas atas, menandakan pompa harus dimatikan.
• Tegangan dari masing-masing titik sensor dibandingkan dengan nilai referensi oleh op-amp. Ketika perbandingan menunjukkan bahwa air telah mencapai batas tertentu, op-amp akan mengaktifkan atau menonaktifkan 

Spesifikasi Sensor Water Level

• Tegangan kerja 3,3–5 V DC.
• Arus kerja sekitar 10–20 mA.
• Keluaran berupa sinyal analog atau digital.
• Rentang deteksi 0–40 mm atau lebih tergantung tipe.
• Bahan tahan air dan korosi.
• Suhu kerja 0–80°C.
• Akurasi ±2–5 mm.
• Memiliki tiga pin: VCC, GND, dan OUT.
• Dapat digunakan dengan mikrokontroler seperti Arduino atau PLC.

Karakteristik Sensor Water Level

• Mendeteksi dan mengukur ketinggian air dalam wadah atau tangki.
• Bekerja berdasarkan perubahan konduktivitas, tekanan, atau jarak permukaan air.
• Memiliki beberapa jenis seperti pelampung, ultrasonik, kapasitif, dan konduktif.
• Menghasilkan sinyal analog atau digital untuk sistem kontrol.
• Memiliki akurasi dan sensitivitas tinggi terhadap perubahan level air.
• Terbuat dari bahan tahan air dan korosi.
• Digunakan pada sistem otomatis seperti tangki air, inkubator, dan irigasi.

 

B. Sensor touch

            Sensor touch digunakan untuk mendeteksi sentuhan pada permukaannya. Ketika disentuh, sensor akan mengubah kondisi keluarannya dari LOW ke HIGH (atau sebaliknya), sehingga dapat berfungsi sebagai tombol sentuh otomatis tanpa komponen mekanik. Sensor ini cocok digunakan pada sistem kontrol sederhana, panel sentuh, dan perangkat otomatisasi yang membutuhkan input dari sentuhan manusia.

 C. Transistor BC547

 

            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.

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

1. 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.
2. 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:

 

 

Konfigurasi transistor bipolar:

Cara mengukur transistor bipolar

Karakteristik input

            Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

            Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

 

Karakteristik output

            Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

 

Gelombang I/O Transistor

D. OP-AMP

            Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

 

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

 

Rangkaian dasar Op-Amp

 

1. Detektor Non-Inverting

            Detektor non-inverting adalah rangkaian penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mendeteksi dan memperkuat sinyal input tanpa membalik fasa sinyal tersebut. Artinya, polaritas sinyal keluaran tetap sama dengan sinyal masukan, tidak mengalami pembalikan seperti pada konfigurasi inverting.

            Dalam konfigurasi ini, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (–) digunakan sebagai umpan balik (feedback). Rangkaian ini mampu memperkuat sinyal kecil menjadi lebih besar dengan gain positif, sehingga sering digunakan pada sensor, detektor sinyal, dan sistem penguat otomatis.

 

Gelombang Input dan Output

 

 

Fungsi Detektor Non Inverting

            Detektor non-inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal input tanpa mengubah polaritas atau fasa sinyal tersebut. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan dari sensor atau sumber sinyal lain dengan cepat dan akurat. Karena memiliki impedansi input yang tinggi dan output yang searah dengan input, detektor non-inverting mampu menjaga kestabilan serta keaslian bentuk sinyal. Komponen ini banyak diterapkan dalam sistem sensor dan kontrol otomatis sebagai penguat deteksi yang mengaktifkan aktuator berdasarkan perubahan sinyal masukan.

 

Prinsip Kerja

            Prinsip kerja detektor non-inverting adalah ketika sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) pada op-amp, tegangan output akan mengikuti perubahan sinyal input tanpa membalik polaritasnya. Jika tegangan input melebihi tegangan referensi pada terminal inverting (–), maka output akan berubah ke tegangan maksimum positif, dan sebaliknya jika lebih rendah, output menjadi tegangan minimum (negatif). Proses ini memungkinkan detektor mengenali dan memperkuat perubahan sinyal input dengan cepat tanpa pembalikan fasa, sehingga sering digunakan dalam sistem pendeteksi level atau pembanding tegangan.

Kurva Karakteristik I/O

 

2. Detektor Inverting

            Detektor inverting adalah rangkaian elektronika yang menggunakan konfigurasi op-amp dengan sinyal input dimasukkan ke terminal inverting (–), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke tegangan referensi. Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan sinyal masukan dengan menghasilkan keluaran yang berlawanan fasa (terbalik polaritasnya) terhadap sinyal input. Artinya, ketika tegangan input meningkat, output justru menurun, dan sebaliknya. Detektor inverting banyak digunakan dalam sistem kontrol dan penguat sinyal untuk menghasilkan respon kebalikan dari sinyal masukan.

Prinsip Kerja:

            Prinsip kerja detektor inverting yaitu ketika sinyal input diberikan pada terminal inverting (–) op-amp, maka output akan berubah dengan polaritas berlawanan terhadap sinyal masukan. Jika tegangan input lebih besar dari tegangan referensi pada terminal non-inverting (+), output akan menjadi negatif (−V_sat), sedangkan jika tegangan input lebih kecil, output berubah menjadi positif (+V_sat). Dengan demikian, detektor inverting bekerja dengan membalik fasa sinyal masukan dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan kondisi perbandingan antara tegangan input dan referensi.

Bentuk Gelombang Input/Output

Karakteristik I/O