SMART STADION DENGAN SENSOR CAHAYA

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) yang semakin pesat. Dan semakin banyaknya tuntutan di dunia pekerjaan. Maka kami sebagai mahasiswa berusaha untuk mencari dan mengembangkan lagi sumber daya manusia yang ada, khususnya dibidang “mekatronika”. Oleh karena itu dibuatlah sebuah makalah ini, dengan tujuan untuk meningkatkan SDM yang ada khususnya bagi para mahasiswa. Selain itu, guna memenuhi tugas akademis mata kuliah “mekatronika”.

Semoga dengan makalah mengenai smart stadion menggunakan sensor cahaya ini, memberikan sedikit ilmu yang berharga yang kedepannya memberikan manfaat bagi kita semua. Terima kasih juga kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan makalah ini.

1. Rumusan Masalah

• Apakah pengertian dari sensor cahaya?

• Bagaimana cara kerja dari sensor cahaya?

• Bagaimana aplikasi dari sensor cahaya?

• Apakah yang dimaksud smart stadion?

1. Tujuan dan Maksud Masalah

• Mengetahui pengertian dan aplikasi dari sensor cahaya.

• Penerapan sensor cahaya dengan alat.

1. Batasan Masalah

• Mambahas pengertian dari sensor cahaya.

• Membahas aplikasi tentang sensor cahaya.

• Membahas rancang bangun smart stadion.

BAB II

TEORI DASAR

II.1 Pengertian sensor cahaya

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah foton saja.

Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya:

1. Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana mmolekul silver halida dibagi menjadi sebuah atom perak metalik dan atom halogen. Pengembang fotografis menyebabkan terbaginya molekul yang berdekatkan secara sama.

2. Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah resistansinya ketika dikenai cahaya

3. Sel fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan memberikan arus listrik ketika dikenai cahaya

4. Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun fotokonduktif

5. Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, kemudian elektron-elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantai dynode.

6. Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai fotoresistor.

7. Fototransistor menggabungkan salahsatu dari metode penyensoran di atas

8. Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap terhadap pengaruh panas dari radiasi yang masuk, seperti detektor piroelektrik, sel Golay, termokopel dan termistor, tapi kedua yang terakhir kurang sensitif.

9. Detektor cryogenic cuku tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x tunggal, serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah (Enss 2005).

Dan yang kami pergunakan untuk alat kami berupa LDR (Light Dependent Resistor).

II.2 Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Gambar2.1 Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

II.3 Resistor

Resistor atau yang biasa disebut (bahasa Belanda) werstand, tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronik yang memberikan hambatan terhadap perpindahan elektron (muatan negatif).

Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuan resistor adalah Ohm, yang menemukan adalah George Ohm (1787-1854), seorang ahli fisika bangsa Jerman. Tahanan bagian dalam ini dinamai konduktansi. Satuan konduktansi ditulis dengan kebalikan dari Ohm yaitu mho.

Kemampuan resistor untuk menghambat disebut juga resistensi atau hambatan listrik. Besarnya diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 Ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar 1 Volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere, atau sama dengan sebanyak 6.241506 × 10¹⁸ elektron per detik mengalir menghadap arah yang berlawanan dari arus.

Gambar 2.2 Resistor

Hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang terkenal sebagai hukum Ohm:

di mana V adalah beda potensial antara kedua ujung benda penghambat, I adalah besar arus yang melalui benda penghambat, dan R adalah besarnya hambatan benda penghambat tersebut.

II. 4 Dioda

Dioda adalah sambungan bahan p-n yang berfungsi terutama sebagai penyearah. Bahan tipe-p menjadi sisi anode sedangkan bahan tipe-n menjadi katode. Bergantung pada polaritas tegangan yang diberikan kepadanya, diode bisa berlaku sebagai sebuah saklar tertutup (apabila bagian anode mendapatkan tegangan positif sedangkan katodenya mendapatkan tegangan negatif) dan berlaku sebagi saklar terbuka (apabila bagian anode mendapatkan tegangan negatif sedangkan katode mendapatkan tegangan positif). Kondisi tersebut terjadi hanya pada diode ideal-konseptual. Pada diode faktual (riil), perlu tegangan lebih besar dari 0,7V (untuk diode yang terbuat dari bahan silikon) pada anode

terhadap katode agar diode dapat menghantarkan arus listrik. Tegangan sebesar 0,7V ini disebut sebagai tegangan halang (barrier voltage). Diode yang terbuat dari bahan Germanium memiliki tegangan halang kira-kira 0,3V.

II.5 LED (Light Emmiting Diode)

LED biasa berfungsi sebagai lampu indikator pada saat sensor bekerja, dan bekerja pada bias forward. LED Superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis untuk dibaca sensor. Kerjanya ketika sumber tegangan masuk pada battery on, maka arus masuk sehinnga Led superbrigth menyala dengan terang yang kemudian dibiaskan pada photodioda.

Gambar 2.5 Simbol Led

Gambar 2.6 Led dan Superbright

II.6 IC (Integrated Circuit)

Komponen IC memilki bentuk fisik kecil, terbuat dari bahan Silikon dan berwarna hitam. Komponen IC memiliki banyak kaki dan pada umumnya jumlah kakinya sangat tergantung dari banyaknya komponen yang membentuk komponen IC tersebut. Letak kaki-kaki disusun dalam bentuk dua baris atau Dual In Line (DIL).

IC yang digunakan adalah IC LM 324. IC disini digunakan sebagai komparator. Yaitu membandingkan antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor. Pulsa outputnya adalah high sehingga tidak diperlikan adanya pull-up pada rangkaian output.

Gambar 2.7 IC

Gambar 2.8 Op-Amp dalam rangkaian IC

II.7 Motor penggerak

Motor adalah komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam kasus perancangan robot, umumnya digunakan motor DC, karena jenis motor tersebut mudah untuk dikendalikan.

Kecepatan yang dihasilkan oleh motor DC berbanding lurus dengan potensial yang diberikan. Untuk membalik arah putarnya cukup membalik polaritas yang diberikan.

Gambar 2.11. Motor

BAB III

PEMBAHASAN

III. 1 Rangkaian sistem sensor cahaya

Dari beberapa komponen diatas yang telah disebutkan maka dapat dihasilkan suatu rangkaian untuk sistem sensor cahaya pada alat yang kami buat.

Gambar 3.1 Rangkaian sensor cahaya

III. 1.1 Cara kerja

Cara kerja dari rangkaian tersebut adalah sebagai berikut:

III.1.1.1 Prinsip kerja sensor

Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias

Gambar 3.2. Rangkaian sensor

Cara kerjanya :

Gambar 3.3. Sensor tidak terkena cahaya

Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat kita asumsikan tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan dengan logika 0.

Gambar 3.4. Sensor terkena cahaya

Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator dan berlogika 1.

III.1.1.2 Prinsip Kerja Komparator

Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang didalamnya berisi rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan input dari sensor. Dimana input akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324 yang output berpulsa high. Sehingga tidak perlu adanya pull up pada outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30 volt dan dapat bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt.

Dalam rangkaian ini juga terdapat 4 LED, yang berfungsi sebagai indikator. Untuk mengatur tagangan pada pembanding, disambungkan Variable Resistor (VR) diantara kedua OP Amp IC LM 324.

Gambar 3.5. Rangkaian komparator

► Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya pada IC 1 tegangan di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan pada IC 2 sebaliknya LED-B off.

► Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC 2 tegangan di terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1 sebaliknya maka LED-A off.

Kondisi antara titik A dan b akan selalu keterbalikan.

III.1.1.3 Prinsip Kerja Driver Motor

Driver adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor yang dipasang sesuai karakteristiknya.

Gambar 3.6. Rangkaian driver

Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor berputar. Sehingga saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi transistor 2 dan 3 akan off.

Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor berputar tapi dengan arah yang berlawanan.

III.1.1.4 Komponen Yang Dibutuhkan

Dalam pembuatan rangkaian sistem sensor cahaya ini dibutuhkan beberapa komponen-komponen elektronika, yaitu sebagai berikut :

Komponen	Jumlah (buah)
1. IC LM 324 2. Resistor 1 KΩ 3. Resistor 10 KΩ 5. Transistor (TR) 9013 6. Variable Resistor(VR) 9. Photodioda 10. Motor 3 Volt 11. PCB Metrik 12. Baterai 13. Limit Switch	1 6 8 6 2 1 4 1 1 10

III.2 Rancang Bangun Alat

III.2.2 Benda yang dibutuhkan

1. Box dari besi

Buat suatu box dari plat dengan mengelas dengan ukuran panjang=55cm; lebar=49cm; dan tinggi=15cm.

2. Plastik mika

Pertama potong plastic dengan ukuran 49x35 dua lembar sebagai atap, kedua potong dengan ukuran 18x8 sebanyak tiga buah sebagai kursi.

3. Sterofoam

4. Rel untuk menggerakkan atap

Lekatkan rel yang berasal dari pemutar alat permainan beyblade pada bagian bawah atap yang dihungkan dengan gear dari motor penggerak.

III.3 Cara Kerja Alat

Pertama untuk atap stadion, sensor akan bereaksi terhadap intensitas cahaya yang diterima, jika cahaya yang diterima memiliki intensitas cahaya yang besar atau diasumsikan pada saat siang hari maka dengan otomatis sensor akan memrintahkan motor penggerak untuk membuka atap, demikian juga pada keadaan yang sebaliknya.

Kedua untuk mengangkat dan menurunkan kursi, pada sisi kiri pada gerbang stadion dipasaang switch yang digunakan untuk menghidupkan motor listrik, apabila switch tertekan ketika pintu dibuka maka dengan otomatis motor listrik langsung hidup dan mengangkat kursi keluar.

BAB IV

PENUTUP

IV.1 Kesimpulan

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah foton saja.

Dalam makalah ini dipaparkan penggunaan dan aplikasi sensor cahaya pada sebuah alat berupa sebuah miniatur stadion yang multi fungsi, apabila pada saat siang hari stadion ini berubah menjadi stadion indoor dan pada saat malam hari stadion ini beralih fungsi menjadi outdoor dengan atap stadion yang dapat membuka dan menutup sendiri berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oelh sensor cahaya.

Penggunaan sensor pada peralan yang berhubungan dengan keperluan manusia sangatlah membantu dalam kehidupan sehari-hari.

IV.2 Saran

Penggunaan sensor seharusnya diperluas lagi dalam pemakainnya pada kehidupan sebagai otomatisasi alat yang bertujuan untuk mempermudah manusia.

DAFTAR ISI

,2008. Pengertian sensor cahaya,"http://www.w3.org

,2008. Komponen line follower, www.geocities.com

Robert Boylestad and Louis Nashelsky, 1994, Electronic Devices And Circuit

Theory,www.google.co.id