TUGAS BESAR

KONTROL PALANG KERETA API

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan [kembali]

Memahami aplikasi dari kontrol palang pintu pada kereta api.
Memahami prinsip kerja dari rangkaian aplikasi.
Mencegah terjadinya kecelakaan pada transportasi darat.

Spesifikasi :

3. Transistor BC547

Spesifikasi
Type - NPN
Collector-Emitter Voltage: 35 V
Collector-Base Voltage: 35 V
Emitter-Base Voltage: 5 V
Collector Current: 2.5 A
Collector Dissipation - 10 W
DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
Transition Frequency - 160 MHz
Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
Package - TO-126

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.

4. Op-Amp LM124

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Konfigurasi LM124

Komponen Input

1. Vibration Sensor

Vibration Sensor

Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik. Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah sensor seismic transduser, yaitu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan.

Konfigurasi Pin Sensor Vibration :
Spesifikasi sensor

Grafik Respon Sensor
Grafik Sensor

2. Sensor PIR
Sensor PIR atau Passive Infra Red adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu objek. Sensor PIR bersifat pasif, yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek dan karena semua objek memancarkan energi radiasi, sebagai contoh ketika terdeteksi sebuah gerakan dari sumber infra merah dengan suhu tertentu yaitu manusia mencoba melewati sumber infra merah yang lain misal dinding, maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.

Pin out

Spesifikasi

Vin : dc 5v 9v.
Radius : 180 derajat.
Jarak deteksi : 5 7 meter.
Output : digital ttl.
Memiliki setting sensitivitas.
Memiliki setting time delay.
Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.
Berat : 10 gr.

Grafik Sensor PIR

3. Sound Sensor

Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Di mana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.
Grafik Sensor Suara

Spesifikasi

4. REED Magnetic Sensor

Reed switch tersusun atas lempengan metal yang terhubung dilingkupi tabung gelas, sehingga ketika tercipta medan magnet antara dua buah lempengan, lempengan tersebut tarik-menarik sehingga arus listrik dapat mengalir. Ketika medan magnet hilang lempengan kembali ke posisi semula dan jalur gerak arus kembali terputus.
Pinout

Grafik Respon

Reed Switch Magnetic Sensor Module Features & Specifications

Operating Voltage: 3.3V to 5V DC
Output format: Digital switching output ( 0 and 1 )
LEDs indicating output and power
PCB Size: 32mm x 14mm
LM393 based design
Easy to use with Microcontrollers or even with normal Digital/Analog IC
Small, cheap and easily available

Komponen Output

1. LED

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.
Konfigurasi pin

-Pin 1 : Positive Terminal Of Led
-Pin 2 : Negative Terminal Of Led
Spesifikasi :
-Superior Weather Resistance
-5mm Round Standard Directivity
-Uv Resistant Eproxy
-Forward Current (If): 30ma
-Forward Voltage (Vf): 1.8v To 2.4v
-Reverse Voltage: 5v
-Operating Temperature: -30℃ To +85℃
-Storage Temperature: -40℃ To +100℃
-Luminous Intensity: 20mcd
Tegangan LED menurut warna:
Infra merah : 1,6 V.
Merah : 1,8 V – 2,1 V.
Oranye : 2,2 V.
Kuning : 2,4 V.
Hijau : 2,6 V.
Biru : 3,0 V – 3,5 V.
Putih : 3,0 – 3,6 V.
Ultraviolet : 3,5 V.

2. Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa sakelar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas sakelar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak sakelar akan menutup. Pada saat arus hentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak sakelar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus / tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 A / AC 220 V) dengan memakai arus / tegangan yang kecil (misalnya 0.1 A / 12 Volt DC).

Gambar Bentuk dan Simbol Relay

Spesifikasi

Konfigurasi pin

3. Motor DC
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa motor terdiri atas 2 bagian utama yaitu stator dan motor. Pada stator terdapat lilitan (winding) atau magnet permanen, sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yang menyebabkan rotor dapat berputar. Arah gaya elektromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Konfigurasi pin

Spesifikasi

4. Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Buzzer ini biasa dipakai pada sistem alarm. Juga bisa digunakan sebagai indikasi suara. Buzzer adalah komponen elektronika yang tergolong tranduser. Sederhananya buzzer mempunyai 2 buah kaki yaitu positif dan negatif. Untuk menggunakannya secara sederhana kita bisa memberi tegangan positif dan negatif 3 - 12V.
Buzzer

3. Dasar teori [kembali]

OP-AMP

1. Op Amp Sebagai Penguat Non Inverting

Penguat Non Inverting adalah suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkaan sinyal dan hasil sinyal yang dikuatkan tetap sefasa dengan sinyal inputannya, hasil dari sinyal input dan output rangkaian non inverting dapat dilihat pada Gambar 1. Pada dasarnya penguat non inverting digunakan sebagai pengkondisi sinyal inputan sensor yang terlalu kecil sehingga dibutuhkan penguatan untuk diproses. intinya penguat non inverting ke balikkan dari penguat inverting.

Gambar 1 Rangkaian Penguat Non Inverting

Keterangan Gambar

Vin : Tegangan Masukan

Vout : Tegangan Keluaran

Rg : Resistansi ground

Rf : Resistansi feedback

Gambar 2 Sinyal Input dan Output Penguat Non Inverting

Fungsi Penguat Non Inverting
Fungsi dari penguat non inverting kurang lebih sama dengan penguat inverting hanya saja polaritas output yang dihasilkan sama dengan sinyal inputnya. Keluaran sensor dan tranduser pada umumnya mempunyai tegangan yang sangat kecil hingga mikro volt, sehingga diperlukan penguat dengan impedansi masukan rendah. Rangkaian penguat non inverting akan menerima arus atau tegangan dari tranduser sangat kecil dan akan membangkitkan arus atau tegangan yang lebih besar

Rumus Op Amp Non Inverting

Gambar 3 Penjabaran Rangkaian Penguat Non Inverting untuk mempermudah penurunan rumus

Rumus mencari tegangan output yaitu:

Rumus mencari besar penguatannya yaitu sebagai berikut:

Op-amp sebagai voltage follower

Op-Amp Voltage Follower (atau dikenal juga sebagai Unity-gain Amplifier atau Buffer Amplifier) adalah rangkaian Op-Amp yang memiliki penguatan atau gain (A) tegangan sebesar 1x. Dengan kata lain, Op-Amp tidak memberikan amplifikasi ataupun atenuasi terhadap sinyal inputnya. Yang artinya keluaran dari Op-Amp sama dengan masukannya.

Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

Cara Kerja Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

b. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:
1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Resistor di pasaran

c. Dioda 1N4002

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.

Dalam ilmu fisika dioda digunakan untuk penyeimbang arah rangkaian elektronika. Elektronika memiliki dua terminal yaitu anoda berarti positif dan katoda berarti negatif. Prinsip kerja dari anode berdasarkan teknologi pertemuan positif dan negative semikonduktor. Sehingga anode dapat menghantarkan arus litrik dari anoda menuju katoda, tetapi tika sebaliknya katoda ke anoda.

Dioda digambarkan seperti sebuah switch/saklar dimana saklar tersebut hanya akan bekerja di beri tegangan atau arah arus sesuai dengan polaritas kaki ioda itu sendiri. Pada arah bias maju, bias kaki anoda diberikan tegangan (+) dan tegangan (-) pada katoda maka dioda akan dapat mengalirkan arus pada satu arah. Sedangkan pada arah arus mundur bias dimana kaki anoda diberi tegangan (-) dan tegangan (+) pada katoda maka saklar menjadi terbuka atau saklar OFF.

d. 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.
Jenis-jenis Transistor Bipolar

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

3 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

e. Op-Amp LM124

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

Konfigurasi PIN
Spesifikasi:
Respons karakteristik kurva I-O:

f. Vibration Sensor
Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik. Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah sensor seismic transduser, yaitu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan.
Grafik Respon Sensor
Grafik Sensor
g. Sound Sensor

Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Di mana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.
Grafik Sensor Suara

h. PIR Sensor

Sensor PIR atau Passive Infra Red adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah dari suatu objek. Sensor PIR bersifat pasif, yang berarti sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah melainkan hanya dapat menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor PIR dapat mendeteksi radiasi dari berbagai objek dan karena semua objek memancarkan energi radiasi, sebagai contoh ketika terdeteksi sebuah gerakan dari sumber infra merah dengan suhu tertentu yaitu manusia mencoba melewati sumber infra merah yang lain misal dinding, maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.

Grafik Sensor PIR

i. REED Magnetic Sensor

Reed switch tersusun atas lempengan metal yang terhubung dilingkupi tabung gelas, sehingga ketika tercipta medan magnet antara dua buah lempengan, lempengan tersebut tarik-menarik sehingga arus listrik dapat mengalir. Ketika medan magnet hilang lempengan kembali ke posisi semula dan jalur gerak arus kembali terputus.

Grafik Respon

4. Percobaan [kembali]

a. Prosedur percobaan

Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi di mana alat dan bahan terletak.
Tepatkan posisi letaknya dengan gambar rangkaian
Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
Lalu mencoba menjalankan rangkaian

b. Rangkaian simulasi

Prinsip kerja

Dimulai dari sensor vibration, apabila kereta lewat dan sensor vibraton mendeteksi getaran dari kereta tersebut, maka logicstate berlogika 1, sehingga adanya arus yang mengalir dari power supply menuju ke Vcc, kemudian dikeluarkan berupa tegangan melalui kaki Vout, tegangan tersebut diumpankan ke R5, kemudian menuju ke Op-Amp di mana di sini Op-Amp bertindak sebagai non inverting, di mana terjadi penguatan sebanyak 2x dengan dengan Vout-nya dihitung dengan rumus V0 = (Rf/Rin +1) x Vin kemudian menuju R16 kemudian menuju ke base dengan tegangan yang cukup pada base sehingga transistor aktif dengan transistor aktif maka ada arus yang mengalir dari power supply menuju relay menuju kolektor menuju emitor terus ke ground ,jenis dari biasnya yaitu fixed bias dengan adanya arus tersebut maka nilai menjadi aktif dengan switch-nya berpindah ke kiri sehingga rangkaian loop menjadi tertutup dengan rangkaian loop tertutup maka arus dapat mengalir yang mengakibatkan LED-nya menjadi menyala dan palang akan turun serta buzzer akan berbunyi.

Selanjutnya karena ada kereta apinya yang lewat maka sensor sound akan berlogika 1, sehingga ada arus dari power supply menuju Vcc kemudian dikeluarkan berupa Vout kemudian diumpankan ke Op-Amp. Di mana Om-Amp di sini bertindak sebagai voltage follower terjadi penguatan sebanyak 1 kali sehingga Vin = Vout dengan rumus Av = V0/V1. Kemudian diumpankan lagi ke sebuah resistor kemudian menuju ke kaki base di mana tegangan pada kaki base telah cukup, sehingga transistor menjadi aktif, jenisnya yaitu fixed bias. Dengan aktifnya transistor maka ada arus dari power supply menuju relay menuju kolektor menuju emitor terus ke ground dengan relay aktif maka switch bergeser ke arah kiri sehingga rangkaian loop pada relay tertutup sehingga ada arus yang mengalir yang mengakibatkan buzzer menyala, sebagai indikator memperingatkan kendaraan yang mendekat agar berhenti.

Kemudian jika ada kendaraan yang terlanjur melintas atau secara paksa melintas maka sensor pir akan mendeteksinya sebagai sebuah gerakan, yang mengakibatkan logicstate menjadi 1 sehingga ada arus dari power supply menuju Vcc dikeluarkan berupa tegangan melalui kaki Vout diumpankan lagi ke R kemudian menuju Op-Amp, di mana Op-Amp di sini bertindak sebagai non inverting amplifier terjadi penguatan sebanyak 2 kali dengan rumus (Rf/Rin + 1) x Vin menuju ke R dan kemudian menuju ke base, di mana tegangan pada kaki bebas telah cukup maka transistor menjadi aktif dengan transistor menjadi aktif maka ada arus yang mengalir dari kolektor menuju emitor terus ke R13 terus ke gound, di sini jenis transistornya adalah Emitter stabilished Bias, dengan adanya arus tersebut maka nilai menjadi aktif, ketika nilai aktif switch bergeser ke kiri, rangkaian menjadi tertutup yang mengakibatkan LED sebagai indikator kode agar kereta melakukan perlambatan untuk menghindari terjadinya insiden kecelakaan.

Jika timbul medan magnet maka sensor magnetik akan berlogika 1 sehingga ada arus dari power supply menuju ke Vcc, dikeluarkan berupa Vout kemudian diumpankan ke R menuju ke Op-Amp, di mana Op-Amp di sini bertindak sebagai non inverting amplifier terjadi penguatan dua kali tegangan tersebut menuju ke R23, kemudian menuju ke kaki base, karena tegangan pada kaki base telah cukup, maka ada arus dari power supply menuju relay terus menuju ke kolektor menuju ke emitor menuju ke ground, jenis transistornya adalah Emitter stabilished bias. Maka adanya arus tersebut menandakan bahwa relay aktif sehingga switchnya bergeser ke arah kiri yang mengakibatkan rangkaian loop pada relay tertutup, yang mengakibatkan LED hidup dan memperingatkan pengendara agar berhati-hati melewati rel kereta karena ada kemungkinan mesin mati yang disebabkan oleh medan magnet.