Tugas Besar - Kontrol Hidroponik Tanaman Mint

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan Rangkaian

5. File Download

Tugas Besar

Kontrol Hidroponik Tanaman Mint

1. Tujuan [Kembali]

- Untuk memenuhi tugas matakuliah Sistem Digital
- Sebagai media untuk mendalami dan menerapkan konsep serta prinsip kerja dari Encoder/Decoder, Mux/Demux, dan Aritmatik dalam suatu sistem otomasi hidroponik sayur selada indoor

2. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

Instrument

1) DC Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter

Generator Daya

1) Baterai

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.

Spesifikasi dan Pinout Baterai

Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
Output voltage: dc 1~35v
Max. Input current: dc 14a
Charging current: 0.1~10a
Discharging current: 0.1~1.0a
Balance current: 1.5a/cell max
Max. Discharging power: 15w
Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
Ukuran: 126x115x49mm
Berat: 460gr

2) Power Suply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. Spesifikasi :

Input voltage: 5V-12V
Output voltage: 5V
Output Current: MAX 3A
Output power:15W
conversion efficiency: 96%

B. Bahan:

1. 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 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Specifications
Resistance (Ohms)	10K, 500K
Power (Watts)	0.25W, 1/4W
Tolerance	±5%
Packaging	Bulk
Composition	Carbon Film
Temperature Coefficient	350ppm/°C
Lead Free Status	Lead Free
RoHS Status	RoHS Compliant

Data sheet resistor:

2. Dioda 1N4001

A. Spesifikasi :

Package Type: Available in DO-41 & SMD Packages
Diode Type: Silicon Rectifier General Usage Diode
Max Repetitive Reverse Voltage is: 1000 Volts
Average Fwd Current: 1000mA
Non-repetitive Max Fwd Current: 30A
Max Power Dissipation is: 3W
Max Storage & Operating temperature Should Be: -55 to +175 Centigrade

B. Konfigurasi Pin:

Nomor Pin	Nama Pin	Deskripsi
1	Anoda	Arus selalu Masuk melalui Anoda
2	Katoda	Arus selalu Keluar melalui Katoda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.

2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.

3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.

4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.

5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Keterangan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

3. Transistor NPN BC547

A. Konfigurasi Pin

1. Collector

2. Base

3. Emitter

B. Spesifikasi :

Transistor Type : NPN

Voltage – Collector Emitter Breakdown (Max) : 45 V

Current- Collector (Ic) (Max) : 100mA

Power – Max : 625 mW

DC Current Gain (hFE) (Min) @ Ic, Vce : 110 @ 2mA, 5V

Vce Saturation (Max) @ Ib Ic : 300mV, @ 5mA, 100mA

Frequency – Transition : 300MHz

Current- Collector Cutoff (Max) : -

Mounting Type : Through Hole

Package / Case : TO-226-3, TO-92-3 (TO-226AA) Formed Leads

Packaging : Tape & Box (TB

Lead Free Status : Lead Free

RoHs Status : RoHs Compliant

Data Sheet Transistor

Grafik Respon:

4. OP AMP LS741

A. konfigurasi pin

Pin-1 dan pin-8 adalah o / p dari komparator

Pin-2 dan pin-6 adalah pembalik i / id

Pin-3 dan pin-5 adalah non inverting i / id

Pin-4 adalah terminal GND

Pin-8 adalah VCC +

B. spesifikasi

Ini terdiri dari dua op-amp internal dan frekuensi dikompensasi untuk gain kesatuan
Gain tegangan besar adalah 100 dB
Lebar pita lebar adalah 1MHz
Jangkauan pasokan listrik yang luas termasuk pasokan listrik tunggal dan ganda
Rentang catu daya tunggal adalah dari 3V ke 32V
Jangkauan pasokan listrik ganda adalah dari + atau -1.5V ke + atau -16V
Penyaluran arus pasokan sangat rendah, yaitu 500 μA
2mV tegangan rendah i / p offset
Mode umum rentang tegangan i / p terdiri dari ground
Tegangan catu daya dan diferensial i / p tegangan serupa ayunan tegangan o / p besar

5. Gerbang AND74LS08

Spesifikasi

Pin Configuration

ppl Voltag7V

7V

0

°

C to 

+

70

°

C

Storage −

65

°

C to 

+

150

°

C

Komponen Input

1. Switch atau Button

Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.

Pinout:

Spesifikasi:

2. Logic state

Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya.

Pinout:

3. Sensor Ultraviolet (APDS – 9002)

Sensor yang mendeteksi adanya cahaya terang dan gelap.

Pinout

Spesifikasi

Grafik Respon Sensor

4. Sensor Suhu LM35

Sensor Suhu LM35 digunakan untuk mendeteksi suhu ruangan dengan output sebesar 10mV/Celcius.

Pinout:

Spesifikasi Sensor suhu IC LM35 :

Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

6. Sensor HIH-5030

Sensor yang dapat mengukur dua parameter lingkungan sekaligus, yakni suhu dan kelembaban udara (humidity). Dalam sensor ini terdapat sebuah thermistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient) untuk mengukur suhu, sebuah sensor kelembaban tipe resisitif dan sebuah mikrokontroller 8-bit yang mengolah kedua sensor tersebut dan mengirim hasilnya ke pin output dengan format single-wire bi-directional (kabel tunggal dua arah).

Spesifikasi :

Output analog
Sensor kelembaban relatif
Akurasi kelembaban: ± 3% rh.
Pasokan 2,7 vdc sampai 5,5 vdc.
Smd.tertutup, dengan / tanpa filter hidrofobik

Pinout

Grafik Respons Sensor

7. Water level Sensor

Water Level sensor adalah sensor yang bisa mendeteksi tinggi air di dalam tangki dengan akurat dan mudah. Sensor ini merupakan perangkat yang bisa mematikan atau mengaktifkan pompa air secara otomatis jika air mulai habis.

Jumlah Pin pada Sensor ini berjumlah 3 Yaitu :

Pin Negatif (-)
Pin Positif (+)
Pin Data (S).

Water Level Sensor adalah alat yang digunakan untuk memberikan signal kepada alarm / automation panel bahwa permukaan air telah mencapai level tertentu. Sensor akan memberikan signal dry contact (NO/NC) ke panel. Detector ini bermanfaat untuk memberikan alert atau untuk menggerakkan perangkat automation lainnya. Water sensor ini telah dilengkapi dengan built-in buzzer yang berbunyi pada saat terjadi trigger. Sensor ketinggian air biasanya digunakan untuk menghitung ketinggian air di sungai, danau, atau tangki air. Sensor ini sangat mudah untuk dibuat karena bahan - bahanya sederhana.

Grafik Water Level Sensor

7. Decoder (IC 7447)

A. Spesifikasi

has a broader Voltage range
A variety of operating conditions
internal pull-ups ensure you don't need external resistors
Four input lines and seven output lines
input clamp diode hence no need for high-speed termination
comes with open collector output

B. Konfigurasi pin:

Data Sheet Decoder:

8. Full Adder 74LS83

Spesifikasi

Pin Configuration

9. Mux-Demux 74LS139

A. Spesifikasi

4-Channel Mux and Demux
4:1 Multiplexer IC
1:4 Demultiplexer IC
Supports both Analog and Digital Voltage
Nominal Voltage: 5V, 10V, 15V
Maximum Operating Voltage: 20V
Propagation Delay: 400ns at 5V
Available in 16-pin PDIP, CDIP,SOIC, TSSOP packages

B. Pin Configuration

Komponen Output
1. LED
A. 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
B. Konfigurasi Pin :
Pin 1 : Positive terminal of LED
Pin 2 : Negative terminal of LED

2. Relay

pinout:

   Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak
Saklar/Switch).

spesifikasi:

3. Motor DC


Motor DC adalah Motor listrik yang membutuhkan suplai tegangan arus searah atau arus DC (Direct Current) pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.

pinout:

spesifikasi:

Grafik Respon:

4. Buzzer

Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara.

pinout:

spesifikasi:

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. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.
Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).
pinout:
Spesifikasi:

6. 7 Segment Anoda

A. Spesifikasi

Available in two modes Common Cathode (CC) and Common Anode (CA)
Available in many different sizes like 9.14mm,14.20mm,20.40mm,38.10mm,57.0mm and 100mm (Commonly used/available size is 14.20mm)
Available colours: White, Blue, Red, Yellow and Green (Res is commonly used)
Low current operation
Better, brighter and larger display than conventional LCD displays.
Current consumption : 30mA / segment
Peak current : 70mA

B. Konfigurasi pin

Pin Number	Pin Name	Description
1	e	Controls the left bottom LED of the 7-segment display
2	d	Controls the bottom most LED of the 7-segment display
3	Com	Connected to Ground/Vcc based on type of display
4	c	Controls the right bottom LED of the 7-segment display
5	DP	Controls the decimal point LED of the 7-segment display
6	b	Controls the top right LED of the 7-segment display
7	a	Controls the top most LED of the 7-segment display
8	Com	Connected to Ground/Vcc based on type of display
9	f	Controls the top left LED of the 7-segment display
10	g	Controls the middle LED of the 7-segment display

3. Dasar Teori [Kembali]

Tanaman Mint
Tanaman mint (mentha) adalah tumbuhan herbal yang termasuk ke dalam famili Lamiaceae. Tanaman ini dikenal karena daunnya yang memiliki aroma harum dan rasa segar. Mint sering digunakan dalam berbagai konteks, termasuk dalam masakan, minuman, pengobatan tradisional, dan produk perawatan pribadi seperti pasta gigi atau minyak aromaterapi.

RESISTOR
Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor
Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan, I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :
1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi
2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.
3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Rumus Resistor:

Seri : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n

Dimana :
R_total = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

Dioda

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.Dioda memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar Simbol Dioda

Cara Kerja Dioda

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

A. Kondisi tanpa tegangan

Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

cara kerja dioda

B. Kondisi tegangan positif (Forward-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

dioda tanpa tegangan

C. Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

kondisi tegangan negatif

3. Rumus

Transistor NPN

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Simbol Transistor NPN BC547

Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

Rumus dari Transitor adalah :

h_FE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor

iB = perubahan arus basis

h_FE = arus yang dicapai

Rumus dari Transitor adalah :

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

OP-AMP

Simbol

Berfungsi sebagai penguat atau pembanding tegangan input dengan output.

Karakteristik IC OpAmp

Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Karakteristik IC OpAmp

Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Inverting Amplifier

Rumus:

NonInverting

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

Gerbang AND

Gerbang AND

Gambar 1.1 (a) Rangkaian dasar gerbang AND (b) Simbol gerbang AND

Tabel 1.1 Tabel Kebenaran Logika AND

Bisa dilihat diatas bahwa keluaran akan bernilai 1 jika semua nilai input adalah 1, dan jika salah satu atau lebih input ada yang bernilai nol maka output akan bernilai nol.

Decoder (IC 7447)

IC BCD 7447 merupakan IC yang bertujuan mengubah data BCD (Binary Coded Decimal) menjadi suatu data keluaran untuk seven segment. IC 7447 yang bekerja pada tegangan 5V ini khusus untuk menyalakan seven segment dengan konfigurasi common anode. Sedangkan untuk menyalakan tampilan seven segment yang bekerja pada konfigurasi common cathode menggunakan IC BCD 7448.

IC ini sangat membantu untuk meringkas masukan seven segmen dengan jumlah 7 pin, sedangkan jika menggunakan BCD cukup dengan 4 bit masukan. IC BCD bisa juga disebut dengan driver seven segment. Berikut konfigurasi Pin IC 7447.

Konfigurasi Pin Decoder:

a. Pin Input IC BCD, memiliki fungsi sebagai masukan IC BCD yang terdiri dari 4 Pin, nama pin masukan BCD dilangkan dengan huruf kapital yaitu A, B, C dan D. Pin input berkeja dengan logika High=1.

b. Pin Ouput IC BCD, memiliki fungsi untuk mengaktifkan seven segmen sesuai data yang diolah dari pin input. Pin output berjumlah 7 pin yang namanya dilambangkan dengan aljabar huruf kecil yaitu, b, c, d, e, f dan g. Pin Output bekerja dengan logika low=0. Karena itulah IC 7447 digunakan untuk seven segment common anode.

c. Pin LT (Lamp Test) memiliki fungsi untuk mengaktifkan semua output menjadi aktif low, sehingga semua led pada seven segmen menyala dan menampilkan angka 8. Pin LT akan aktif jika diberi logika low. Pin ini juga digunakan untuk mengetes kondisi LED pada seven segment.

d. Pin RBI (Ripple Blanking Input) memiliki fungsi untuk menahan data input (disable input), pin RBI akan aktif jika diberi logika low. Sehingga seluruh pin output akan berlogika High, dan seven segment tidak aktif.

e. Pin RBO (Ripple blanking Output) memiliki fungsi untuk menahan data output (disable output), pin RBO ini akan aktif jika diberikan logika Low. Sehingga seluruh pin output akan berlogika High, dan seven segment tidak aktif.

Pada aplikasi IC dekoder 7447, ketiga pin (LT, RBI dan RBO) harus diberi logika HIGH=1 agar tidak aktif. Baik IC 7447 atau 7448 pada bagian output perlu dipasang resistor untuk membatasi arus yang keluar sehingga led pada seven segment bekerja secara optimal. Berikut ini rangkaian IC dekoder 7448 untuk konfigurasi seven segment common cathode.

Multiplexer IC 4052

Multiplexer sering disebut sebagai Mux atau Mpx untuk mempermudah pengucapan. Komponen ini adalah susunan logika yang memiliki beberapa jalur input, kemudian memindahkannya pada sebuah jalur output saja. Rangkaian digital ini memiliki kecepatan sangat tinggi dalam meneruskan perintah yang sudah diseleksi dengan beberapa logika untuk dipindahkan ke satu jalur. Perintah berupa sinyal digital atau biner diubah menjadi sinyal analog menggunakan transistor untuk kemudian diteruskan ke proses selanjutnya.

Ø Klasifikasi Multiplexer

16-1 Multiplexer (4 Baris)
8-1 Multiplexer (3 Baris)
4-1 Multiplexer (2 Baris)
2-1 Multiplexer (1 Baris)

Ø Sirkuit Terpadu Multiplexing

IC NO.	FUNGSI	OUTPUT
74157	Quad 2 : 1 Mux	Output sama dengan input yang dimasukkan
74158	Quad 2 : 1 Mux	Output berlawanan dengan input
74153	Dual 4 : 1 Mux	Output sama dengan input
74352	Dual 4 : 1 Mux	Output berlawanan dengan input
74151	8 : 1 Mux	Output berlawanan dengan input
74150	16 : 1 Mux	Output berlawanan dengan input

Apa Fungsi Multiplexer?

Seperti yang sudah dijelaskan di atas, bahwa multiplexer digunakan untuk menyeleksi data untuk kemudian dipindahkan ke satu jalur. Data tersebut diseleksi berdasarkan logika yang dipasangkan oleh operator itu sendiri. Penggunaan mux juga meningkatkan efisiensi transmisi data, sehingga menjadi jauh lebih cepat dibanding tidak menggunakannya.

ilustrasi sederhana cara kerja multiplexer

Ada beberapa aplikasi Mux yang bisa Anda simak berikut ini:

1. Sistem Komunikasi

Penggunaan komponen ini memungkinkan digunakannya sistem komunikasi, seperti stasiun Tributary, Relay, dan sistem transmisi, sehingga menjadi lebih cepat dan efisien. Tidak hanya itu, proses transmisi berbagai jenis data seperti audio dan video dapat digunakan bersamaan.

2. Jaringan Telepon

Sinyal radio yang berasal dari berbagai perangkat akan diintegrasikan ke dalam satu jalur menggunakan multiplexer, kemudian signal tersebut diteruskan ke perangkat tujuan Anda.

3. Hard Drive Komputer

Penggunaan multiplexer bertujuan untuk mengurangi jalur yang terhubung langsung dengan hard drive dengan komponen lain dalam komputer, agar penyimpanan bisa dilakukan dengan maksimal dan minim kesalahan.

4. Transmisi Sistem Komputer Satelit

Mux juga digunakan untuk mentransmisikan data dari komputer satelit ke sistem di bumi menggunakan satelit GPS.

IC CD4052 adalah IC Multiplexer dan Demultiplexer tegangan tinggi berbasis CMOS. IC umumnya digunakan dalam rangkaian di mana MUX 4: 1 atau DEMUX 1: 4 diperlukan dalam Desain rangkaian Logika yang Dapat Diprogram. Ini dapat menangani tegangan analog dan digital sehingga dapat digunakan dalam konverter Analog ke Digital dan Digital ke Analog.

CD4052 as 4:1 Multiplexer:

CD4052 dapat digunakan sebagai Multiplexer 4:1, yaitu dapat mengambil input dari 4-channel dan mengubahnya menjadi output saluran tunggal berdasarkan pin pilihan saluran. Dalam kasus kami empat saluran Input adalah X0Y0, X1Y1, X2Y2 dan X3 dan Y3 dan saluran output tunggal adalah X,Y. Output pada saluran tunggal ditentukan berdasarkan pin pilih saluran A dan B. Keadaan pin pilih dan pemilihan saluran ditunjukkan pada tabel di bawah ini:

A	B	Channel Selected
0	0	Channel 0
1	0	Channel 1
0	1	Channel 2
1	1	Channel 3

The complete working of a 4:1 MUX using the CD4052 simulation is shown in the video below, the image here shows a snapshot of it.

CD4052 Multiplexer Circuit Diagram

Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, pin pemilihan saluran masing-masing adalah 1 dan 0 untuk A dan B. Artinya Saluran 1 yaitu X1 dan Y1 dipilih. Jadi input yang diberikan ke X1 dan Y1 direfleksikan pada pin X dan Y.

- Sensor Ultraviolet (APDS – 9002)

Sensor Ultraviolet adalah perangkat yang dirancang untuk mendeteksi radiasi ultraviolet (UV) dalam lingkungan sekitarnya. Prinsip kerja sensor ini didasarkan pada sifat penyerapan UV oleh bahan sensitif di dalam sensor.

Fotodioda pada sensor UV

Fotodioda terdiri dari semikonduktor type-N dan type-P dan di tengahnya terdapat PN-junction. Daerah type-P mayoritas terdiri dari hole sedangkan type-N mayoritas terdiri dari elektron. Sebagian elektron dari type-N yang berada di dekat PN-junction memiliki kecenderungan berpindah ke arah hole pada type-P dekat PN-junction sehingga terbentuklah depletion region. Depletion region ini akan menghalangi perpindahan elektron.

Ketika cahaya menembus fotodioda, foton menabrak elektron yang berada pada depletion region, sehingga elektron terpisah dari hole nya. Saat diberi reverse bias (Vcc dihubungkan ke kaki negatif (-) fotodioda), seharusnya tidak ada arus yang mengalir, tetapi karena ada elektron yang terlepas pada depletion area maka akan ada arus yang mengalir yang besarnya bergantung pada jumlah elektron yang terlepas pada depletion area. Semakin tinggi intensitas cahaya, semakin banyak elektron yang terlepas dari hole pada depletion area, maka semakin besar pula arus listrik yang dihasilkannya.

Fotodioda tidak memakai forward bias karena forward bias menyebabkan depletion area menyempit yang menyebabkan arus yang mengalir maksimal, sehingga tidak ada pengaruh intensitas UV terhadap besarnya arus. Padahal yang diinginkan adalah besarnya arus dipengaruhi oleh intensitas cahaya UV. Maka dari itu dipakailah reverse bias agar depletion area melebar, sehingga pada kondisi tidak ada sinar UV maka tidak ada arus yang mengalir, dan besar arus yang mengalir dapat ditentukan oleh intensitas cahaya UV.

Sensor Ultraviolet APDS-9002 biasanya dilengkapi dengan filter optik yang disesuaikan untuk memastikan sensitivitas terhadap rentang panjang gelombang UV tertentu. Filter ini membantu mencegah penetrasi cahaya tampak dan inframerah yang tidak diinginkan, sehingga memastikan respons sensor yang akurat terhadap radiasi UV.

Hasil pengukuran arus listrik dari fotodioda kemudian diteruskan ke suatu rangkaian perekam atau pengolah sinyal. Data ini dapat diinterpretasikan untuk memberikan informasi tentang tingkat paparan UV dalam lingkungan.

Rangkaian & Pinout

Spesifikasi

Grafik Respon Sensor

Diagram Blok

- Sensor Suhu LM35

Sensor suhu NTC Thermistor adalah resistor yang sensitiv secara temial dimana tahanannya akan menurun dengan kenaikan suhu lingkungannya. Sensor ini mempunyai dimensi kecil, murah dan akurat namun menunjukkan ketidak linearan yang tinggi sehingga memerlukan kalibrasi untuk memperoleh akurasi yang moderat. Umumnya sensor NTC terbuat dari keramik elektronik seperti Barium Titanat sehingga memiliki koefisien suhu dari tahanan yang sangat besar. Jika tahanan temnistor terukur pada suhu

referensi To disebut Ro maka perubahan penurunan eksponensiai dari suhu sebagai fungsi dari suhu lingkungan T dapat dinyatakan sebagai (Portland, 2003).

Dalam praktiknya proses antarmuka sensor LM35 dapat dikatakan sangat mudah. Pada IC sensor LM35 ini terdapat tiga buah pin kaki yakni Vs, Vout dan pin ground. Dalam pengoperasiannya pin Vs dihubungkan dengan tegangan sumber sebesar antara 4 – 20 volt sementara pin Ground dihubungkan dengan ground dan pin Vout merupakan keluaran yang akan mengalirkan tegangan yang besarnya akan sesuai dengan suhu yang diterimanya dari sekitar.

Prinsip kerja alat pengukur suhu ini, adalah sensor suhu difungsikan untuk mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dengan kata lain panas yang ditangkap oleh LM35 sebagai sensor suhu akan diubah menjadi tegangan.

Sensor LM35 menggunakan prinsip dasar dioda, di mana ketika suhu meningkat, tegangan di dioda meningkat pada tingkat yang diketahui, dengan memperkuat perubahan tegangan secara tepat, mudah untuk menghasilkan sinyal analog yang berbanding lurus dengan suhu.

Ada dua transistor di tengah rangkaian. Yang satu memiliki area emitor sepuluh kali lipat dari yang lain. Ini berarti ia memiliki sepersepuluh dari kerapatan arus, karena arus yang sama mengalir melalui kedua transistor. Hal ini menyebabkan tegangan pada resistor R1 sebanding dengan suhu absolut, dan hampir linier pada rentang yang kita pedulikan. Bagian "hampir" diurus oleh sirkuit khusus yang meluruskan grafik tegangan versus suhu yang agak melengkung.

Penguat di bagian atas memastikan bahwa tegangan pada basis transistor kiri (Q1) sebanding dengan suhu absolut (PTAT) dengan membandingkan output dari kedua transistor.

Penguat di sebelah kanan mengubah suhu absolut (diukur dalam Kelvin) menjadi Fahrenheit atau Celcius, tergantung pada bagiannya (LM34 atau LM35). Lingkaran kecil dengan huruf "i" di dalamnya adalah rangkaian sumber arus konstan.

Kedua resistor dikalibrasi di pabrik untuk menghasilkan sensor suhu yang sangat akurat. Sirkuit terintegrasi memiliki banyak transistor di dalamnya - dua di tengah, beberapa di setiap penguat, beberapa di sumber arus konstan, dan beberapa di sirkuit kompensasi kelengkungan. Semua itu dimasukkan ke dalam kemasan mungil dengan tiga kabel

Rumus perhitungan:

Rumus umum untuk menghitung suhu dari sensor LM35:

LM35 adalah sensor suhu berdaya rendah, berbiaya rendah, dan berpresisi tinggi yang dirancang dan diproduksi oleh Texas Instruments. IC ini memberikan output tegangan yang secara linier sebanding dengan perubahan suhu.

Sensor LM35 cukup presisi dan konstruksinya yang kuat membuatnya cocok untuk berbagai kondisi lingkungan. Selain itu, Anda tidak memerlukan komponen eksternal untuk mengkalibrasi sirkuit ini dan memiliki akurasi tipikal ± 0,5 ° C pada suhu kamar dan ± 1 ° C pada rentang suhu -55 ° C hingga +155 ° C. Sensor ini memiliki tegangan operasi 4V hingga 30V dan mengkonsumsi arus 60-uA saat sedang bekerja, ini juga membuatnya sempurna untuk aplikasi bertenaga baterai.

Ada dua kelemahan dari sensor ini. Kerugian besar pertama dari sensor ini adalah tidak dapat mengukur suhu negatif, untuk itu Anda harus membiaskannya dengan suplai polaritas ganda. Jika proyek Anda membutuhkan pengukuran suhu negatif, Anda dapat memilih sensor LM36. Kerugian kedua dari sensor ini adalah sensor ini sangat sensitif terhadap kebisingan karena mengeluarkan data dalam format analog. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang sensor ini, Anda dapat melihat Lembar Data IC Sensor Suhu LM35.

Sensor suhu LM35 menggunakan prinsip dasar dioda untuk mengukur nilai suhu yang diketahui. Seperti yang kita ketahui dari fisika semikonduktor, saat suhu meningkat, tegangan di dioda akan meningkat dengan kecepatan yang diketahui. Dengan memperkuat perubahan tegangan secara akurat, kita dapat dengan mudah menghasilkan sinyal tegangan yang berbanding lurus dengan suhu di sekitarnya. Tangkapan layar di bawah ini menunjukkan skema internal IC sensor suhu LM35 menurut lembar data.

In practice, this diode that they are using to measure the temperature is not actually a PN Junction diode but its a diode-connected transistor. That is why the relationship between the forward voltage and the transistor is so linear. The temperature coefficient vs collector current graph below gives you a better understanding of the process.

Pinout:

Spesifikasi Sensor suhu IC LM35 :

Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Grafik respon

Diagram blok

- Sensor kelembaban HIH-5030

Sensor Kelembaban Tegangan Rendah HIH-5030 dirancang untuk beroperasi dengan voltase serendah 2,7V dan memiliki penarikan arus tipikal sebesar 200µA, menjadikannya ideal untuk sistem bertenaga baterai. Sensor Kelembapan HIH-5030 dan HIH-5031 memberikan keluaran tegangan hampir linier, memungkinkan masukan langsung ke pengontrol atau perangkat lain.

HIH-5030 adalah sensor kelembaban sirkuit terpadu tertutup. Sensor Kelembaban HIH-5030 menggunakan elemen penginderaan kapasitif polimer termoset yang dipangkas dengan laser dengan pengkondisian sinyal terintegrasi pada chip.

BAGIAN BAGIAN PIN SENSOR

CARA KERJA SENSOR

Sensor kelembaban HIH-5030 adalah sensor kelembaban yang menggunakan prinsip resistansi. Sensor kelembaban HIH-5030 adalah sensor yang dirancang khusus untuk mengukur tingkat kelembaban udara dalam lingkungan tertentu. Prinsip kerja sensor ini didasarkan pada perubahan resistansi bahan sensor yang dipengaruhi oleh kelembaban udara.

HIH-5030 menggunakan bahan polimer yang sensitif terhadap kelembaban. Ketika sensor ini terpapar oleh udara dengan tingkat kelembaban yang berubah, polimer tersebut menyerap atau melepaskan air sesuai dengan kondisi lingkungan sekitarnya. Perubahan jumlah air dalam polimer menyebabkan perubahan resistansi sensor.

Sensor ini memiliki dua elektroda yang terbuat dari bahan konduktif. Saat kelembaban naik, resistansi antara elektroda berubah, dan sebaliknya, saat kelembaban turun, resistansi juga berubah. Sensor kemudian mengukur resistansi ini dan mengonversinya menjadi keluaran analog yang mencerminkan tingkat kelembaban udara.

Output sensor dapat dihubungkan ke perangkat pemantau atau pengontrol untuk mengukur dan mengatur tingkat kelembaban udara dalam suatu ruang atau lingkungan.

grafik respon sensor kelembapan:

Blog diagram:

Spesifikasi

-Water level Sensor

Jumlah Pin pada Sensor ini berjumlah 3 Yaitu :

Pin Negatif (-)
Pin Positif (+)
Pin Data (S).

Cara Kerja 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 dan sebaliknya. Sensor memiliki sepuluh jalur tembaga yang terbuka, lima di antaranya adalah jalur power dan lima lainnya adalah jalur sensor. Jalur-jalur ini terjalin sehingga ada satu jalur sensor di antara setiap dua jalur power. Biasanya, jalur power dan sensor tidak terhubung, tetapi ketika direndam dalam air, keduanya terhubung. Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana. jalur power dan sensor membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terkena air.

Grafik Water Level Sensor

Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana.

jalur power dan sensor membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Resistensi ini berbanding terbalik dengan kedalaman pencelupan sensor dalam air : Semakin banyak air yang dibenamkan sensor, semakin baik konduktivitasnya dan semakin rendah resistansinya. Semakin sedikit air yang dibenamkan sensor, semakin buruk konduktivitasnya dan semakin tinggi resistansinya. Sensor menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan resistansi; dengan mengukur tegangan ini, ketinggian air dapat ditentukan.

Blog Diagram

- Sensor pH

pH merupakan suatu parameter yang digunakan untuk menyatakan tingkat

keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. Kadar pH

diukur pada skala 0 sampai 14.

Dapat dilihat pada gambar diatas skala pH netral memiliki sifat basa sedangkan

nilai pH netral memiliki nilai pH , bila nilai pH >7 menunjukan zat tersebut

memiliki sifat basa sedangkan nilai pH < 7 menunjukan derajat kebasaan

tertinggi.

Spesifikasi Sensor Asam

Pada perencanaa sensor pH yang akan digunakan adalah jenis Elektroda

(SKU : SEN0161) dari DF Robot dengan spesifikasi sebagai berikut :

Daya Modul : 5V

Ukuran Modul : 43mm x 32mm

Jarak pengukuran : 0-14.0 pH

Pengukuran Suhu : 0-60 ºC

Akurasi : ± 0.1pH (25ºC)

Waktu tanggap : < 1 menit

Ph Sensor dengan Kabel BNC

Antarmuka pH 2.0 3 pin

LED Indikator Data

Prinsip Kerja Sensor Ph

Prinsip kerja utama sensor pH adalah terletak pada sensor probe berupa elektroda kaca (glass elektroda) dengan jalan mengukur jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Ujung elektroda kaca adalah lapisan kaca setebal 0,1 mm yang berbentuk bulat (bulb). Bulb ini dipasangkan dengan silinder kaca non-konduktor atau plastik memanjang, yang selanjutnya diisi dengan larutan HCL (0,1 mol/dm3 ). Di dalam larutan HCL, terendam sebuah kawat elektroda panjang berbahan perak yang pada permukaannya terbentuk senyawa setimbang AgCl. Konstantanya jumlah larutan HCl pada sistem ini membuat elektroda Ag/AgCl memiliki nilai potensial stabil.

Inti sensor pH terdapat pada permukaan bulb kaca yang memiliki kemampuan untuk bertukar ion positif (H+) dengan larutan terukur. Kaca tersusun atas molekul silicon dioksida dengan sejumlah ikatan logam alkali. Pada saat bulb kaca ini terekspos air, ikatan SiO akan terprontonasi membentuk membran tipis HSiO+ sesuai dengan reaksi berikut : SiO + H3O+ HSiO+ + H2O

Seperti pada ilustrasi di atas bahwa pada permukaan bulb terbentuk semacam lapisan “gel” sebagai tempat pertukaran ion H+ . Jika larutan bersifat asam, maka ion H+ akan terikat ke permukaan bulb. Hal ini menimbulkan muatan positif terakumulasi pada lapisan “gel”. Sedangkan jika larutan bersifat basa, maka ion H+ dari dinding bulb terlepas untuk bereaksi dengan larutan tadi. Hal ini menghasilkan muatan negative pada dinding bulb. Pertukaran ion hydronium (H+ ) yang terjadi antara permukaan bulb kaca dengan larutan sekitarnya inilah yang menjadi kunci pengukuran jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Kesetimbangan pertukaran ion yang terjadi di antara fase dinding kaca bulb dengan larutan, menghasilkan beda potensial di antara keduanya. Edinding kaca/larutan |RT/2,303F loga(H3O+ )|........….Eq.1 Dimana R adalah konstanta molar gas (8.314 J/mol K), T untuk temperature (Kelvin), F adalah konstanta Faraday 96485.3 C/mol, 2.303 adalah angka konversi antara logaritma alami dengan umum, dan a(H3O+ ) adalah aktivitas dari hydronium (bernilai rendah jika konsentrasinya rendah). Pada temperatur 250C nilai dari RT/2.303Fmendekati angka 59.16 mV. Angka 59.16 mV ini menjadi bilangan penting karena pada suhu konstan larutan 250C, setiap perubahan 1 satuan pH,

terjadi perubahan beda potensial elektroda kaca sebesaar 59.16 mV. Perhitungan nilai aktivitas hidronium (a(H3O+ )) pada persamaan di atas memiliki rentang yang sangat lebar yakni antara 10 hingga 10-15 mol/dm3 . sehingga untuk meringkas persamaan, maka lahirlah pH dengan persamaan sebagai berikut:

Tanda negatif adalah untuk membuat sesuatu nilai pH dari berbagai larutan, kecuali larutan yang bersifat sangat ekstrim asam, menjadi bernilai positif. Seperti yang telah kita bahas diatas, bulb kaca berisi larutan HCL yang merendam sebuah elektroda perak. HCl ini memiliki pH konstan karena ia berada pada system yang terisolasi. Karena pH konstan inilah maka ia menciptakan beda potensial yang konstan pada temperature yang konstan pula.sebut saja potensial tersebut E’, maka persamaan (Eq.1) diatas bersama dengan persamaan (Eq.2) didapatkan persamaan beda potensial total dari elektroda kaca : Eelektroda kaca= E’ – RT/2.303F pH……………..Eq.3

Sensor pH In-Situ menggunakan potensial listrik untuk mengukur pH dari suatu larutan. Sensor ini bekerja dengan membandingkan potensial listrik dari suatu sistem yang peka terhadap pH dengan potensial dari suatu sistem referensi yang stabil.

Sistem pendeteksian menggunakan bola kaca yang peka terhadap pH dan mengubah tegangan sebanding dengan konsentrasi ion hidrogen. Elektroda pendeteksi mengukur potensial dari bola kaca tersebut. Sensor diisi dengan larutan kalium klorida (KCl) yang menghantarkan listrik antara kaca peka pH dan elektroda pendeteksi.

Sistem referensi terpisah dari sistem pendeteksian. Alih-alih menggunakan bola kaca peka pH, sistem referensi menggunakan sambungan referensi yang dapat diganti dan memberikan kontak listrik dengan sampel sambil melindungi sistem internal. Berbeda dengan bola kaca peka pH, sambungan referensi tidak mengubah potensial dengan perubahan pH. Elektroda referensi mengukur potensial larutan. Sistem referensi diisi dengan larutan perak/klorida perak (Ag/AgCl) yang menghantarkan listrik antara sambungan referensi dan elektroda referensi.

Alat membaca sinyal dari elektroda pH, elektroda referensi, dan suhu, kemudian menghitung pH menggunakan persamaan Nernst:

Em = Eo + (2.3RT/nF) log [H+]

dimana:

Em adalah potensial dari elektroda pH,

Eo berkaitan dengan potensial elektroda referensi,

R adalah konstanta Hukum Gas,

F adalah konstanta Faraday,

T adalah suhu dalam Kelvin,

n adalah muatan ion (+1 untuk Hidrogen), dan

[H+] adalah konsentrasi ion hidrogen dalam mol/L.

Elektroda kaca pada sensor pH bekerja berdasarkan prinsip elektrokimia yang melibatkan potensial ion hidrogen (H+) dalam larutan. Elektroda kaca pada sensor pH merupakan sel elektrokimia yang memungkinkan pengukuran potensial listrik sebagai respons terhadap perubahan tingkat pH dalam larutan. Proses ini terjadi di antarmuka antara elektroda kaca dan larutan yang diukur.

Elektroda kaca pada sensor pH memiliki lapisan khusus yang sangat peka terhadap ion hidrogen. Pada ujung elektroda kaca, terdapat larutan HCl yang berperan penting dalam membentuk potensial elektrokimia. Ketika elektroda kaca direndam dalam larutan, reaksi kimia antara HCl pada elektroda dan ion hidrogen (H+) dalam larutan menghasilkan perbedaan potensial.

Perbedaan potensial elektrokimia ini bersifat responsif terhadap konsentrasi ion hidrogen dalam larutan, yang pada gilirannya mencerminkan tingkat pH larutan. Larutan asam, dengan tingkat pH rendah, memiliki konsentrasi ion hidrogen yang tinggi, sehingga menghasilkan perbedaan potensial yang tinggi pada elektroda kaca. Sebaliknya, larutan basa, dengan tingkat pH tinggi, memiliki konsentrasi ion hidrogen yang rendah, sehingga perbedaan potensial elektrokimia akan berkurang.

Penting untuk dicatat bahwa potensial elektrokimia tidak selalu berubah secara linear seiring dengan perubahan pH. Oleh karena itu, seringkali diperlukan kalibrasi untuk mengonversi perubahan potensial tersebut menjadi nilai pH yang akurat. Proses kalibrasi melibatkan pengukuran pada larutan standar dengan pH yang diketahui untuk menghasilkan kurva kalibrasi.

Secara keseluruhan, elektroda kaca pada sensor pH berperan sebagai transduser yang mengubah perubahan karakteristik kimia (khususnya konsentrasi ion hidrogen) menjadi sinyal listrik yang dapat diukur, memberikan informasi yang berguna tentang tingkat keasaman atau kebasaan dalam larutan.

Diagram Blok

4. Percobaan [Kembali]
Prosedur percobaan

1. Siapkan komponen yang akan digunakan

2. Posisikan komponen sesuai pada gambar

3. Rangkai semua komponen dengan benar dan tepat

4. Untuk sensor jangan lupa memasukkan code hex, agar sensor dapat berfungsi

5. tekan tombol play untuk menjalankan rangkaian

Gambar Rangkaian

PRINSIP KERJA RANGKAIAN

1. Sensor Kelembapan

Sensor kelembapan dalam sistem hidroponik tanaman mint berfungsi untuk mengukur tingkat kelembapan di sekitar tanaman. Rentang kelembapan ideal untuk tanaman mint adalah antara 70-80%. Jika tingkat kelembapan turun di bawah 70%, sistem akan mengaktifkan humidifier untuk meningkatkan kelembapan udara pada hidroponik. Sebaliknya, jika tingkat kelembapan mencapai atau melebihi 80%, sistem akan mengaktifkan dehumidifer untuk mencegah kelembapan berlebih yang dapat menyebabkan masalah seperti pertumbuhan jamur dan penyakit pada tanaman. Jika sensor mendeteksi kelembaban di antara 70-80%, maka tidak ada output yang aktif. Dengan menggunakan sensor kelembapan, sistem secara otomatis menjaga kondisi lingkungan yang sesuai dengan kebutuhan tanaman mint, memberikan solusi efisien untuk meningkatkan hasil panen

2. Sensor suhu

Sensor Suhu pada system hidroponik tanaman berfungsi untuk mendeteksi suhu air pada tandon air. Suhu air pada tanaman mint yang normal atau baik untuk tanaman mint yaitu di antara 18-25 derajat celcius. Jika sensor mendeteksi suhu di bawah 18 derajat , maka akan mengaktifkan heater. Jika sensor mendeteksi suhu di antara 18-25, maka tidak ada output yang aktif. Jika sensor mendeteksi suhu di atas 25 , maka akan mengaktifkan pendingin air.

3. Sensor Ultraviolet

Sensor UV pada sistem hidroponik berfungsi untuk mendeteksi intensitas cahaya matahari. Jika sensor UV mendeteksi adanya cahaya matahari maka output sensor bernilai 0. Jika tidak ada cahaya matahari yaitu saat mendung atau malam maka sensor mengeluarkan output yang mengaktifkan lampu fotosintesis. lampu fotosintesis sendiri berguna sebagai pengganti sinar matahari yang digunakan untuk fotosintesis. tujuannya yaitu untuk memaksimalkan pertumbuhan tanaman mint.

4. Sensor water level

Sensor rain digunakan untuk mendeteksi ketinggian air pada penampungan air hidroponik. Jika sensor mendeteksi ketinggian air di bawah 3cm , maka tegangan pada sensor di atas 3,5V sehingga mengaktifkan pompa air. Jika sensor mendeteksi ketinggian air di di atas 3cm atau lebih , maka tegangan pada sensor di di bawah 3,5V sehingga pompa air tidak aktif.

5. SENSOR PH

Menurut PPID Pertanian, pH yang dikehendaki tanaman mint yaitu 5,5-7. Sistem menggunakan sensor pH untuk memonitor pH air dalam media tanam hidroponik farm, dengan rentang ideal antara 5,5-7. Jika sensor mendeteksi pH air di bawah 5,5 , maka tegangan pada sensor di bawah 1V sehingga mengaktifkan pompa cairan pupuk yang bersifat basa. Jika sensor mendeteksi pH air di antara 5,5-7, maka tegangan pada sensor di antara 1-3,5V sehingga tidak ada pompa cairan pupuk yang aktif. Jika sensor mendeteksi pH air di atas 7 , maka tegangan pada sensor di atas 3,5V sehingga mengaktifkan pompa cairan pupuk yang bersifat asam.

Video Simulasi

Video Teori

a. Water sensor