Rangkaian Aplikasi Sederhana Sensor Asap atau Gas Untuk Mendeteksi Terjadinya Pemanasan Sebuah Larutan

 

Rangkaian Aplikasi Sederhana Sensor Asap atau Gas Untuk Mendeteksi Terjadinya Pemanasan Sebuah Larutan

Rangkaian Aplikasi Sederhana Sensor Gas MQ-8 untuk mendeteksi Gas Hidrogen (BAB 13, Hal 567)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

 

1. Tujuan

 

2. Alat dan Bahan

 

3. Dasar Teori

 

4. Percobaan

1.Tujuan 

• Mampu memahami apa itu sensor asap
• Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor asap MQ2
• Mampu membuat rangkaian dan mengaplikasikan sensor asap untuk mendeteksi terjadinya pemanasan sebuah larutan

2. Alat dan Bahan

 

A. Alat

• Power supply 12 V

Power Supply berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyuplai tegangan atau arus listrik

• Voltmeter

Berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan

• Generator DC
  

• Ground

Ground Berfungsi sebagai untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian

• Logic State

B. Bahan

• Resistor 1K
  
  

Specifications
Resistance (Ohms)	1K
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

• Resistor 10 K
  
  
  

  
  

  Specifications
  Resistance (Ohms)	10K
  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

• 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

• OP AMP

 

A. Spesifikasi :

 

* large input voltage range

* no latch-up

* high gain

* short-circuit protection

* no frequency compensation required

* same pin configuration as UA709 

 

B. Konfigurasi Pin :

 

* Pin 1 : Offset null 1

* Pin 2 : Inverting input

* Pin 3 : Non inverting input

• Sensor Gas MQ2

A. Konfigurasi Pin Sensor MQ2

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

2.  Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.

3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.

4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

B. Spesifikasi 

• Sensitivitas tinggi dengan area deteksi luas
• Long life
• Detection gas : LPG, i-butane, Propane, Methane, Alkohol, Hidrogen
• Concentration : 200 - 5000 ppm (LPG dan Propane), 300 - 5000 ppm (Butane), 5000 - 20000 ppm (Methane), 300 - 5000 ppm (Hidrogen), 100 - 2000 ppm (Alkohol)
• Circuit Voltage (Vc) : 5V
• Heating Voltage (Vh)  : 1.4V-5V
• Heating Time Th (High) : 60s
• Heating Time Th (Low) : 90s
• Load Resistence (RL) : Adjustable
• Heater resistance (Rh) : 33 ohm
• Heater Consumption : <800 mW
• Sensing resistance : 3K ohm - 30K ohm (pada 1000 ppm iso Butane)
• Preheat time : >24 jam

C. Grafik respon sensitifitas Sensor Gas MQ2

• Relay 12V

A. Konfigurasi PIN Relay

Nomor PIN	Nama Pin	Deskripsi
1	Coil End 1	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
2	Coil End 2	Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 12V dan ujung lainnya ke ground
3	Common (COM)	Common terhubung ke salah satu Ujung Beban yang akan dikontrol
4	Normally Close (NC)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NC beban tetap terhubung sebelum pemicu
5	Normally Open (NO)	Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NO, beban tetap terputus sebelum pemicu

B. Spesifikasi :

• Trigger Voltage (Voltage across coil) : 12V DC
• Trigger Current (Nominal current) : 70mA
• Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC
• Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC
• Compact 5-pin configuration with plastic moulding
• Operating time: 10msec Release time: 5msec
• Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

• Buzzer

A. Konfigurasi PIN Buzzer

1	Positif	Diidentifikasi dengan simbol (+) atau kabel terminal yang lebih panjang. Dapat didukung oleh 6V DC
2	Negatif	Diidentifikasi oleh kabel terminal pendek. Biasanya terhubung ke ground sirkuit

B. Spesifikasi Buzzer

1. Rated Voltage : 6V 

2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 

3. DC Rated Current* : ≤30mA 

4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 

5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 

6. Tone : Continuous 

7. Operating Temperature : -25°C to +80°C 

8. Storage Temperature : -30°C to +85°C

9. Weight : 2g 

*Value applying at rated voltage (DC)

• FAN DC 12V

3. Dasar Teori

• 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.

• 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:

V = (Vbat - Vled)

Rled = V / Iled

I_B = (V_BB - V_BE) / R_B

                                                                      V_CE = V_CC - I_CR_C 

                                                                         P_D = V_CE.I_C

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

A. Pengertian Op-Amp (Operational Amplifier) – 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.

B. Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

• 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

Pada dasarnya, kondisi Op-Amp ideal hanya merupakan teoritis dan hampir tidak mungkin dicapai dalam kondisi praktis. Namun produsen perangkat Op-Amp selalu berusaha untuk memproduksi Op-Amp yang mendekati kondisi idealnya ini. Oleh karena itu, sebuah Op-Amp yang baik adalah Op-Amp yang memiliki karakteristik yang hampir mendekati kondisi Op-Amp Ideal.

C. Rumus OP-Amp

untuk mencari Vout maka rumus yang di perlukan adalah:

rumus untuk mendapatkan nilai |Acl| (penguat loop tertuup)  :

rumus untuk mencari Rout (AL= penguat loop) (Aol= penguat loop terbuka) :

D. Gelombang I/O OP-Amp

• Sensor Gas MQ2

Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakann untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke. Sensor MQ2 memiliki symbol seperti gambar di bawah ini :

Gambar Simbol Sensor MQ2

Berikut ini adalah gambar grafik respon sensitifiras sensor MQ2

• Relay

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). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A. Relay memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :

Gambar Simbol Relay

Cara Kerja Relay :

1. Apabila coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnetik yang dapat menarik armature untuk merubah switch contact point.
2. Apabila coil tersebut sudah tidak dialiri arus listrik, maka Armature akan kembali lagi ke posisi Normally Close.
3. Umumnya, coil yang digunakan oleh relay untuk mengubah switch contact point ke posisi NC hanya membutuhkan arus listrik yang kecil.

• 
  

• Buzzer

Buzzer   adalah   sebuah   komponen   elektronika   yang   berfungsi   untuk   mengubah  getaran  listrik  menjadi  getaran  suara  getaran  listrik  menjadi  getaran  suara.  Pada  dasarnya  prinsip  kerja buzzer  hampir  sama  dengan  loudspeaker,  jadi  buzzer  juga  terdiri  dari  kumparan  yang  terpasang  pada  diafragma  dan  kemudian  kumparan  tersebut  dialiri  arus  sehingga  menjadi  elektromagnet,  kumparan  tadi  akan  tertarik  ke  dalam  atau  keluar,  tergantung  dari  arah  arus  dan  polaritas  magnetnya,  karena  kumparan  dipasang  pada  diafragma  maka  setiap  gerakan  kumparan  akan  menggerakkan  diafragma  secara  bolak-balik  sehingga  membuat udara  bergetar  yang  akan  menghasilkan  suara.  Buzzer  biasa  digunakan  sebagai  indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

Cara Kerja Buzzer pada saat aliran listrik atau tegangan listrik yang mengalir ke rangkaian yang menggunakan piezoeletric tersebut. Piezo buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekwensi di kisaran 1 - 6 kHz hingga 100 kHz. Buzzer memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :

Gambar Simbol Buzzer

• Fan DC 12V

Fan DC disini sebagai motor berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi kinetik 

• Power Supply

Power supply atau pencatu daya adalah sebuah alat elektronik yang berfungsi memberikan tegangan dan arus listrik pada komponen-komponen lainnya. Pada dasarnya power supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi sumber daya yang dibutuhkan oleh berbagai perangkat elektronik lainnya. Arus listrik yang disalurkan oleh power supply ini adalah jenis arus bolak-balik (AC). Namun karena kelebihan dari power supply ini, maka alat ini juga dapat mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Power supply memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar simbol power supply

• Generator DC

Generator DC atau generator arus searah (DC) adalah salah satu jenis mesin listrik, dan fungsi utama mesin generator DC adalah mengubah energi mekanik menjadi listrik DC(arus searah) 

• Voltmeter

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC  yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).

• Ground

Ground atau pertanahan adalah bagian dari Peralatan Listrik rumah. Namun kebanyakan dari masyatrakat Indonesia sudah terbiasa menyebut pertanahan atau gruonding ini dengan kata arde.
Ground atau arde pada instalasi listrik berguna sebagai pencegah terjadinya kontak antara makhluk hidup dengan tegangan listrik yang terekspos akibat terjadi kegagalan isolasi. Ground dalam rumah Anda terpasang dengan dua macam, yaitu untuk instalasi listrik rumah dan instalasi penangkal petir.Grounding Memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :

Gambar Simbol Ground

• Logic State

Gerbang logika atau logic State adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2 kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.

4. Percobaan

A. Prosedur Percobaan

1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan dengan meimilih dan mengambil dari library proteus

2. Letakkan alat dan bahan seperti gambar di bawah ini

3. Rangkailah dan hubungkanlah semua alat dan bahan yang telah diletakkan 

4. Apabila semua telah terangkai dengan baik dan benar, mulailah mencoba menjalankan rangkaiannya dengan menekan tombol .

5. Mulailah mengubah Logic State di test pin pada Sensor gas MQ2 dari logika 0 ke logika 1.

6. Setelah logic state berlogika 1 maka rangkaian akan mulai bekerja dan apabila mendeteksi terjadinya pemanasan sebuah alrutan maka fan dc dan buzzer aktif

B. Rangkaian Simulasi

• Foto Rangkaian

Gambar Rangkaian Saat sensor gas MQ2 logika 0 dan belum ada terjadinya pemanasan larutan

Gambar Rangkaian Saat sensor gas MQ2 logika 1 dan  ada terjadinya pemanasan larutan

• Prinsip Kerja

jika logika logicstate 1 maka sensor aktif lalu jika sensor mendeteksi asap outputnya alirkan tegangan ke op amp U3 kaki non inverting positif lalu tegangan dilanjutkan ke kaki inverting lalu melewati R3 lalu mengalir ke R1 terjadi penguatan , arus lalu menghasilkan arus melewati R2. selanjutnya arus dialirkan ke Q1 sehingga transistor ON saat ada arus yang mengalir melewati basis , arus juga melewati emiter ke ground sehingga saat Q1 on maka arus akan mengalir colector lalu di alirkan dan dihasilkan tersebut akan menginduksi kumparan pada RL1 relay sehingga switch akan berubah posisi. Perubahan posisi switch menyebabkan rangkaian menjadi tertutup sehingga arus mengalir menuju Fan-Dc bergerak dan Buzzer berbunyi .Jika logicstate berlogika 0 maka tidak ada arus yang di aliri sehingga Q1 transistor OFF dan switch tidak akan berubah posisi maka Fan-Dc tidak bergerak dan buzzer tidak berbunyi.

C. Video

D. Link Download

• Download File HTML klik disini
• Download File Rangkaian klik disini
• Download Video klik disini
• Download Data Sheet Resistor 10k klik disini
• Download Data Sheet Resistor 1k klik disini
• Download Data Sheet Transistor NPN BC547 klik disini
• Download Data Sheet OP-Amp klik disini
• Download Data Sheet Sensor Gas MQ2 KLIK DISINI
• Download Data Sheet Relay 12V klik disini
• Download Data Sheet Buzzer KLIK DISINI
• Download File Library Sensor KLIK DISINI