TUGAS BESAR SENSOR DAN AKTUATOR ROBOT PENGANTAR BERKAS SURAT MENGGUNAKAN SENSOR GARIS PHOTODIODA Disusun Oleh: NASRUDIN / 10209022 JURUSAN SISTEM KOMPUTER FAKULTAS ILMU DAN TEKNIK KOMPUTER UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
TUGAS BESAR SENSOR DAN AKTUATOR
ROBOT PENGANTAR BERKAS SURAT MENGGUNAKAN SENSOR GARIS PHOTODIODA
Disusun Oleh:
NASRUDIN / 10209022
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS ILMU DAN TEKNIK KOMPUTER
UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
BANDUNG
2014
BAB I
DASAR TEORI
Photodioda
Sensor photodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, sensor
photodioda akan mengalami perubahan resistansi pada saat menerima intensitas
cahaya dan akan mengalirkan arus listrik secara forward sebagaimana dioda pada
umumnya. Sensor photodioda adalah salah satu jenis sensor peka cahaya
(photodetector). Photodioda merupakan piranti semikonduktor dengan struktur
sambungan p-n yang dirancang untuk beroperasi bila di biaskan dalam keadaan
terbalik, untuk mendeteksi cahaya.
Ketika energi cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada
sambunga photodioda, arus mengalir dalam sirkuit eksternal. Komponen ini
kemudian akan bekerja sebagai generator arus yang arusnya sebanding dengan
intensitas cahaya itu. Cahaya diserap di daerah penyambungan atau daerah intrinsik
menimbulkan pasangan elektron-hole yang mengalami perubahan karakteristik
elektris ketika energi cahaya melepaskan pembawa muatan dalam bahan itu,
sehingga menyebabkan berubahnya konduktivita. Hal inilah yang menyebabkan
photodioda dapat menghasilkan tegangan/arus listrik jika terkena cahaya. Hal ini
dapat di tunjukan dengan rumus di bawah ini:
Eg=h . cλatau Eg=h . f
Dimana Eg = Energi foton
H = potensial ionisasi (4,136.10-15 eV)
C = kecepatan cahaya (3.108 m/s)
λ = panjang Gelombang Cahaya (m)
Mode Operasi
Photodioda dapat dioperasikan dalam 2 mode yang berbeda:
1. Mode potovolatik
Seperti solar sel, penyerapan pada photodioda menghasilkan tegangan yang
dapat diukur. Bagaimanapun tegangan yang dihasilkan dari energi cahaya ini
sedikit linier dan range perubahannya sangat kecil.
2. Mode potokonduktivitas
Disini photodioda diaplikasikan sebagai tegangan reverse (tegangan balik)
dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan
dihantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus poto (hal ini
juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol). Ketergantungan arus
poto pada kekuatan cahaya dapat sangat linier.
Karakteristik bahan photodioda:
1. Silikon (Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus
antara 400 nm sampai 1000 nm (terbaik antara 800 sampai 900 nm).
2. Germanium (Ge) arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik
antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 nm sampai 1500 nm).
3. Indium Gallium Arsenida (InGaAs) : mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan
sensitivitas baik pada jarak 800 nm sampai 1700 nm (terbaik antara 1300 nm
sampai 160 nm).
Simbol photodioda adalah sebagai berikut:
Motor DC
Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah
pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan
medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan
jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana
namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional.
Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat berputar sebagai
berikut.
Bagian Atau Komponen Utama Motor DC
Kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara
dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi ruang terbuka
diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau
lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.
Current Elektromagnet atau Dinamo. Dinamo yang berbentuk silinder,
dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor
DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh
kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.
Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan
mengatur:
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan
kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan
dalam persamaan berikut:
Gaya Elektromagnetik (E)
Dimana:
E = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
Jenis-Jenis Motor DC Motor DC
Sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber
terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited, Pada jenis motor DC sumber daya
sendiri di bagi menjadi 3 tipe sebagi berikut :
Motor DC Tipe Shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara
paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus dalam jalur
merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah :
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga
torque tertentu setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena itu cocok
untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti
peralatan mesin.
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam
susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang
tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
Motor DC Tipe Seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri
dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus
dinamo.
Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor
akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor DC Tipe Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor
kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri
dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan
awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.
Karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan ini adalah, makin tinggi
persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan
secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh
motor ini.
Limit Switch
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang
berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar Push
ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas
penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak
ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang
akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor
tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda
(objek) yang bergerak.
Simbol limit switch ditunjukan pada gambar berikut. Simbol Dan Bentuk Limit Switch
Limit switch umumnya digunakan untuk : Memutuskan dan menghubungkan
rangkaian menggunakan objek atau benda lain. Menghidupkan daya yang besar,
dengan sarana yang kecil. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek. Prinsip
kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas/daerah
yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan
rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO (Normally
Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika
tombolnya tertekan. Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar
di bawah.
Konstruksi Dan Simbol Limit Switch
BAB II
PERANCANGAN
2.1 Fungsi Alat
Alat ini berfungsi mempuanyai tujuan utama yaitu untuk membantu dan
mempermudah pekerjaan manusia di suatu perkantoran, alat ini nantinya di gunakan
untuk mengantarkan berkas2 surat dari meja ke meja sehingga pegawai tidak perlu
beranjak dari tempatnya bekerja dan alat inilah yang nanti akan menggantikan tugas
dalam mengantarkan berkas-berkas tersebut.
2.2 Diagram Blok Sistem
Keterangan :
1. Photodioda sebagai sensor cahaya yang berkerja berdasarkan intensitas
cahaya yang mengenainya, photodioda akan membaca permukaan hitam
atau putih yang nantinya akan menentukan aksi untuk aktuator.
2. Mikrokontroller merupakan suatu perangakat pengambil keputusan yang akan
di gunakan untuk menentukan aksi dari aktuator yang dimana data dari
sensor akan di proses oleh mikrokontroller ketika sensor berada di
permukaan putih atau hitam.
3. Driver motor sebagai IC penggerak untuk menggerakan motor DC apakah
harus bergerak maju atau mundur.
4. Motor DC digunakan sebagai output atau keputusan akhir dari hasil
pembacaan sensor yg sebelumnya telah di proses oleh mikrokontroller.
5. Limit Switch digunakan untuk memastikan bahwa surat/berkas yg di antarkan sudah di ambil apa belum, yang nantinya akan memberikan status kepada mikrokontroller dan kemudian akan menggerakan motor untuk kembali ke posisi semula.
2.3 Prinsip Kerja
Photodioda
Sensor garis atau sensor proximity adalah jenis sensor yang yang berfungsi
mendeteksi warna garis hitam atau putih, Biasanya sensor garis ini terdapat pada
robot line follower atau line tracking. Dan sifat dari photo diode sendiri adalah jika
semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi pada diode semakin
kecil.
Dari rangkaian diatas dapat di ketahui bahwa ketika sensor tidak terkena
cahaya dari LED atau terkena garis hitam maka output tegangan akan mendekati
tegangan sumber (Logika high ) karena photodioda berada dalam kondisi reverse
bias dan ketika terkena cahaya atau terkena garis putih maka output photodioda
akan bernilai kecil mendekati 0 (logika Low) karena photodioda berada dalam
kondisi forward bias.
Ilustrasi pembacaan sensor
Dari ilustrasi diatas, gambar no.1 menunjukan bahwa hanya satu sensor yang
berada di atas garis hitam, jika sensor yang kanan berada di permukaan putih maka
hanya motor kanan yang akan bergerak sampai sensor yang kanan berada di atas
permukaan yang hitam begitu pun pada gambar no. 2 sampai posisi kedua sensor
berada tepat diatas garis hitam seperti pada gambar no.3.
Driver Motor IC L293D
IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat
dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang
dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber
tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang digunakan adalah
totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor DC yang
berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap
drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah
motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.
Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D.
Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D
Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima
perintah untuk menggerakan motor DC.
Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC
Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver
yang dihubungkan ke motor DC
Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC,
dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol dirver
dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang
dikendalikan.
Pin GND (Ground) adalah jalur yang harus dihubungkan ke ground,
pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah
pendingin kecil.
Motor DC
Motor DC adalah sebuah mesin listrik yang berfungsi mengubah tenaga listrik
DC menjadi tenaga mekanik (gerak). Tenaga gerak tersebut berupa putaran motor.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Bagian utama motor DC adalah stator dan
rotor dimana kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak
berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Bentuk motor
paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara
kutub-kutub magnet permanen.
Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh
komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu
lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan
untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.
Motor DC sederhana
Prinsip Dasar Cara Kerja Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan
magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus
pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor dapat
dilihat pada gambar berikut.
Gambar medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis
fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol
mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis
fluks. Gambar diatas menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar
konduktor berubah arah karena bentuk U. Medan magnet hanya terjadi di sekitar
sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut.
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara
dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan
magnet kutub.
Gambar reaksi garis fluks
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan
(looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung
B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub
dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha
bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang
berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan
medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun
agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat
angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran /
loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan
mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar
kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan
tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh
susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan
menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah
tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet
disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai
tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada
gambar di bawah ini :
Gambar prinsip kerja motor DC
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna,
maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang
disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang
dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
Prinsip Arah Putaran Motor Untuk menentukan arah putaran motor digunakan
kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan
magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet
memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari,
maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang
besarnya sama dengan F.
Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam
pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada
penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah
besar.
Flowchart Sistem
BAB III
FEATUR DAN KARAKTERISTIK
Featur Sensor Photodioda
Photodioda memiliki beberapa featur yang cukup baik untuk sebuah senor
cahaya dikarenakan ememliki feature sebagai berikut:
Fast response time
High photo sensitivity
Small junction capacitance
Feature Driver Motor DC IC L293D
Driver motor DC IC L293D memiliki feature yang lengkap untuk sebuah driver
motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan
dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor DC. Feature yang
dimiliki driver motor DC IC L293D sesuai dengan datasheet adalah sebagai berikut :
Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V
Separate Input-Logic Supply
Internal ESD Protection
Thermal Shutdown
High-Noise-Immunity Inputs
Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D
Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)
Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)
Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)
Motor DC
Spesifikasi motor DC yang digunakan adalah sebagai berikut :
DAFTAR PUSTAKA
http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsip-kerja-motor-dc/
http://elektronika-dasar.web.id/komponen/driver-motor-dc-l293d/