Tugas Besar

Kontrol Aeroponik Tanaman Sawi

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan  

6. Download File  

1. Pendahuluan[Kembali]

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan pangan dan semakin terbatasnya lahan pertanian, penerapan teknologi pada sektor pertanian menjadi salah satu solusi untuk meningkatkan produktivitas tanaman. Salah satu metode budidaya yang banyak dikembangkan adalah sistem aeroponik, yaitu teknik menanam tanpa menggunakan media tanah, di mana akar tanaman digantung di udara dan memperoleh nutrisi melalui kabut atau semprotan larutan hara. Metode ini mampu meningkatkan efisiensi penggunaan air dan nutrisi serta menghasilkan pertumbuhan tanaman yang lebih cepat. Tanaman sawi merupakan salah satu komoditas hortikultura yang sangat cocok dibudidayakan menggunakan sistem aeroponik karena memiliki masa panen yang relatif singkat dan kebutuhan pasar yang tinggi.

Dalam sistem aeroponik, kondisi lingkungan harus dijaga agar tetap berada pada rentang yang sesuai untuk pertumbuhan tanaman. Parameter seperti kelembapan akar, suhu lingkungan, intensitas cahaya, ketinggian air nutrisi, pH, dan konsentrasi nutrisi harus dipantau secara terus-menerus. Apabila salah satu parameter berada di luar batas yang ditentukan, pertumbuhan tanaman dapat terganggu sehingga kualitas dan hasil panen menurun. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem kontrol yang mampu melakukan pemantauan dan pengendalian secara otomatis sehingga kondisi pertumbuhan tanaman tetap optimal.

Sistem kontrol aeroponik tanaman sawi berbasis sistem digital merupakan solusi yang mampu melakukan monitoring kondisi tanaman secara real-time serta mengendalikan berbagai aktuator secara otomatis berdasarkan data dari sensor. Berbagai sensor seperti sensor suhu dan kelembapan, sensor level air, sensor pH, sensor Total Dissolved Solids (TDS) atau Electrical Conductivity (EC), sensor cahaya, serta sensor kelembapan akar digunakan untuk memperoleh informasi mengenai kondisi sistem budidaya. Data yang dihasilkan sensor kemudian diproses oleh rangkaian digital sehingga sistem dapat mengambil keputusan secara otomatis, seperti mengaktifkan pompa nutrisi, pompa air, kipas, lampu tanam (grow light), maupun alarm apabila terjadi kondisi yang tidak normal.

Pada perancangan sistem ini, penggunaan penguat operasional (op-amp), transistor, dan rangkaian logika digital memiliki peranan yang sangat penting. Op-amp digunakan sebagai penguat atau komparator untuk mengolah sinyal analog dari sensor sehingga menghasilkan level logika yang sesuai dengan kebutuhan sistem digital. Transistor digunakan sebagai driver untuk mengendalikan beban seperti pompa, kipas, katup solenoid, dan relay karena keluaran rangkaian logika tidak mampu memberikan arus yang cukup secara langsung. Selanjutnya, sistem digital yang terdiri atas gerbang logika, flip-flop, register, counter, memori, maupun konverter Analog-to-Digital (ADC) dan Digital-to-Analog (DAC) berfungsi sebagai pusat pengolahan data, penyimpanan informasi, serta pengambilan keputusan berdasarkan kondisi yang terdeteksi oleh sensor.

Melalui penerapan sistem digital pada kontrol aeroponik tanaman sawi, proses budidaya dapat berlangsung secara lebih otomatis, akurat, dan efisien. Sistem ini mampu mengurangi ketergantungan terhadap pengawasan manual, menjaga kestabilan kondisi lingkungan tanaman, meningkatkan efisiensi penggunaan air dan nutrisi, serta membantu menghasilkan pertumbuhan tanaman sawi yang lebih optimal. Dengan demikian, sistem kontrol aeroponik berbasis sistem digital diharapkan dapat menjadi salah satu penerapan teknologi yang mendukung pertanian modern, produktif, dan berkelanjutan.

2. Tujuan[Kembali]

Tujuan dari perancangan sistem kontrol aeroponik tanaman sawi berbasis sistem digital adalah sebagai berikut:

1. Merancang sistem kontrol aeroponik tanaman sawi yang mampu melakukan pemantauan dan pengendalian kondisi pertumbuhan tanaman secara otomatis.
2. Menerapkan konsep sistem digital dalam pengolahan data sensor untuk menghasilkan proses pengambilan keputusan yang cepat, akurat, dan efisien.
3. Mengintegrasikan berbagai sensor, seperti sensor suhu dan kelembapan, sensor level air, sensor pH, sensor TDS/EC, serta sensor intensitas cahaya, sebagai masukan (input) pada sistem kontrol.
4. Menggunakan penguat operasional (op-amp) sebagai penguat atau komparator sinyal sensor sehingga sinyal analog dapat diproses oleh rangkaian digital.
5. Menerapkan transistor sebagai rangkaian driver untuk mengendalikan aktuator, seperti pompa nutrisi, pompa air, kipas, katup solenoid, dan lampu tanam sesuai dengan hasil pengolahan sistem digital.
6. Mengimplementasikan komponen sistem digital, seperti gerbang logika, flip-flop, register, counter, memori, serta konverter ADC dan DAC, dalam proses pengolahan data dan pengendalian sistem.
7. Meningkatkan efisiensi penggunaan air dan nutrisi serta menjaga kestabilan lingkungan tumbuh tanaman sawi melalui sistem kontrol otomatis.
8. Menghasilkan sistem aeroponik yang lebih efektif, efisien, dan mampu meningkatkan kualitas serta produktivitas tanaman sawi dengan memanfaatkan teknologi sistem digital.

3. Alat dan Bahan[Kembali] 

A. Alat

    Generator

    Baterai

Spesifikasi

• 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

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%.

Spesifikasi

 

    2. Dioda

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

    3.  Transistor

Merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan output lainnya.

Spesifikasi :

• Bi-Polar Transistor
• DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
• Continuous Collector current (IC) is 100mA
• Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
• Base Current(IB) is 5mA maximum

    4. OP-Amp

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi:

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.

Komponen Input :

1. Logicgate

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

Idle State (Keadaan Siaga)

• ID State: 0
• Deskripsi: Sistem berada dalam keadaan siaga, memantau kondisi lingkungan secara terus-menerus.
• Input: Sensor suhu, sensor asap, dan sensor sentuh tidak mendeteksi anomali.
• Output: Tidak ada tindakan diambil, hanya pemantauan rutin.

Alert State (Keadaan Siaga Tinggi)

• Deskripsi: Salah satu sensor mendeteksi anomali, tetapi belum ada konfirmasi kebakaran.
• Input: Sensor suhu atau sensor asap mendeteksi suhu atau konsentrasi asap yang meningkat tetapi belum mencapai ambang batas kritis.
• Output: Sistem mengaktifkan peringatan awal (misalnya, lampu indikator menyala) dan terus memantau situasi.

Pre-Alarm State (Pra-Alarm)

• Deskripsi: Beberapa sensor mendeteksi kondisi yang mendekati ambang batas kritis.
• Input: Kombinasi dari sensor suhu, sensor asap, dan/atau sensor sentuh mendeteksi kondisi yang mencurigakan.
• Output: Sistem mengaktifkan alarm peringatan (misalnya, bunyi sirene dengan intensitas rendah) dan mempersiapkan tindakan lebih lanjut.

Alarm State (Alarm Aktif)

• Deskripsi: Kondisi kebakaran terkonfirmasi berdasarkan data dari beberapa sensor.
• Input: Sensor suhu dan sensor asap mendeteksi suhu tinggi dan konsentrasi asap yang melebihi ambang batas kritis.
• Output: Sistem mengaktifkan alarm kebakaran utama (sirene keras, lampu peringatan berkedip), mengirim notifikasi ke sistem pemantauan jarak jauh, dan mulai mengeksekusi prosedur penanggulangan.

Fire Control State (Penanggulangan Kebakaran)

• Deskripsi: Sistem mengimplementasikan prosedur penanggulangan kebakaran otomatis.
• Input: Konfirmasi kebakaran dari sensor suhu, asap, dan sentuh.
• Output: Aktivasi sistem pemadam kebakaran otomatis (misalnya, sprinkler atau pemadam api), pemutusan aliran listrik di area terdampak, dan penguncian akses ke area tersebut.

Post-Fire State (Pascakebakaran)

• Deskripsi: Kebakaran telah diatasi, sistem dalam proses pemulihan dan evaluasi.
• Input: Sensor menunjukkan bahwa kebakaran telah berhasil dipadamkan.
• Output: Sistem mengirim notifikasi status ke sistem pemantauan jarak jauh, menonaktifkan alarm, dan memulai prosedur evaluasi serta pemulihan.

Maintenance State (Pemeliharaan)

• Deskripsi: Sistem dalam mode pemeliharaan untuk pengecekan dan perbaikan.
• Input: Sistem diaktifkan secara manual untuk pemeliharaan rutin atau setelah insiden kebakaran.
• Output: Semua sensor dan alarm dinonaktifkan sementara untuk memungkinkan pengecekan dan perbaikan oleh teknisi.

2.Potensiometer

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. 

3. Water Level Sensor 

4. Sensor LM35

Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92  seperti terlihat pada gambar dibawah.

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk Ground.

Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah : 

• 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 suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2. 
• 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.

Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan seting tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan 10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC. 

Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :

Vout LM35 = Temperature º x 10 mV

Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut : 

• LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature  -55ºC hingga +150ºC. 
• LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40ºC hingga +110ºC. 
• LM35D memiliki range pengukuran temperature 0ºC hingga +100ºC.  LM35 

Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain : 

• Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC 
• Low self-heating, sebesar 0.08 ºC 
• Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V 
• Rangkaian menjadi sederhana 
• Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

Berikut grafik kinerja sensor LM35

Untuk lebih lengkap nya dapat dilihat pada datasheet yang ada di link download

Datasheet LM35 

 

5. Sensor Kelembaban

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

6.  

7. 

Komponen Proses

1. IC Counter

Counter merupakan rangkaian digital yang digunakan untuk menghitung jumlah pulsa yang masuk ke sistem. Pada rangkaian kontrol pertandingan bola basket, counter digunakan untuk menghitung skor pertandingan, jumlah foul, serta waktu pertandingan yang sedang berlangsung.

Counter bekerja dengan menerima sinyal dari sensor maupun clock generator. Setiap pulsa yang diterima akan menyebabkan nilai counter bertambah sehingga informasi pertandingan dapat ditampilkan secara real-time.

Fungsi pada sistem:

• Menghitung skor pertandingan.
• Menghitung waktu pertandingan.
• Menghitung jumlah pelanggaran yang terjadi.

2. Gerbang Logika (Logic Gates)

Gerbang logika merupakan komponen digital yang digunakan untuk mengolah data masukan berdasarkan aturan logika tertentu. Gerbang logika yang digunakan pada rangkaian ini antara lain AND, OR, dan NOT.

Gerbang logika berperan penting dalam menentukan kondisi penambahan skor, pengaktifan timer, serta pengolahan data yang berasal dari berbagai sensor sebelum diteruskan ke bagian output.

Fungsi pada sistem:

• Mengolah sinyal dari sensor.
• Mengatur proses penambahan skor.
• Mengendalikan alur kerja sistem.

3. Clock Generator

Clock Generator merupakan komponen yang menghasilkan pulsa periodik sebagai acuan waktu pada sistem digital. Pulsa clock digunakan untuk mengendalikan proses pencacahan pada counter sehingga seluruh sistem dapat bekerja secara sinkron.

Pada rangkaian ini, clock generator digunakan sebagai dasar perhitungan waktu pertandingan yang ditampilkan pada scoreboard digital.

Fungsi pada sistem:

• Menghasilkan pulsa waktu.
• Menjalankan timer pertandingan.
• Menjaga sinkronisasi seluruh sistem.

Komponen Output

1. Buzzer

    Buzzer merupakan sebuah lonceng, bel, atau alarm yang digunakan sebagai alat untuk mengumpulkan banyak orang di suatu tempat dengan tujuan untuk menyampaikan suatu pengumuman.

    Buzzer berasal dari Bahasa inggris yang mempunyai arti lonceng, bel atau alarm. Pengertian buzzer secara harfiah diartikan sebagai alat yang di manfaatkan dalam memberikan pengumuman atau mengumumkan sesuatu untuk mengumpulkan orang-orang pada suatu tempat.

2. LED-red 

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju.  Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. 

3. Motor

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Spesifikasi

Pinout

4. Relay

Spesifikasi 

Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.

• Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V
• GND dihubungkan ke GND
• IN1/Data dihubungkan ke pin 2

Pinout

4. Dasar Teori[Kembali]

• 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 Gelang

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%.

Rangkaian seri dan Paralel resistor :

• Dioda

     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 berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.

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

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

4. Dioda Photo berfungsi sebagai sensor cahaya.

5. Dioda Schottky berfungsi sebagai Pengendali.

Persamaan untuk menentukan arus dioda zener :

Keterangan :

Grafik dioda : 

        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.

• Transistor

          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. Emitter (E): Mengeluarkan (emitter) arus elektron ke dalam basis.
2. Base (B): Mengontrol aliran arus dari emitter ke collector.
3. Collector (C): Menampung (collector) arus elektron dari emitter.

Rumus-rumus transistor :

Konfigurasi transistor :

        Konfigurasi Common Base, Common Collector (atau Emitter Follower), dan Common Emitter adalah tiga konfigurasi umum pada transistor dengan perbedaan dalam penggunaan kaki Basis, Emitor, dan Kolektor.

1. Common Base (CB):

   • Basis di-ground-kan dan digunakan bersama untuk input dan output.
   • Input masuk ke Emitor, sedangkan output diambil dari Kolektor.
   • Tidak memberikan penguatan arus, tetapi memberikan penguatan tegangan antara input dan output.

2. Common Collector (CC) atau Emitter Follower:

   • Kolektor di-ground-kan dan digunakan bersama untuk input dan output.
   • Input masuk ke Basis, dan output diambil dari Emitor.
   • Memberikan penguatan arus tetapi tidak memberikan penguatan tegangan. Tegangan output hampir sama dengan tegangan input.

3. Common Emitter (CE):

• Emitor di-ground-kan dan digunakan bersama untuk input dan output.
• Input masuk ke Basis, dan output diambil dari Kolektor.
• Memberikan penguatan tegangan dan arus antara input dan output. Ini adalah konfigurasi yang paling umum digunakan dalam penguat tegangan dan arus.

• Gerbang Logika AND 

Gerbang AND atau disebut juga "AND GATE" adalah jenis gerbang logika yang memiliki dua input (Masukan) dan satu output (keluaran). Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang AND berikut.

Pada gerbang logika AND, simbol yang menandakan operasi gerbang logika AND adalah tanda titik (.) atau bisa juga dengan tanpa tanda titik, contohnya seperti Z = X.Y atau Z = XY.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang AND. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang AND akan menghasilkan output (keluaran) logika 1 bila semua variabel input (masukan) bernilai logika 1" sebalikanya "Gerbang AND akan menghasilkan keluaran logika 0 bila salah satu masukannya merupakan logika 0"

Jenis Gerbang Logika AND

Adapun gerbang logika AND terdiri dari gerbang logika AND 2 input dan 3 input. Untuk memperjelas silahkan perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan ekspresi Boolean untuk fungsi logika AND didefinisikan sebagai (.) yang mana merupakan operasi bilangan biner, sehingga gerbang AND dapat diturunkan secara bersama-sama untuk membentuk sejumlah input.

Tetapi mengingat bahwa IC gerbang AND yang tersedia dipasaran hanya terdiri dari input 2, 3, atau 4. maka diperlukan input tambahan , sehingga gerbang AND standar perlu diturunkan bersama sehingga mendapatkan nilai input yang diperlukan, sebagai contoh

Gerbang AND Multi Input

Berdasarkan Gerbang AND 6 input diatas maka ekspresi Boolean yaitu :

Q = (A.B).(C.D).(E.F)

• Op-amp LM741

        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.

Rangkaian dasar Op-amp :

• Logic State

status logika Pengertian logis, benar atau salah, dari sinyal biner yang diberikan. Sinyal biner adalah sinyal digital yang hanya memiliki dua nilai yang valid. Dalam istilah fisik, pengertian logis dari sinyal biner ditentukan oleh level tegangan atau nilai arus sinyal, dan ini pada gilirannya ditentukan oleh teknologi perangkat. Dalam sirkuit TTL, misalnya, keadaan sebenarnya diwakili oleh logika 1, kira-kira sama dengan +5 volt pada garis sinyal; logika 0 kira-kira 0 volt. Tingkat tegangan antara 0 dan +5 volt dianggap tidak ditentukan.

Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

 

Flip-Flop dan Memori Digital

        Flip-flop merupakan rangkaian logika digital yang memiliki kemampuan menyimpan satu bit data. Dalam sistem kontrol hasil pertandingan bola basket, flip-flop digunakan sebagai memori sementara untuk menyimpan kondisi tertentu sebelum data diteruskan ke bagian counter dan display.

Keberadaan memori digital sangat penting karena membantu menjaga kestabilan data sehingga informasi skor, waktu pertandingan, maupun jumlah pelanggaran tidak berubah secara tidak sengaja akibat gangguan sinyal dari sensor.

Gerbang Logika

        Gerbang logika merupakan komponen dasar dalam sistem digital yang digunakan untuk mengolah sinyal logika biner berupa logika 0 dan logika 1. Gerbang logika yang digunakan dalam rangkaian ini antara lain gerbang AND, OR, dan NOT.

Gerbang logika berfungsi untuk menentukan keputusan sistem berdasarkan kombinasi masukan yang diterima dari berbagai sensor. Sebagai contoh, sistem hanya akan menambah skor apabila infrared sensor mendeteksi bola masuk ke dalam ring dan sensor jarak menentukan kategori poin yang sesuai.

Seven Segment Display

        Seven Segment Display merupakan perangkat output yang digunakan untuk menampilkan angka dalam bentuk digital. Display ini terdiri dari tujuh segmen LED yang dapat dinyalakan dalam kombinasi tertentu untuk membentuk angka 0 hingga 9.

        Pada rangkaian kontrol hasil pertandingan bola basket, seven segment digunakan untuk menampilkan skor pertandingan, waktu pertandingan, dan informasi lain yang berkaitan dengan jalannya permainan sehingga dapat dipantau secara langsung oleh pemain, wasit, maupun penonton.

Prinsip Kerja Sistem

        Secara keseluruhan, sistem bekerja dengan menerima masukan dari touch sensor, sound sensor, vibration sensor, infrared sensor, dan ultrasonic distance sensor. Data yang diterima dari sensor kemudian diproses oleh rangkaian logika, memori digital, dan counter untuk menghasilkan informasi yang dibutuhkan.

        Infrared sensor mendeteksi bola yang masuk ke dalam ring, sensor ultrasonik menentukan nilai poin berdasarkan posisi pemain, vibration sensor mendeteksi pelanggaran, sedangkan touch sensor dan sound sensor digunakan untuk mengaktifkan waktu pertandingan. Seluruh hasil pengolahan data ditampilkan melalui seven segment display dan scoreboard digital sehingga kondisi pertandingan dapat dipantau secara real-time.

        Dengan kombinasi sensor dan rangkaian digital tersebut, sistem kontrol hasil pertandingan bola basket mampu melakukan pencatatan skor, waktu pertandingan, dan pelanggaran secara otomatis dengan tingkat akurasi yang lebih baik dibandingkan pencatatan manual.

• Baterai

          Baterai atau elemen kering adalah salah satu alat listrik yang berfungsi sebagai penyimpan energi listrik dan mengeluarkan tegangan dalam bentuk listrik (sebagai sumber tegangan). Pada umumnya baterai terdiri dari tiga komponen yang penting yaitu :

1. Batang karbon (C) sebagai anode (kutub positif baterai).

2. Seng (Zn) sebagai katode (kutub negatif baterai)

3. Amonium dioksida (NH4CI) sebagai larutan elektrolit (penghantar)

Terdapat dua jenis baterai yaitu :

• Baterai Primer adalah baterai yang hanya dapat digunakan sekali, menggunakan reaksi kimia yang tidak dapat dibalik (irreversible reaction).  pada umumnya dijual adalah baterai yang bertegangan listrik 1,5 volt. 
• Baterai Sekunder atau biasanya disebut rechargeable battery adalah baterai yang dapat di isi ulang menggunakan reaksi kimia yang bersifat dapat dibalik (reversible reaction) biasanya digunakan pada telepon genggam.

Adapun salah satu persamaan menghitung tegangan adalah :

P = V x I

Keterangan :

P  = Daya (W)

V = Tegangan yang terukur (V)

I   = Arus yang terukur (I)

• Sensor Kelembaban

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

• Water Level Sensor
  
  Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Pada rangkaian ini bisa digunakan capcitor dan induktor agar switch relay tidak berpindah-pindah. 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.
  
  
  

  Grafik respon water level sensor
  
  

  

5. Percobaan[Kembali]

 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 dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian pada grden otomatis bekerja

B) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

Rangkaian Keseluruhan

1. sensor water level

Sistem ini bekerja dengan menggunakan sensor water level yang resistansinya berubah sesuai kadar air, di mana sinyal tersebut kemudian difilter oleh induktor dan kapasitor untuk memastikan stabilitas. Sinyal analog tersebut dibandingkan dengan nilai referensi yang diatur melalui potensiometer (RV8) menggunakan IC Op-Amp LM741. Jika kadar air berada di bawah 80% dari nilai referensi, output Op-Amp akan bernilai rendah (LOW), sehingga transistor BC547 berada dalam kondisi cut-off, relay terbuka, dan motor pengalir air pun mati. Sebaliknya, jika kadar air di atas 80%, output Op-Amp bernilai tinggi (HIGH) yang memicu transistor untuk mengaktifkan relay dan menyalakan motor.

2. sensor kelembaban

Sistem ini memantau kelembapan di sekitar akar tanaman sawi menggunakan sensor kelembapan (U1). Sinyal analog dari sensor dibandingkan dengan nilai referensi yang diatur melalui potensiometer (RV2) oleh IC Op-Amp LM741 yang dikonfigurasi sebagai komparator. Saat sensor mendeteksi kelembapan di bawah 80% (kondisi kering), komparator akan memberikan sinyal logika HIGH yang diteruskan ke gerbang logika AND (U19:C). Output dari gerbang AND kemudian memicu basis transistor BC547 melalui fixed bias, sehingga transistor berada dalam kondisi saturasi (ON). Kondisi ini menyebabkan relay (RL8) aktif dan menyalakan pompa penyemprot nutrisi. Secara bersamaan, sinyal tersebut juga dikirim ke rangkaian Up Counter (IC 74192 dan 7448) untuk menghitung dan menampilkan jumlah total siklus penyiraman yang telah dilakukan pada layar 7-segment.

3. sensor suhu

Sistem ini memantau suhu di dalam greenhouse menggunakan sensor suhu yang ditempatkan pada dinding bagian dalam. Sinyal dari sensor dibandingkan terhadap dua ambang batas (threshold) menggunakan rangkaian komparator berbasis Op-Amp: satu untuk mendeteksi kondisi panas (suhu > 28°C) dan satu untuk kondisi dingin (suhu < 25°C). Output dari kedua komparator ini kemudian diproses melalui gerbang logika AND dan didekodekan oleh IC decoder 74LS47 untuk ditampilkan pada layar 7-segment sebagai indikator kondisi suhu. Selain itu, sinyal tersebut diarahkan ke IC demultiplexer (Demux) 74LS139 yang berfungsi sebagai saklar selektor cerdas; jika suhu > 28°C, sistem akan mengaktifkan relay untuk menyalakan pendingin, dan jika suhu < 25°C, sistem akan mengaktifkan relay untuk menyalakan pemanas. Transistor BC547 dengan fixed bias tetap berperan sebagai saklar elektronik untuk memastikan aktuator hanya bekerja ketika mendapatkan sinyal logika yang valid.

4. sensor cahaya

Sistem ini menggunakan sensor cahaya (LDR atau Light Sensor) yang ditempatkan di atap greenhouse untuk mendeteksi intensitas sinar matahari. Perubahan intensitas cahaya dikonversi menjadi sinyal tegangan analog yang kemudian dibandingkan dengan nilai referensi melalui IC Op-Amp yang berfungsi sebagai komparator. Ketika sensor tidak lagi mendeteksi sinar matahari (kondisi gelap atau malam hari), tegangan output komparator akan berubah menjadi HIGH (logika 1). Sinyal ini kemudian mengalir menuju basis transistor BC547, yang bertindak sebagai saklar elektronik. Transistor yang berada dalam kondisi saturasi (ON) akan mengaktifkan relay, yang kemudian menutup kontak saklar untuk menyalakan lampu penerangan tambahan di dalam ruangan. Sistem ini memastikan tanaman sawi tetap mendapatkan paparan cahaya yang konsisten untuk proses fotosintesis, meskipun kondisi cuaca sedang mendung atau saat hari telah malam.

5. sensor pH

Sistem ini berfungsi untuk menjaga keseimbangan pH air nutrisi dalam chamber aeroponik agar tetap berada pada rentang optimal bagi tanaman sawi. Sensor pH mengukur tingkat keasaman atau kebasaan larutan, lalu sinyal analog yang dihasilkan diproses melalui modul konverter untuk diolah oleh dua komparator berbasis Op-Amp. Detektor non-inverting akan mendeteksi jika pH terlalu tinggi (basa, pH > 7) dan memicu transistor untuk mengaktifkan relay pertama guna menyalakan pompa penyemprot cairan asam. Di sisi lain, detektor inverting akan mendeteksi jika pH terlalu rendah (asam, pH < 6) dan memicu transistor untuk mengaktifkan relay kedua guna menyalakan pompa penyemprot cairan basa. Jika pH berada dalam rentang normal antara 6 hingga 7, kedua pompa akan tetap dalam kondisi mati (OFF) sehingga kestabilan nutrisi tanaman terjaga secara otomatis.

6. Download File[Kembali]

File Rangkaian [Klik Disini]

Datasheet LM35 [Klik Disini]

Datasheet Resistor [Klik Disini]

Datasheet Relay [Klik Disini]

Datasheet Op-Amp [Klik Disini]

Datasheet LED [Klik Disini]

Datasheet Motor [Klik Disini]

Datasheet BC 143 [Klik Disini]

Datasheet BC 547 [Klik Disini]

Datasheet Battery [Klik Disini]

Datasheet Dioda [Klik Disini]

Datasheet Potensiometer [Klik Disini]

Datasheet Buzzer [Klik Disini]

Datasheet NOT [Disini]

Datasheet AND [Disini]