DOWNLOAD FILE
Data Sheet Gerbang NAND [klik disini]
Download Datasheet 74l93 [Klik Disini]
FLWCHART
1. START
Proses
sistem dimulai, menandakan awal dari siklus kontrol otomatis penyiraman
tanaman.
2.
Mendeteksi Waktu: Siang atau Malam?
- Sensor LDR (Light
Dependent Resistor) digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya.
- Jika terang → sistem
mendeteksi Siang.
- Jika gelap → sistem
mendeteksi Malam.
3. Jika
Malam → Reset Counter (IC 74193) ke 0
- Pada malam hari, sistem tidak
melakukan penyiraman untuk menghemat energi dan air.
- Counter (IC 74193) di-reset ke
nol agar perhitungan jumlah siklus penyiraman dimulai ulang keesokan
harinya.
4. Jika
Siang → Lanjut ke Kontrol Tangki
Sistem
melanjutkan proses ke pengecekan sensor ketinggian air pada tangki
penyimpanan.
5. Sensor
Ketinggian Air: Tangki Habis (Logika 1)?
- Jika sensor mendeteksi tangki
kosong (logika 1) → lanjut ke langkah berikutnya.
- Jika tidak kosong →
sistem tetap standby dan tidak menyalakan pompa sumur.
6. Pompa
Air Sumur AKTIF (Hanya Jika BUKAN Malam)
- Pompa sumur aktif mengisi
tangki air hanya saat siang hari dan tangki kosong.
- Pada malam hari, meskipun
tangki kosong, pompa tetap tidak aktif.
7. Sensor
Kelembaban Tanah: Kering (< Vref)?
- Sensor kelembaban tanah (soil
moisture sensor) membandingkan tegangan output dengan tegangan referensi (Vref).
- Jika tegangan < Vref →
tanah kering → lanjut ke langkah berikutnya.
- Jika tanah lembab → sistem
melewati penyiraman (langsung ke END OF CYCLE).
8. Counter
(7-Segment) = Angka 3?
- IC 74193 berfungsi
sebagai penghitung jumlah penyiraman.
- Jika nilai counter = 3 → batas
penyiraman harian tercapai, dan pompa penyiram tidak diaktifkan lagi.
- Jika nilai counter < 3 →
lanjut ke proses penyiraman.
9. Pompa
Penyiram AKTIF
- Pompa penyiram diaktifkan
untuk menyiram tanaman.
- Setelah satu siklus penyiraman
selesai, counter naik +1.
10.
Counter Naik +1 (IC 74193 Clock)
- IC 74193 menghitung jumlah
siklus penyiraman.
- Setelah setiap penyiraman,
nilai counter bertambah satu hingga mencapai batas (angka 3).
11. END OF
CYCLE
- Sistem kembali ke awal
(deteksi waktu) untuk memulai siklus baru.
- Proses ini terus berulang
setiap hari secara otomatis.
RANGKAIAN SIMULASI DAN PRINSIP KERJA
1. Modul Deteksi Lingkungan
(Siang/Malam) dan Pengaturan Waktu
Modul ini menetapkan batasan kapan
sistem boleh beroperasi.
A. Sensor Cahaya dan Komparator
(U2:A - LM358)
Sensor Cahaya (LDR), bersama dengan
resistor dan potensio (RV2), membentuk pembagi tegangan. Tegangan output LDR (Vin)
dibandingkan dengan tegangan referensi tetap (Vref) menggunakan Op-Amp
sebagai Komparator (LM358).
- Siang
Hari: Cahaya terang menyebabkan resistansi LDR rendah,
menghasilkan Vin > Vref. Output komparator U2:A menjadi Logika
Tinggi (HIGH).
- Malam
Hari: Cahaya gelap menyebabkan resistansi LDR tinggi,
menghasilkan Vin < Vref. Output komparator U2:A menjadi Logika
Rendah (LOW).
B. Pengaruh Logika Malam Hari
Sinyal Logika Rendah (Malam Hari)
memiliki dua peran penting:
- Menonaktifkan
Pengisian Tangki: Sinyal ini disalurkan ke Gerbang Logika yang
mengontrol Pompa Air Sumur untuk memastikan pompa tidak hidup pada malam
hari.
- Reset Counter: Sinyal Malam Hari (LOW) disalurkan ke Gerbang U5:A, yang kemudian ke pin MR (Master Reset/Clear) pada IC Counter (U3 - 74193). Ini memastikan bahwa setiap malam, penghitung siklus penyiraman di-reset kembali ke Angka 0 pada tampilan 7-Segment (U7), memulai siklus penghitungan dari awal untuk keesokan harinya.
2. Modul Kontrol Pengisian Tangki
(Pompa Air Sumur)
Modul ini menjamin ketersediaan air
di tangki hanya pada waktu yang diizinkan.
A. Kondisi Pengaktifan
Pompa Air Sumur (digambarkan
dikontrol oleh transistor Q4 dan relay RL1) hanya akan aktif jika kedua kondisi
berikut terpenuhi secara simultan (fungsi Gerbang AND):
- Tangki
Habis: Sensor Ketinggian Air menghasilkan Logika 1.
- Siang
Hari: Output Komparator Cahaya yang sudah diolah logikanya
menunjukkan BUKAN Malam (Siang).
B. Proses Logika
- Sinyal
"Tangki Habis" (Logika 1) disalurkan ke salah satu input Gerbang
U1:C (NAND).
- Sinyal
"Siang/Malam" dari U2:A dilewatkan melalui Inverter U4:A terlebih
dahulu. Tujuannya adalah membalik logika: Logika HIGH (Siang) menjadi
LOW, dan Logika LOW (Malam) menjadi HIGH.
- Output
dari kedua kondisi tersebut diolah oleh gerbang logika untuk menghasilkan
sinyal yang menggerakkan basis transistor Q4, yang kemudian mengaktifkan
relay RL1 untuk menyalakan Pompa Air Sumur. Logika ini secara efektif
memastikan bahwa pengisian hanya terjadi saat air habis DAN saat
Siang Hari.
3. Modul Kontrol Penyiraman dan
Batasan Siklus
Modul ini adalah inti dari kontrol
irigasi, menentukan kapan penyiraman terjadi dan membatasi frekuensinya.
A. Deteksi Kekeringan Tanah
Sensor Kelembaban Tanah menghasilkan
tegangan analog yang berbanding terbalik dengan kelembaban. Tegangan ini
dibandingkan dengan Vref oleh Komparator U1:A (LM358).
- Tanah
Kering: Kelembaban rendah menghasilkan Vin < Vref. Output
komparator U1:A menjadi Logika HIGH (1).
- Sinyal
Logika 1 (Tanah Kering) ini menjadi salah satu pemicu utama untuk
mengaktifkan Pompa Penyiram.
B. Pengaturan Batas Siklus
Penyiraman
- Counter
(U3 - 74193): IC ini berfungsi sebagai pencacah naik (Up Counter). Ia
menerima sinyal clock setiap kali kondisi penyiraman terpenuhi (tanah
kering, bukan malam).
- Decoder
(U6 - 7447): Mengubah data BCD dari 74193 menjadi sinyal yang sesuai
untuk ditampilkan pada 7-Segment Display (U7), menunjukkan berapa
kali penyiraman telah terjadi.
- Logika
Penghentian: IC 74193 akan terus menghitung selama penyiraman terjadi
(misalnya 0, 1, 2). Ketika mencapai Angka 3 (ditentukan oleh
output Q0 dan Q1 yang menghasilkan Logika 1 pada
Gerbang U5:B), Gerbang Logika ini akan menghasilkan sinyal yang menonaktifkan (disable)
Pompa Penyiram Tanaman.
- Pompa
Penyiram Tanaman (dikontrol oleh Q2 dan relay RL4) hanya aktif jika:
- Tanah
Kering (Logika 1) DAN
- BUKAN
Malam Hari DAN
- Counter
Belum Mencapai Angka 3 (Logika Penghalang dari U5:B adalah LOW/0).
PROSEDUR
Sistem ini memiliki tiga
sensor utama:
- Sensor
Ketinggian Air (Mendeteksi tangki habis).
- Sensor
Cahaya (LDR) (Mendeteksi Siang/Malam).
- Sensor
Kelembaban Tanah (Mendeteksi tanah kering).
Kami akan membagi prosedur ini
menjadi beberapa modul utama.
1. Modul Sensor dan Komparator (IC
LM358)
Modul ini bertanggung jawab
mengubah sinyal analog dari sensor kelembaban dan cahaya menjadi sinyal digital
(logika 0 atau 1) yang dapat diproses oleh IC digital.
A. Sensor Cahaya (LDR) dan Deteksi
Siang/Malam
- Pasang
LDR sebagai pembagi tegangan bersama sebuah resistor tetap.
- Hubungkan
tegangan dari pembagi tegangan ini ke salah satu masukan IC LM358 (Op-Amp
Komparator).
- Hubungkan
tegangan referensi (Vref) ke masukan Op-Amp yang lain. Vref ini
menentukan ambang batas antara 'Siang' dan 'Malam'.
- Output
Op-Amp akan berlogika '1' (HIGH) jika intensitas cahaya di atas Vref (Siang)
dan '0' (LOW) jika di bawah Vref (Malam).
B. Sensor Kelembaban Tanah
- Pasang
Sensor Kelembaban Tanah. Sensor ini biasanya mengeluarkan tegangan analog
yang berbanding lurus dengan kelembaban (atau menggunakan modul yang sudah
memiliki komparator).
- Jika
sensor yang digunakan hanya berupa probe (analog), hubungkan tegangan
keluarannya ke salah satu masukan IC LM358.
- Hubungkan
tegangan referensi (Vref) yang mewakili batas kelembaban 30% ke
masukan Op-Amp yang lain.
- Output
Op-Amp akan berlogika '1' (HIGH) jika kelembaban di bawah 30% (Tanah
Kering) dan '0' (LOW) jika di atas 30% (Tanah Lembab).
2. Modul Kontrol Pompa Air Sumur
Modul ini mengontrol Pompa Air
Sumur berdasarkan dua kondisi: Tangki Air Habis dan Malam Hari.
A. Deteksi Tangki Air Habis
- Gunakan
sensor ketinggian air (seperti elektroda) yang berlogika '1' ketika air
habis.
- Sinyal
ini (Logika 1 = Tangki Habis) akan menjadi masukan.
B. Gerbang Logika Kontrol Pompa
Sumur
- Pompa
Sumur harus HIDUP jika Tangki Air Habis DAN BUKAN
Malam Hari (yaitu Siang Hari).
- Gunakan IC
Inverter pada output Sensor Cahaya agar Malam = 0 menjadi BUKAN
Malam = 1 (Siang).
- Gunakan IC
Gerbang AND dengan dua masukan:
- Masukan
1: Sinyal Tangki Air Habis (Logika 1).
- Masukan
2: Sinyal BUKAN Malam (Output Inverter).
- Output
Gerbang AND akan menggerakkan sebuah Relay (melalui
transistor) untuk menyalakan Pompa Air Sumur.
3. Modul Pewaktu dan Pencacah (IC
74193 & 7447)
Modul ini berfungsi sebagai
penghitung siklus penyiraman/kelembaban tanah dan ditampilkan pada 7-Segment.
A. Pewaktu (Counter)
- Gunakan IC
74193 (Pencacah BCD Naik/Turun) sebagai pencacah mundur.
- Sinyal
pemicu (Clock) didapat dari sebuah Oscillator (misalnya NE555,
meskipun tidak disebutkan, namun dibutuhkan untuk fungsi pewaktu) yang
dihubungkan ke masukan COUNT UP pada 74193.
- Output
dari IC 74193 (Q0, Q1, Q2, Q3) akan menjadi masukan BCD.
- Kondisi
Reset: Pencacah harus di-reset (clear) ke '0' ketika Malam Hari.
Gunakan IC Gerbang NAND (atau AND, tergantung implementasi) yang
mengontrol pin Clear (MR) pada 74193, dipicu oleh sinyal Malam
Hari.
- Kondisi
Berhenti: Pencacah akan berhenti (disable clock) ketika mencapai
angka 3 (atau sesuai desain, untuk membatasi penyiraman). Logika ini perlu
dibuat menggunakan IC Gerbang AND/NAND yang mendeteksi output
BCD '3' (Q0=1, Q1=1, Q2=0, Q3=0).
B. Tampilan 7-Segment
- Hubungkan
output BCD (Q0, Q1, Q2, Q3) dari IC 74193 ke masukan BCD
pada IC 7447 (Decoder BCD ke 7-Segment).
- Hubungkan
output dari IC 7447 ke 7-Segment Display Common Anode melalui
resistor pembatas arus.
4. Modul Kontrol Pompa Penyiram
Tanaman
Modul ini mengontrol Pompa Penyiram
Tanaman.
A. Gerbang Logika Kontrol Pompa
Penyiram
- Pompa
Penyiram harus AKTIF jika:
- Tanah
Kering (Output Op-Amp Kelembaban = 1) DAN
- BUKAN
Malam Hari (Output Inverter Sensor Cahaya = 1) DAN
- Pencacah
Belum Berhenti (Pencacah = 3, Logika pencacah dihubungkan
ke Gerbang AND).
- Gunakan IC
Gerbang AND dengan tiga masukan (atau dua Gerbang AND yang
dihubungkan seri):
- Masukan
1: Sinyal Tanah Kering.
- Masukan
2: Sinyal BUKAN Malam.
- Masukan
3: Sinyal Pencacah Aktif (Logika =3).
- Output
Gerbang AND ini akan menggerakkan sebuah Relay (melalui
transistor) untuk menyalakan Pompa Penyiram Tanaman.
5. Catu Daya
- Rancang
catu daya teregulasi +5V DC untuk menyuplai semua IC
Digital (74193, 7447, Gerbang Logika).
- Rancang
catu daya terpisah (misalnya ±12V atau +5V)
untuk IC LM358.
- Pastikan
semua VCC (Power) dan GND (Ground) pada setiap IC
terhubung dengan benar.
MODUL 4 SISTEM DIGITAL
MODUL 4
KONTROL PENYIRAM TANAMAN
Kebutuhan akan sistem penyiraman tanaman yang efisien dan otomatis semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi dan kesadaran masyarakat terhadap pentingnya efisiensi air serta perawatan tanaman yang berkelanjutan. Pada umumnya, proses penyiraman tanaman masih dilakukan secara manual oleh manusia, yang sering kali tidak teratur baik dari segi waktu maupun jumlah air yang digunakan. Hal ini dapat menyebabkan tanaman menjadi terlalu kering atau justru terlalu basah, sehingga pertumbuhannya tidak optimal.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, diperlukan sebuah sistem kontrol penyiraman tanaman otomatis yang mampu bekerja secara mandiri dengan memanfaatkan berbagai sensor. Sistem ini menggunakan sensor soil moisture (sensor kelembaban tanah) untuk mendeteksi kondisi kelembaban tanah. Apabila tanah terdeteksi kering, maka sistem akan mengaktifkan pompa air untuk menyiram tanaman, dan pompa akan berhenti ketika kelembaban sudah mencapai batas tertentu.
Selain itu, sistem juga dilengkapi sensor water level (sensor water tank) yang berfungsi untuk memantau ketinggian air dalam tangki. Dengan adanya sensor ini, pengisian air tangki dapat dilakukan secara otomatis ketika volume air berkurang, sehingga pasokan air untuk penyiraman selalu terjaga tanpa perlu pengisian manual.
S ementara itu, sensor LDR (Light Dependent Resistor) digunakan untuk mendeteksi kondisi cahaya di sekitar sistem. Sensor ini berfungsi untuk menonaktifkan pompa air saat malam hari agar penyiraman hanya dilakukan pada siang hari ketika intensitas cahaya cukup tinggi dan proses fotosintesis tanaman berlangsung optimal.
Dengan menggabungkan ketiga sensor tersebut, sistem ini mampu mengatur penyiraman tanaman secara otomatis, efisien, dan cerdas. Selain meminimalisir pemborosan air, sistem ini juga mengurangi ketergantungan terhadap tenaga manusia serta menjaga tanaman tetap dalam kondisi ideal untuk tumbuh dengan baik.
1. Mengatur pengisian air tangki secara otomatis menggunakan sensor water tank.
2. Mendeteksi siang dan malam dengan sensor LDR untuk menonaktifkan pompa saat malam hari.
3. Mengukur kelembaban tanah menggunakan sensor soil untuk menyiram tanaman saat tanah kering.
Alat :
1. 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
2. Ampermeter
Ampermeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besar arus listrik (I) yang mengalir pada suatu rangkaian. Satuan yang digunakan adalah Ampere (A), sesuai dengan hukum Ohm dan konsep dasar arus listrik.
Agar pembacaan akurat, ampermeter harus disusun secara seri dengan beban sehingga seluruh arus yang mengalir ke beban juga melewati ampermeter.
Spesifikasi:
| Fungsi utama | Mengukur kuat arus listrik dalam satuan Ampere (A). |
| Jenis arus yang diukur | Arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) — tergantung tipe alat. |
| Skala pengukuran | Umumnya dari µA (mikroampere), mA (miliampere), hingga A (ampere). Misalnya: 0–1 A, 0–5 A, 0–10 A, dll. |
| Tegangan jatuh (burden voltage) | Harus kecil (biasanya < 0,2 V) agar tidak mengganggu rangkaian. |
| Tahanan dalam (internal resistance) | Sangat kecil (mendekati nol), umumnya beberapa mΩ (mili-ohm) sampai beberapa Ω tergantung jenisnya. |
| Tingkat ketelitian (accuracy class) | Umumnya antara ±0,5% hingga ±2% dari pembacaan penuh skala (full scale). |
| Jenis tampilan | Analog (jarum) atau digital (tampilan LCD/LED). |
| Sumber daya (untuk digital) | Biasanya menggunakan baterai 9 V atau catu daya eksternal 5–12 V DC. |
| Kisaran suhu operasi | Biasanya 0 °C – 50 °C (tergantung merek dan tipe). |
| Frekuensi kerja (untuk AC meter) | 45 Hz – 65 Hz (standar daya listrik AC). |
3. Lem Tembak
4. Gerndra
5. Pembuka/Pemasang Baut
Bahan :
1. Sensor Water Tank
2. Soil Moisture Sensor
3. LDR Sensor
4. 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
.jpeg)
5. IC 7404
Pin Out :
Spesifikasi :
6. Transistor NPN 2n2222
Pin Out :
Spesifikasi :
7. IC 7408 ( Gerbang And)
Pin Out :
Pin 14 → VCC (tegangan catu +5V)
Pin 7 → GND (0 V)
Pin 1 & 2 → Input A & B dari Gate 1; Pin 3 → Output Y dari Gate 1
Pin 4 & 5 → Input A & B dari Gate 2; Pin 6 → Output Y dari Gate 2
Pin 10 & 9 → Input A & B dari Gate 3; Pin 8 → Output Y dari Gate 3
Pin 13 & 12 → Input A & B dari Gate 4; Pin 11 → Output Y dari Gate 4
Spesifikasi:
Tegangan catu (VCC) yang direkomendasikan: 4,75 V hingga 5,25 V (standar ≈ +5 V)
Tegangan catu absolut maksimum: ±7 V (jangan digunakan terus-menerus pada batas ini)
Tegangan input untuk logika HIGH (VIH): minimum ~2 V
Tegangan input untuk logika LOW (VIL): maksimum ~0,8 V
Arus output ketika output LOW (IOL): ~16 mA (maks)
Arus output ketika output HIGH (IOH): ~-0,8 mA (maks)
Waktu propagasi (delay) dari input ke output: misalnya ~10-30 ns tergantung kondisi dan varian.
Rentang suhu operasi untuk tipe DM7408: 0 °C hingga +70 °C; untuk varian DM5408: -55 °C hingga +125 °C
8. IC 7400 (Gerbang Nand)
Tegangan catu rekomendasi (VCC): 4.75 V hingga 5.25 V (tekanan: sekitar +5 V)
Tegangan input HIGH (VIH) minimal ≈ 2.0 V
Tegangan input LOW (VIL) maksimal ≈ 0.8 V
Arus output: ketika LOW (IOL) dapat mencapai ~16 mA (maks)
Arus output ketika HIGH (IOH) sangat kecil atau negatif (karena sumber kecil) misalnya ~–0.4 mA (maks)
Waktu propagasi (delay) tergantung versi — misalnya generasi TTL standar ~10-50 ns untuk kondisi tertentu.
Rentang temperatur operasi untuk versi standar: 0 °C hingga +70 °C (untuk tipe SN7400)
Tegangan maksimum absolut: Supply hingga ~7 V, input hingga ~5.5 V (untuk kondisi “absolute maximum ratings”)
9. IC LM358
Pin Out:
Spesifikasi:
Pin Out :
Spesifikasi :
12. Relay 5 V
Pin Out :
Spesifikasi :
 |
Spesifikasi :
Tegangan keluaran (Output Voltage): 5 Volt DC
Arus keluaran (Output Current): 1 A – 2 A (umumnya 1000 mA – 2000 mA)
Tegangan masukan (Input Voltage): 100 – 240 Volt AC, 50/60 Hz
Daya keluaran (Output Power): ±5 – 10 Watt
Jenis konektor: Port USB tipe A atau kabel tetap (micro USB / USB Type-C)
Polaritas output: Positif di bagian dalam konektor, negatif di bagian luar (standar DC)
Efisiensi: ≥ 80%
Perlindungan: Overload, overvoltage, dan short circuit protection
14. Potensiometer 100k
15. Bread Bord
16. Sevent Segment
Pin Out :
18. Besi Panjang Berongga
19. Triplex
20. Air
22.Selang Mili meter
Water Level Fload Sensor
Water level float sensor atau sensor pelampung air adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian atau volume air di dalam suatu wadah, seperti tangki, sumur, atau reservoir. Prinsip kerjanya didasarkan pada gaya apung (Archimedes), di mana pelampung akan naik atau turun mengikuti permukaan air. Perubahan posisi pelampung ini digunakan untuk mengaktifkan atau menonaktifkan saklar listrik (switch) yang ada di dalam sensor.
Sensor ini sering digunakan dalam sistem otomatisasi pengisian atau pembuangan air, seperti:
-
Tangki air rumah tangga,
-
Sistem irigasi otomatis,
-
Pengendali banjir miniatur,
-
Rangkaian kontrol penyiram tanaman otomatis, dan lain-lain.
Float sensor bekerja berdasarkan perubahan posisi pelampung akibat naik turunnya permukaan air.
Di dalam sensor terdapat pelampung (float) yang berisi magnet, serta reed switch (saklar magnetik) yang tertanam di tabung atau pipa sensor.
Ketika air naik dan pelampung mendekati reed switch, medan magnet dari pelampung akan menutup kontak saklar, sehingga mengubah kondisi output dari OPEN ke CLOSE atau sebaliknya.
Kondisi ini bisa diterjemahkan oleh sistem mikrokontroler (misalnya Arduino) sebagai logika HIGH atau LOW.
Jika pelampung naik (air penuh) → saklar tertutup → output LOW → pompa berhenti.
Jika pelampung turun (air habis) → saklar terbuka → output HIGH → pompa aktif untuk mengisi tangki.
Soil Mosture Sensor
Soil moisture sensor atau sensor kelembaban tanah adalah alat elektronik yang digunakan untuk mengukur kadar air (kelembaban) yang terkandung di dalam tanah. Sensor ini banyak digunakan dalam bidang pertanian cerdas (smart farming), otomasi penyiraman tanaman, serta penelitian tanah dan lingkungan, karena mampu memberikan informasi seberapa basah atau kering tanah tersebut.
Dalam sistem otomatisasi, nilai kelembaban tanah digunakan sebagai dasar pengendalian pompa air atau sistem irigasi, sehingga penyiraman hanya dilakukan ketika tanah benar-benar kering, dan berhenti ketika kelembaban tanah sudah cukup.
Sensor kelembaban tanah bekerja berdasarkan konduktivitas listrik tanah — yaitu kemampuan tanah menghantarkan arus listrik.
Tanah yang lembab mengandung banyak air, sehingga daya hantar listriknya tinggi (resistansinya rendah).
Sebaliknya, tanah yang kering memiliki daya hantar listrik rendah (resistansinya tinggi) karena air yang bersifat konduktor berkurang.
Sensor ini biasanya terdiri dari dua elektroda logam (probe) yang dimasukkan ke dalam tanah. Ketika tegangan diberikan di antara kedua probe tersebut, arus listrik yang mengalir tergantung pada kadar air tanah. Sinyal listrik ini kemudian diubah menjadi tegangan analog (0–5 V) yang mewakili tingkat kelembaban.
Tanah basah → resistansi kecil → tegangan output rendah
Tanah kering → resistansi besar → tegangan output tinggi
LDR Sensor
LDR (Light Dependent Resistor) atau fotoresistor adalah salah satu jenis sensor cahaya yang nilai resistansinya berubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterimanya.
-
Ketika cahaya terang (siang hari) → resistansi LDR menurun.
-
Ketika gelap (malam hari) → resistansi LDR meningkat.
Prinsip kerja LDR didasarkan pada efek fotokonduktivitas — yaitu kemampuan material semikonduktor untuk mengubah resistansi listriknya saat terkena cahaya.
-
Saat terkena cahaya:
Foton dari cahaya memberikan energi kepada elektron di dalam bahan semikonduktor (biasanya kadmium sulfida, CdS), sehingga elektron bebas berpindah dari pita valensi ke pita konduksi.
Akibatnya, jumlah elektron konduksi meningkat, dan resistansi turun drastis. -
Saat gelap:
Tidak ada energi foton yang cukup untuk menggerakkan elektron ke pita konduksi, sehingga resistansi menjadi sangat tinggi (puluhan kilo-ohm hingga mega-ohm).
Relay
.jpg)
Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.
Kapasitas Pengalihan Maksimum:
Motor DC
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu
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%.
Transistor
Transistor NPN adalah salah satu jenis transistor Bipolar Junction Transistor (BJT) yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor — yaitu N, P, dan N. Transistor ini memiliki tiga terminal utama, yaitu:
-
Basis (B) – terminal pengendali,
-
Emitor (E) – terminal pengeluar arus,
-
Kolektor (C) – terminal penerima arus.
Transistor NPN berfungsi sebagai penguat (amplifier) maupun saklar (switch) dalam rangkaian elektronik.
Dalam sistem kontrol otomatis seperti penyiraman tanaman, transistor sering digunakan sebagai driver untuk mengendalikan pompa air, relay, atau LED berdasarkan sinyal dari sensor.
Transistor NPN tersusun dari dua lapisan semikonduktor tipe N yang dipisahkan oleh satu lapisan P (sebagai basis).
Arah panah pada simbol transistor NPN menunjukkan aliran arus dari emitor ke luar (arah arus konvensional).
Transistor NPN bekerja berdasarkan arus kecil di basis (IB) yang mengontrol arus besar antara kolektor dan emitor (IC).
🔹 Kondisi Kerja:
-
Transistor Cut-off (OFF)
-
Tegangan basis–emitor
-
Tidak ada arus basis → transistor tidak menghantarkan → arus kolektor ≈ 0
-
Transistor berfungsi sebagai saklar terbuka (OFF)
-
-
Transistor Aktif (Amplifier Region)
-
Tegangan basis–emitor
-
Arus basis kecil menghasilkan arus kolektor besar
-
Berlaku hubungan:
di mana adalah penguatan arus (current gain), biasanya antara 100–300.
-
-
Transistor Jenuh (ON)
-
Tegangan basis–emitor cukup besar (≥ 0.7V)
-
Transistor menghantarkan penuh → arus kolektor maksimum
-
Transistor berfungsi sebagai saklar tertutup (ON)
-
4. Persamaan Dasar Transistor NPN
di mana:
-
= arus emitor,
-
= arus kolektor,
-
= arus basis,
-
= penguatan arus transistor.
5. Fungsi Transistor NPN dalam Rangkaian
-
Sebagai Saklar (Switch)
Transistor digunakan untuk menghidupkan atau mematikan beban, seperti motor DC, relay, atau pompa air.-
Saat basis mendapat sinyal (HIGH) → transistor ON, arus mengalir dari kolektor ke emitor → beban aktif.
-
Saat basis tidak mendapat sinyal → transistor OFF, beban mati.
-
-
Sebagai Penguat Sinyal (Amplifier)
Transistor memperkuat arus atau tegangan sinyal kecil menjadi lebih besar.
Contoh: dalam rangkaian sensor analog. -
Sebagai Driver atau Interface Mikrokontroler
Digunakan untuk menghubungkan perangkat dengan arus besar (seperti relay/pompa) ke sistem kontrol seperti Arduino atau IC komparator.
OP AMP Komparator
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.
Kedua rangkaian Op-Amp pada gambar, baik yang terhubung ke Sensor cahaya maupun ke Sensor kelembaban tanah, beroperasi sebagai komparator tegangan.
Cara Kerja
Komparator adalah rangkaian Op-Amp yang membandingkan dua tegangan input dan menghasilkan output yang bergantung pada input mana yang lebih besar.
Jika tegangan input non-pembalik ($V_+$) lebih besar dari tegangan input pembalik ($V_-$), output Op-Amp akan menjadi tinggi (mendekati $V_{cc}$ atau logika 1).
Jika tegangan input non-pembalik ($V_+$) lebih kecil dari tegangan input pembalik ($V_-$), output Op-Amp akan menjadi rendah (mendekati $V_{ee}$ atau logika 0).
Rangkaian Sensor Cahaya
Op-Amp ini membandingkan tegangan dari Sensor Cahaya (LDR) (yang terhubung ke salah satu input) dengan tegangan referensi $V_{Ref}$ (yang terhubung ke input lainnya).
Output-nya digunakan untuk mengontrol logika waktu siang/malam.
Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah
Op-Amp ini membandingkan tegangan dari Sensor Kelembaban Tanah dengan tegangan referensi $V_{Ref}$.
Output-nya digunakan untuk mengaktifkan/menonaktifkan Pompa penyiram tanaman.
Gerbang AND
 Gambar Rangkaian Dasar dan Simbol Gerbang AN | |||
| Tabel Kebenaran Gerbang AND |
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Gerbang AND merupakan gerbang logika yang menggunakan operasi perkalian. Bisa dilihat pada tabel 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.
Gerbang Inverter
Gambar Rangkaian Sederhana dan Simbol Inverter
Tabel Kebenaran Inverter
A |
|
| |
0 | 1 | ||
1 | 0 |
Gerbang NOT merupakan gerbang yang di mana keluarannya akan selalu berlawanan dengan masukannya.
Gerbang NAND
A | B | Y |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
74193
Dalam logika dan komputasi digital, rangkaian yang dirancang secara berurutan untuk menghitung pulsa disebut penghitung. IC penghitung ini terdiri dari Flip-Flop (FF) dengan sinyal CLK yang terhubung, yang menunjukkan penggunaan utama FF. Ini direkayasa sebagai sirkuit terpadu (IC) individu untuk penggunaan yang luas dalam sistem digital dan dalam IC yang lebih ekspansif. Salah satu IC integral yang dikenal luas karena kemampuan penghitungan Naik/Turunnya adalah IC 74193. Berbagai penghitung ada, seperti penghitung Johnson , riak atau asinkron , penghitung sinkron , dekade, cincin, dan penghitung Naik/Turun. Artikel teknologi baru ini menyelidiki satu jenis spesifik – penghitung Naik/Turun , mengeksplorasi rangkaian, operasi, aplikasinya, dan bagaimana IC 74193 cocok dengan lanskap ini.
Pencacah Naik/Turun, sering disebut pencacah dua arah , dapat menghitung ke berbagai arah, tergantung pada status pin kontrol inputnya. Pencacah ini digunakan dalam berbagai aplikasi – ada yang bertambah dari nol, memicu pergeseran output setelah nilai yang ditentukan tercapai. Sebaliknya, ada pula yang berkurang dari angka tertentu ke nol, yang menyebabkan perubahan status output. Model pencacah tertentu, seperti TTL 74LS190 dan 74LS191 , dapat beroperasi dalam mode hitung naik dan turun, bergantung pada status pin input mode naik/turunnya.
4-bit naik/penghitung
Penghitung turun 4-bit, dengan setiap pulsa jam, menghitung secara berurutan, menghasilkan keluaran yang menghitung dari 0 (0000) hingga 15 (1111)
Penghitung Naik/Turun menggunakan IC 74193
Penghitung naik/turun menggunakan IC74193 digambarkan sebagai berikut: Skema menunjukkan bahwa Vcc terhubung ke pin-16 sementara pin-pin kosong terhubung ke ground. Sinyal input disalurkan melalui pin 15, 10, 1, dan 9, yang masing-masing diberi nama PA, PB, PC, dan PD. Sementara itu, pin output diberi label 3, 2, 6, dan 7, yang masing-masing mewakili QA, QB, QC, dan QD. Pin input inverter terhubung ke pin12 (carry), dan outputnya terhubung ke beban IC atau pin11.
Penghitung Naik Turun menggunakan IC 74193
Dalam diagram rangkaian, pin5 terhubung ke clock naik, sementara pin4 terhubung ke clock turun. Mengaktifkan pin4 ke kondisi tinggi menyebabkan penghitung naik/turun beroperasi dalam mode turun. Sebaliknya, ketika pin5 mencapai kondisi tinggi, penghitung beralih ke mode naik. Dengan demikian, IC 74193 ini berfungsi sebagai penghitung MOD Naik/Turun N.
Timing Diagram
Truth Table
7447
IC 7447 dirancang untuk menerjemahkan data Binary-Coded Decimal (BCD) ke dalam format yang sesuai untuk tampilan 7-segmen , yang secara efektif menampilkan nilai numerik antara 0 dan 9. Dalam praktiknya, komponen semikonduktor ini menyerap informasi BCD dan memformatnya kembali menjadi tujuh segmen, yang divisualisasikan sebagai bilangan bulat dari 0 hingga 9 pada tampilan digital.
IC 7447 termasuk dalam seri komponen logika 74xx , yang umum ditemukan pada perangkat seperti kalkulator, sistem penghitungan digital, alat pencatat waktu, dan instrumen pengukuran data lainnya. Chip ini bukan sekadar dekoder tampilan BCD (Binary-Coded Decimal) ke 7-segmen, tetapi juga memiliki keluaran kolektor terbuka 15V. Chip ini dikemas dalam konfigurasi dual-in-line 14-pin untuk distribusi yang luas.
Mengenai fungsionalitas, IC 7447 mengubah input Desimal Berkode Biner menjadi format yang mudah ditampilkan, cocok untuk pembacaan digital 7-segmen yang menampilkan angka dari 0 hingga 9. BCD adalah skema pengkodean unik dengan urutan biner empat bit yang berbeda yang mewakili setiap digit numerik.
Cara Kerja IC 7447
Rangkaian driver adalah mekanisme logika kombinasional khusus yang menerjemahkan beberapa jalur masukan menjadi jalur keluaran yang sesuai. Dalam konteks dekoder BCD-ke-7-segmen seperti IC 7447, konversi melibatkan penerjemahan data Desimal Berkode Biner (BCD) ke representasi desimal yang setara. Arsitektur dan fungsionalitas chip khusus ini sangat bergantung pada prinsip-prinsip aljabar Boolean dan gerbang logika.
Sistem tampilan 7-segmen menggabungkan empat saluran masukan dan diperluas menjadi tujuh saluran keluaran. Sebuah dekoder khusus mengubah informasi BCD menjadi format yang sesuai untuk tampilan 7-segmen. Chip IC 7447 dirancang untuk menerima dan memproses masukan BCD yang sesuai dengan kode tampilan 7-segmen, dan dapat menghasilkan data numerik dan karakter. Mengingat komplemen data BCD dihasilkan secara internal, tidak diperlukan pengkodean atau pemrograman tambahan.
Sirkuit terpadu 74xx47 dirancang untuk mengendalikan layar 7-segmen dan secara khusus kompatibel dengan layar 7-segmen anoda umum, seperti model Kingbright SA03. Chip ini menerima masukan biner 4-bit yang diberi label DCBA, dengan D mewakili angka 8, C mewakili angka 4, B mewakili angka 2, dan A mewakili angka 1. Masukan 4-bit ini biasanya berasal dari mekanisme penghitungan biner.
Output tampilan hanya masuk akal ketika angka biner 4-bit DCBA berada dalam rentang 0000 (yang mewakili angka 0) hingga 1001 (atau angka 9). Representasi biner 4-bit ini umumnya dikenal sebagai Desimal Berkode Biner (BCD). Jika Anda memasukkan angka biner lebih besar dari 9 ke dalam chip, tampilan akan menghasilkan output yang tidak normal. Anda dapat memvalidasi hal ini dengan berinteraksi dengan tabel kebenaran chip.
Pengaturan dasar IC 7447
Hubungkan Vcc (Pin 16), LT (Pin 3), BI/RBO (Pin 4), dan RBI (Pin 5) ke sumber daya 5V.
Hubungkan Gnd (Pin 8) ke saluran ground 0V.
Hubungkan input DCBA (Pin 1, 2, 6, dan 7) ke output DCBA yang sesuai dari penghitung Anda.
Terakhir, buat koneksi dari (Pin 9 hingga 15) ke segmen abcdefg pada tampilan 7-segmen anoda umum Anda.
Simbol ini menandakan fungsi 'Uji Lampu'. Ketika pin ini diatur ke tegangan rendah,
terlepas dari masukan DCBA. Untuk mempelajarinya, lihat tabel kebenaran di bawah ini.
semua segmen tampilan 7-segmen akan menyala,
Simbol ini mewakili 'Input Blanking'. Jika pin ini rendah, tampilan 7-segmen akan menonaktifkan semua segmen,
Untuk melihatnya dalam tindakan, lihat tabel kebenaran di bawah. terlepas dari nilai DCBA.
Sevent Segment
Seven segment merupakan bagian-bagian yang digunakan untuk menampilkan angka atau bilangan decimal. Seven segment tersebut terbagi menjadi 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segment ini terdiri dari 1 atau 2 LED (Light Emitting Dioda). Seven segment bisa menunjukan angka-angka desimal serta beberapa bentuk tertentu melalui gabungan aktif atau tidaknya LED penyususnan dalam seven segment.
Supaya memudahkan penggunaannnya biasanya memakai sebuah sebuah seven segment driver yang akan mengatur aktif atau tidaknya led-led dalam seven segment sesuai dengan inputan biner yang diberikan. Bentuk tampilan modern disusun sebagai metode 7 bagian atau dot matriks. Jenis tersebut sama dengan namanya, menggunakan sistem tujuh batang led yang dilapis membentuk angka 8 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Huruf yang dilihatkan dalam gambar itu ditetapkan untuk menandai bagian-bagian tersebut.
Dengan menyalakan beberapa segmen yang sesuai, akan dapat diperagakan digit-digit dari 0 sampai 9, dan juga bentuk huruf A sampai F (dimodifikasi). Sinyal input dari switches tidak dapat langsung dikirimkan ke peraga 7 bagian, sehingga harus menggunakan decoder BCD (Binary Code Decimal) ke 7 segmen sebagai antar muka. Decoder tersebut terbentuk dari pintu-pintu akal yang masukannya berbetuk digit BCD dan keluarannya berupa saluran-saluran untuk mengemudikan tampilan 7 segmen.
Tabel Pengaktifan Seven Segment Display
Langkah - Langkah Percobaan :
I. Persiapan Skema Rangkaian di Proteus
- Mulai
Proyek Baru: Buka Proteus ISIS dan buat proyek skema baru.
- Ambil
Komponen (Pick Devices): Cari dan masukkan semua komponen yang
diperlukan ke dalam lembar kerja, seperti:
- Sistem
Digital: (Jika U7, U6, dan U5 adalah IC logika diskrit, ambil yang
sesuai, U5, U6, U7 kemungkinan adalah IC Counter dan Decoder (misalnya
40110 atau 74HC4511 dan 74HC192).
- Op-Amp: (Misalnya
LM358, LM324, atau yang sesuai).
- Transistor: (Q1,
Q2, Q3, Q4, biasanya NPN seperti BC547).
- Sensor:
- LDR
(Sensor Cahaya): (Ambil LDR atau Photoresistor).
- Soil
Moisture Sensor: (Gunakan terminal atau sumber tegangan variabel
untuk mensimulasikan outputnya).
- Water
Tank / Sensor Ketinggian: (Gunakan probe atau saklar logika untuk
mensimulasikan Logika 1/0).
- Output: Motor/Pompa (Gunakan DC
Motor sebagai simulasi pompa), 7-Segment Display.
- Komponen
Pasif: Resistor (R), Kapasitor (C), Dioda (D).
- Hubungkan
Rangkaian: Sambungkan semua komponen sesuai dengan skema yang Anda
miliki. Pastikan semua pin Op-Amp, IC Logika (U5, U6, U7), transistor, dan
resistor terhubung dengan benar, termasuk sumber tegangan ($V_{cc}$/V+ dan
GND).
- Atur
Nilai Komponen: Atur nilai Resistor (R1, R2, dll.) dan tentukan nilai
Tegangan Referensi (Vref) menggunakan potensiometer atau sumber tegangan
tetap.
II. Langkah-Langkah Simulasi dan Pengujian
Setelah skema selesai, lakukan pengujian di Proteus dengan
langkah-langkah simulasi berikut:
A. Pengujian Logika Siang/Malam (Sensor Cahaya)
- Simulasikan
Malam Hari (Gelap):
- Prosedur: Atur
nilai LDR (simulasikan gelap) sehingga tegangan input Op-Amp pada Vs+ lebih
tinggi dari Vref.
- Observasi: Output
Op-Amp harus mengaktifkan sinyal reset ke IC counter/display (U5, U6,
U7). Perhatikan bahwa 7-Segment Display di-reset ke '0'. Pompa
penyiram juga harus nonaktif.
- Simulasikan
Siang Hari (Terang):
- Prosedur: Atur
nilai LDR (simulasikan terang) sehingga tegangan input Op-Amp pada Vs+ lebih
rendah dari Vref.
- Observasi: Output
Op-Amp harus melepaskan sinyal reset. 7-Segment Display harus
siap menghitung.
B. Pengujian Kontrol Pompa Sumur (Sensor Ketinggian Air)
- Simulasikan
Tangki Kosong (Logika 1):
- Prosedur: Atur
input dari sensor ketinggian air ke Logika 1 (Tinggi).
- Observasi: Transistor Q4 harus
aktif, dan Pompa Sumur (DC Motor) harus berputar.
- Simulasikan
Tangki Penuh (Logika 0):
- Prosedur: Atur
input dari sensor ketinggian air ke Logika 0 (Rendah).
- Observasi: Transistor Q4 harus
nonaktif, dan Pompa Sumur (DC Motor) harus berhenti.
C. Pengujian Kontrol Penyiraman (Sensor Kelembaban Tanah)
- Simulasikan
Tanah Kering (Kelembaban Rendah):
- Prosedur: Atur
input tegangan dari Sensor Kelembaban sehingga tegangan lebih
rendah dari Vref
- Observasi: Output
Op-Amp harus Logika 1. Cek apakah Transistor Q2 aktif,
dan Pompa Penyiram Tanaman (DC Motor) berputar.
- Tambahan: Perhatikan
bahwa pulsa aktivasi Pompa ini harus memicu IC Counter (U7),
sehingga angka pada 7-Segment Display bertambah 1 (misalnya
dari 0 menjadi 1).
- Simulasikan
Tanah Lembab (Kelembaban Memadai):
- Prosedur: Atur
input tegangan dari Sensor Kelembaban sehingga tegangan lebih
tinggi dari Vref
- Observasi: Output
Op-Amp harus Logika 0. Pompa Penyiram Tanaman (DC
Motor) harus berhenti.
- Uji
Batas Siklus:
- Prosedur: Ulangi
langkah C.1 hingga 7-Segment Display menunjukkan angka 3.
- Observasi: Pada
saat 7-Segment mencapai '3', logika AND (U5.B) harus mencegah
sinyal dari Op-Amp mengaktifkan Pompa Penyiram. Pompa Penyiram
Tanaman harus tetap MATI, meskipun input dari sensor kelembaban masih
menunjukkan tanah kering.
- Tambahan: Lakukan
simulasi malam hari (Langkah A.1) untuk memastikan
penghitung di-reset ke 0 setelah siklus batas tercapai
Langganan:
Komentar (Atom)
-
PRATIKUM SISTEM DIGITAL [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Tujuan 2. Alat dan Bahan 3. Dasar Teori 4. Percobaan Per...
-
[ menuju akhir ] [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan bahan 4. Dasar Teori 5. Percob... -
[ menuju akhir ] [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan bahan 4. Dasar Teori 5. Percob...
