Modul 4

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Kontrol Ladang

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Prosedur Percobaan

Percobaan ...

1. Prosedur Percobaan
2. Hardware
3. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
4. Flowchart
5. Video Demo
6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

Pada lahan pertanian, tanaman membutuhkan kondisi tanah yang tepat dan perlindungan dari gangguan hama agar dapat tumbuh dengan baik. Namun, pengecekan kondisi tanah dan menjaga ladang dari hama secara manual membutuhkan waktu dan tenaga. Karena itu, dibuatlah sebuah sistem kontrol ladang yang bekerja otomatis dengan bantuan sensor.

Dalam proyek ini digunakan sensor soil moisture untuk mengetahui tingkat kelembaban tanah. Jika tanah terlalu kering, sistem akan menyalakan motor atau pompa untuk mengalirkan air. Selain itu, digunakan juga sensor PIR untuk mendeteksi adanya gerakan hama di sekitar tanaman. Ketika sensor mendeteksi gerakan, sistem akan mengaktifkan pengusir hama seperti buzzer.

Dengan sistem ini, kondisi tanah dapat dipantau secara otomatis dan tanaman dapat terlindungi dari hama tanpa harus diawasi terus-menerus. Proyek ini membantu membuat kerja petani lebih mudah dan membuat pertumbuhan tanaman lebih optimal.

2. Tujuan[Kembali]

Tujuan dari pembuatan kontrol ladang ini adalah sebagai berikut.

1.     Mendeteksi kelembaban tanah secara otomatis menggunakan sensor soil moisture untuk mengetahui kondisi tanah.

2.     Mengusir hama secara otomatis dengan buzzer ketika ada gerakan terdeteksi menggunakan sensor PIR

3.     Meningkatkan produktivitas ladang melalui sistem kontrol yang lebih teratur dan responsif.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat

1. Breadboard

2. Adapter 12V

3. Multimeter

4. Kotak Plastik

5. Jumper 

Bahan

        1. Sensor Soil Moisture 

        2. Sensor PIR

            3. Resistor

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.

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 spesifikasi

        4. Potensiometer

Potensiometer mempunyai 3 terminal, yaitu terminal A, terminal B, dan wiper. Dimana prinsip kerjanya ketika terminal A dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kanan. Ketika terminal B dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kiri. Sedangkan ketika terminal A dan B dihubungkan maka pada potensiometer akan menunjukkan nilai resistansi maksimum. Nilai resistansi  ini akan selalu tetap dan merupakan nilai resistansi total dari potensiometer.

        5. Op-Amp tipe 393

LM393 adalah IC pembanding tegangan yang banyak digunakan, tersedia dalam paket Dip 8-pin, SO-8, dan lainnya. LM393 berisi dua penguat operasional pembanding presisi tinggi independen yang dapat ditenagai dari satu atau dua catu daya.

Rentang tegangan suplai yang lebar memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi. Chip ini membutuhkan arus operasi yang rendah, yang sangat cocok untuk peralatan portabel dan bertenaga baterai, dan sistem logika penggerak keluarannya dapat digunakan dalam sirkuit digital. LM393 memiliki arus keluaran maksimum 20 mA, cukup untuk menggerakkan transistor dan sistem logika.

Pin 1: Output 1, pin keluaran penguat operasional 1

Pin 2: Input pembalik 1, pin input pembalik dari op amp 1

Pin 3: Input non-pembalik 1, pin input non-pembalik op amp 1

Pin 4: GND, Ground Ini adalah pin ground IC dan perlu dihubungkan ke terminal negatif (-) dari tegangan suplai

Pin 5: Input pembalik 2, pin input non-pembalik dari op amp 2

Pin 6: Input non-pembalik 2, pin input pembalik op amp 2

Pin 7: Output 2, ini adalah pin output dari op amp 2

Cara kerja LM393

-       Perbandingan Tegangan: IC ini membandingkan tegangan pada pin input non-inverting (+) dan input inverting (−).

-       Output LOW: Ketika tegangan pada input non-inverting (+) lebih tinggi daripada tegangan pada input inverting (−), output akan menjadi LOW, yang berarti terhubung langsung ke ground (0V).

-       Output HIGH: Ketika tegangan pada input inverting (−) lebih tinggi daripada tegangan pada input non-inverting (+), output akan menjadi HIGH.

-       Open-Collector Output: LM393 memiliki output bertipe open-collector, yang berarti IC ini hanya dapat menarik sinyal ke ground (LOW) dan tidak dapat mendorongnya ke tegangan positif (HIGH).

         6. Transistor 2SD882

Transistor D882, juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

        7. Relay

Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme

Cara kerja:

Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul  sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.

        8. Buzzer

Buzzer adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai pengubah sinyal listrik menjadi suara. Komponen ini sering digunakan sebagai indikator bunyi pada berbagai alat elektronik, seperti alarm, timer, atau sistem peringatan.

Prinsip Kerja: Buzzer bekerja berdasarkan getaran membran logam tipis akibat adanya arus listrik. Saat tegangan diberikan, medan magnet di dalam buzzer berubah dan menyebabkan membran bergetar cepat sehingga menghasilkan suara.

Terdapat dua jenis utama buzzer:

Buzzer Aktif → Sudah memiliki rangkaian osilator di dalamnya. Cukup diberi tegangan DC (biasanya 5V) untuk menghasilkan bunyi.

Buzzer Pasif → Tidak memiliki osilator internal, sehingga memerlukan sinyal frekuensi AC atau PWM dari rangkaian eksternal untuk menghasilkan suara.

Kegunaan

- Indikator alarm atau peringatan.

- Penanda status sistem digital (contohnya output HIGH menghasilkan bunyi).

- Aplikasi mikrokontroler seperti Arduino untuk menghasilkan nada atau bunyi notifikasi.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

1. Rated Voltage : 12V 

2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 

3. DC Rated Current* : ≤30mA 

4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 

5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 

6. Tone : Continuous 

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

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

9. Weight : 2g 

*Value applying at rated voltage (DC)

        9. Buck Converter

4. Dasar Teori [Kembali]

a.     Soil moisture

Sensor Soil Moisture adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengukur kadar kelembapan tanah dengan mengubah besaran fisik kelembapan menjadi sinyal listrik. Sensor ini bekerja berdasarkan prinsip konduktivitas, yaitu perbedaan kemampuan tanah dalam menghantarkan arus listrik ketika kondisi tanah basah atau kering. Pada tanah basah, air dan mineral di dalamnya meningkatkan nilai konduktivitas sehingga resistansi menurun; sebaliknya, pada tanah kering resistansinya meningkat. Perubahan karakteristik ini kemudian dikonversi oleh rangkaian sensor menjadi tegangan keluaran yang dapat dibaca oleh mikrokontroler atau rangkaian kendali lainnya.

Sensor soil moisture umumnya terdiri dari dua probe logam yang berfungsi sebagai elektroda untuk mengukur resistansi tanah. Tegangan kerja sensor biasanya berada pada rentang 3V hingga 5V, sehingga dapat digunakan pada sistem berdaya rendah. Selain itu, sensor ini memiliki dua mode keluaran, yaitu analog sebagai representasi variasi kelembapan secara kontinu dan digital yang dapat disetel melalui modul komparator bawaan. Walaupun memiliki kemudahan penggunaan, sensor soil moisture juga memiliki keterbatasan seperti potensi korosi pada probe akibat kontak langsung dengan tanah, yang dapat memengaruhi akurasi jangka panjang. Oleh karena itu, beberapa versi sensor menggunakan teknologi kapasitif untuk mengurangi efek korosi dan meningkatkan stabilitas pengukuran.

Karakteristik Sensor Soil Moisture:

• Mengukur kelembapan tanah berdasarkan perubahan resistansi atau kapasitansi.
• Memiliki keluaran analog (0–5 V) dan digital tergantung modul sensor.
• Konsumsi arus rendah sehingga cocok untuk sistem portabel.
• Tegangan kerja 3–5 volt.
• Rentan terhadap korosi pada versi probe konduktif.
• Mudah diintegrasikan dengan rangkaian kendali dan mikrokontroler.

Grafik respon soil moisture

 

 

b.     Sensor PIR

Sensor PIR adalah sensor elektronik yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan makhluk hidup melalui pancaran radiasi infra merah (IR) yang dilepaskan oleh tubuh. PIR bekerja dengan mengukur perubahan radiasi panas yang masuk ke sensor ketika suatu objek bergerak di depan permukaan sensitifnya. Pada kondisi normal, sensor menerima radiasi IR dari lingkungan secara stabil. Ketika ada objek dengan suhu berbeda—misalnya manusia atau hewan—melintas, terjadi perubahan pola radiasi yang kemudian diubah menjadi sinyal listrik sebagai indikasi adanya gerakan.

Sensor PIR memiliki dua elemen piroelektrik yang disusun berlawanan guna mendeteksi perubahan radiasi secara dinamis. Ketika tidak ada gerakan, keluaran kedua elemen berada pada kondisi seimbang sehingga output stabil. Namun, ketika objek bergerak, distribusi panas berubah dan menghasilkan perbedaan sinyal pada kedua elemen tersebut. Perbedaan inilah yang kemudian diperkuat oleh rangkaian internal PIR dan menghasilkan sinyal output berupa level logika HIGH atau LOW.

Sensor PIR memiliki keunggulan berupa konsumsi daya yang rendah, jangkauan deteksi luas, dan tidak memerlukan pancaran sinyal aktif sehingga aman serta hemat energi. Sensor ini banyak digunakan pada sistem keamanan, lampu otomatis, dan perangkat pengusir hewan.

Karakteristik Sensor PIR:

·       Mendeteksi radiasi infra merah pasif dari tubuh makhluk hidup.

·       Memiliki jangkauan deteksi sekitar 5–7 meter.

·       Sudut deteksi berkisar 90°–120° tergantung lensa Fresnel.

·       Konsumsi arus sangat rendah (sekitar 50–70 µA).

·       Keluaran berupa sinyal digital (HIGH/LOW).

·       Tidak memerlukan sinyal pemancar karena bekerja secara pasif.

Grafik respon sensor PIR terhadap waktu

 

c.     Fixed Bias Transistor

Fixed bias pada transistor BJT adalah metode yang sangat sederhana di mana tegangan basis transistor ditetapkan oleh sumber tegangan eksternal melalui sebuah resistor basis (RB). Konfigurasi dasar rangkaian ini melibatkan tegangan suplai (VCC), resistor kolektor (RC), dan resistor basis yang terhubung ke sumber tegangan bias (VBB). Kelebihan dari metode ini adalah kesederhanaannya, namun kelemahannya adalah stabilitas yang rendah. Fixed bias sangat sensitif terhadap variasi parameter transistor seperti β (gain) dan perubahan suhu, sehingga titik kerja transistor dapat mudah bergeser.

 Gambar Rangkaian Fixed Bias

 

Rumus Untuk Rangkaian Fixed Bias

        d. Detektor inverting Vref = +

    Prinsip kerja detektor inverting yaitu ketika sinyal input diberikan pada terminal inverting (–) op-amp, maka output akan berubah dengan polaritas berlawanan terhadap sinyal masukan. Jika tegangan input lebih besar dari tegangan referensi pada terminal non-inverting (+), output akan menjadi negatif (−V_sat), sedangkan jika tegangan input lebih kecil, output berubah menjadi positif (+V_sat). Dengan demikian, detektor inverting bekerja dengan membalik fasa sinyal masukan dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan kondisi perbandingan antara tegangan input dan referensi.       

Rangkaian Detektor inverting Vref = +

Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output yang dihasilkan adalah

Kurva karakteristik I-O

 

 e. Voltage Follower / Voltage Buffer

      Rangkaian voltage buffer berfungsi untuk mengisolasi sinyal input dari beban, menggunakan tahap penguat dengan penguatan tegangan satu (unity gain), tanpa pembalikan fasa atau polaritas, dan bertindak sebagai rangkaian ideal dengan impedansi input sangat tinggi serta impedansi output sangat rendah. Dalam konfigurasi ini, tegangan keluar (vo) sama dengan tegangan masuk (vi), yaitu

 

    Gambar diatas menunjukkan bahwa satu sinyal input dapat dibagi ke dua output yang terpisah. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah beban pada salah satu output tidak memengaruhi output lainnya, karena masing-masing output telah dibuffer (diisolasi). Dengan kata lain, setiap output bekerja secara independen, sehingga tidak saling mengganggu meskipun terhubung ke beban yang berbeda

Penggunaan buffer amplifier

Bentuk Gelombang V input dan V output :