Kontrol Pakan Ikan Otomatis

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan
a) Prosedur
b) Hardware
c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
d) Flowchart
e) Video Demo
f) Download File

*Klik teks untuk menuju

MODUL 4

KONTROL PAKAN OTOMATIS

1. Pendahuluan [Kembali]

Pemberian pakan ikan merupakan kegiatan rutin yang penting untuk menjaga pertumbuhan dan kesehatan ikan. Namun, dalam praktiknya pemberian pakan masih sering dilakukan secara manual sehingga tidak terjadwal dengan baik, yang dapat menyebabkan ikan kekurangan atau kelebihan pakan dan berdampak pada kualitas air serta kesehatan ikan. Oleh karena itu, pada proyek ini dirancang sistem pakan ikan otomatis yang mampu memberikan pakan satu kali sehari dengan memanfaatkan sensor LDR untuk mendeteksi kondisi cahaya sebagai penentu waktu pemberian pakan, serta sensor IR untuk memastikan mekanisme pemberian pakan berjalan sesuai yang diinginkan. Dengan adanya sistem ini, diharapkan proses pemeliharaan ikan menjadi lebih mudah, terjadwal, dan efisien tanpa harus selalu dilakukan secara manual.

2. Tujuan [Kembali]

• Merancang dan merealisasikan alat pakan ikan otomatis yang mampu memberikan pakan satu
  kali dalam sehari tanpa dilakukan secara manual.
• Mengimplementasikan sensor LDR sebagai penentu waktu pemberian pakan berdasarkan kondisi cahaya lingkungan.
• Menggunakan sensor IR untuk memastikan mekanisme buka-tutup pakan berjalan sesuai dengan proses yang diinginkan.
• Menyediakan solusi yang praktis dan efisien untuk membantu pemilik ikan dalam kegiatan pemeliharaan sehari-hari.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

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:

3. Solder 

4. Lem Tembak 

Bahan :

1. Sensor LDR

LDR adalah sensor cahaya yang nilai resistansinya berubah berdasarkan intensitas cahaya di sekitarnya. Berfungsi untuk memberikan sinyal supaya motor bergerak saat mendeteksi perubahan kondisi dari gelap ke terang.

Prinsip kerja: 

Saat cahaya terang, maka resistansi LDR akan menurun dan arus akan meningkat sehingga motor dapat menyala.

Saat cahaya gelap, maka resistansi LDR meningkat dan arus akan menurun sehingga motor tidak dapat menyala.

2. Sensor Inframerah

Sensor Infrared (IR) adalah sensor yang bekerja menggunakan gelombang inframerah untuk mendeteksi objek atau jarak suatu benda. Sensor ini memancarkan sinyal cahaya inframerah melalui bagian pemancar (IR LED) kemudian menangkap pantulan cahaya tersebut melalui bagian penerima (photodiode atau phototransistor).

Prinsip kerja:

• IR LED memancarkan cahaya inframerah
• Cahaya mengenai objek atau permukaan
• Cahaya dipantulkan kembali
• Photodiode/phototransistor menerima pantulan
• Modul IR mengubah pantulan tersebut menjadi sinyal listrik
• Sinyal dikirim ke mikrokontroler untuk diproses

3. 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

4. Sevent Segment

Pin Out :

5. Kabel Jumper 

6. IC D Flip Flop

 7. IC 4511

8. IC 74192(Up/Down Decade Counter)

Konfigurasi PIN 74192:

 

9. LM 393

                                                  

LM393 merupakan IC komparator tegangan. Fungsinya membandingkan tegangan sensor dengan nilai acuan sehingga menghasilkan keluaran digital high/low.

10. Motor DC Gearbox Kuning

Gear motor adalah motor listrik yang dilengkapi dengan sistem roda gigi (gearbox) untuk mengatur kecepatan dan torsi putaran

3. Dasar Teori [Kembali]

1. Sensor LDR

Sensor LDR, atau Light Dependent Resistor (Resistor Tergantung Cahaya), bekerja berdasarkan prinsip fotokonduktivitas, di mana nilai resistansinya berubah-ubah secara signifikan tergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti Cadmium Sulfide (CdS). Ketika sensor LDR berada dalam kondisi gelap atau cahaya redup, elektron-elektron bebas yang dihasilkan oleh bahan semikonduktor relatif sedikit, sehingga LDR memiliki resistansi yang sangat tinggi (dapat mencapai hingga 10 M$\Omega$). Sebaliknya, ketika permukaan LDR terkena cahaya terang, energi foton dari cahaya akan membebaskan lebih banyak elektron pada material semikonduktor, sehingga meningkatkan konduktivitas listrik. Akibatnya, nilai resistansi LDR akan turun drastis (dapat menjadi sekecil 1 K$\Omega$ atau kurang), memungkinkan arus listrik mengalir lebih mudah. Perubahan resistansi ini kemudian dikonversi menjadi perubahan tegangan listrik untuk mendeteksi tingkat kegelapan atau kecerahan.

2. Sensor IR

Sensor Inframerah (IR) memanfaatkan sifat radiasi termal dan interaksi cahaya pada spektrum non-visibel. Semua objek di atas suhu nol absolut memancarkan radiasi inframerah, sesuai dengan Hukum Radiasi Benda Hitam. Sensor IR yang paling umum digunakan adalah jenis aktif, yang terdiri dari dua komponen utama: LED IR Pemancar dan Photodioda/Phototransistor Penerima. Pemancar mengeluarkan gelombang IR pada panjang gelombang spesifik. Ketika gelombang ini berinteraksi dengan suatu objek, sebagian energi radiasi akan dipantulkan (refleksi spekular atau difus) kembali ke lingkungan. Penerima IR, yang hanya sensitif terhadap panjang gelombang tersebut, mendeteksi intensitas radiasi pantulan. Intensitas sinyal yang ditangkap oleh penerima diubah menjadi arus listrik, dan sinyal listrik ini kemudian diolah untuk menentukan keberadaan objek atau jaraknya; semakin dekat objek dan semakin baik sifat reflektivitasnya, semakin tinggi intensitas sinar IR yang diterima dan semakin kuat sinyal output yang dihasilkan.

3. 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

  

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%.

5. Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

    Transistor Bipolar adalah salah satu jenis transistor yang terbentuk dari 2 dioda sehingga memiliki polaritas atau sisi positif dan sisi negatif. Biasanya transistor Bipolar atau disebut dengan BJT (Basis Junction Transistor) memiliki 2 jenis, diantaranya yaitu Transistor PNP dan Transistor NPN. Transistor ini memiliki 3 polaritas yang biasa disebut B (Basis), E (Emiter), C (Collector). Basis berfungsi sebagai base atau tempat berkumpulnya kumpulan aliran arus yang masuk ke transistor, Emiter dan Collector sebagai aliran arus masuk dan keluar.

Lambang Transistor BJT

Sudah jelas seperti gambar di atas bahwa transistor PNP memiliki simbol yang arah panahnya masuk dan sebaliknya untuk NPN arah panah dari emiter mengarah keluar.

Bentuk aliran arus pada sebuah transistor dapat dirumuskan dengan hukum KCL ( Kirchoff Current Law) Atau hukum Kirchoff I, yang dirumuskan sebagai berikut.

Ie = Ic + Ib  

Keterangan : 
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector
Ib = Arus Basis

Pada Transistor BJT nilai arus Ib relatif sangat kecil terhadap Ic, maka Ib ini dapat diabaikan. Sehingga persamaan diatas bisa berubah menjadi

Ie = Ic

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector

Karakteristik input merupakan karakteristik dari tegangan base dan emitter (VBE) sebagai fungsi arus base (IB) dengan VCE dalam keadaan konstan. Karakteristik ini merupakan karakteristik dari junction emitter-base dengan forward bias atau sama dengan karakteristik diode pada forward bias. Pada BJT seluruh pembawa muatan akan melewati junction Base-Emittor menuju Collector maka arus pada basis menjadi jauh lebih kecil dari diode P-N dengan adanya faktor hfe. Penambahan nilai VCE megakibatkan arus IB akan berkurang. Arus IB akan mengalir jika tegangan VBE > 0,7 V

Karakteristik output merupakan karakteristik dengan tegangan emitter (VCE) sebagai fungsi arus kolektor (IC) terhadap arus base (IB) yang tetap seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat IB=0, arus IC yang mengalir adalah arus bocor ICB0 (pada umumnya diabaikan), sedangkan pada saat IB ≠ 0 untuk VCE kecil (<< 0,2 V), pembawa muatan di basis tidak efisien dan transistor dikatakan dalam keadaan saturasi dengan IB > IC / hfe . Pada saat VCE diperbesar IC pun naik hingga melewati level tegangan VCE saturasi (0,2 -1 V) hingga transistor bekerja dalam daerah aktif dengan IB = IC / hfe. Pada saat ini kondisi arus IC relatif konstan terhadap variasi tegangan VCE.

Gelombang input dan output transistor

Jenis-jenis transistsor yang digunakan

    1. Fixed Bias

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

    2. Self Bias

Self bias meningkatkan stabilitas dengan menambahkan resistor emitor (RE) yang memberikan umpan balik negatif. Dalam konfigurasi self bias, tegangan basis diatur melalui resistor basis (RB) dan tegangan pada emitor yang dikendalikan oleh arus emitor (IE) yang mengalir melalui RE. Ini membantu menstabilkan arus kolektor (IC) karena perubahan dalam arus kolektor akan mempengaruhi tegangan emitor dan, pada gilirannya, menyesuaikan tegangan basis-emitor (VBE). Metode ini menawarkan stabilitas yang lebih baik dibandingkan fixed bias, tetapi masih relatif sederhana.

Gambar Rangkaian Self Bias

Rumus untuk Rangkaian Self Bias

    3. Emitter Bias

Emitter bias menggabungkan pembagi tegangan untuk basis dan resistor emitor untuk mencapai stabilitas yang lebih tinggi. Konfigurasi ini melibatkan dua resistor pembagi tegangan (RB1 dan RB2) yang menetapkan tegangan basis, serta resistor emitor (RE) yang menyediakan umpan balik negatif. Pembagi tegangan memastikan tegangan basis tetap stabil meskipun ada perubahan dalam tegangan suplai atau parameter transistor. Sementara itu, resistor emitor menambah stabilitas termal dengan mengurangi efek perubahan suhu pada arus kolektor. Emitter bias adalah metode yang sangat stabil dan cocok untuk aplikasi yang memerlukan titik kerja yang sangat stabil.

Gambar Rangkaian Emitter Bias

Rumus untuk Rangkaian Emitter Bias

6. OP-AMP

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.

 Simbol 

  Konfigurasi pin:

Karakteristik IC OpAmp

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu 

Inverting Amplifier

Rumus:

Non Inverting 

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

7. Gerbang OR

Secara umum, gerbang logika OR adalah komponen dasar dalam elektronika dan sistem digital yang beroperasi dengan dasar prinsip aljabar Boolean.  Lebih lanjut, gerbang ini mengambil dua atau lebih input dan menghasilkan satu output. Fungsi utama dari gerbang OR adalah memberikan output bernilai tinggi jika setidaknya satu dari bernilai tinggi. Dengan kata lain, jika salah satu atau lebih dari input-nya ‘true’ atau ‘1’, maka output-nya akan ‘true’ atau ;1’.

Hanya ketika semua input-nya ‘false’ atau ‘0’, output-nya akan ‘true atau ‘1’. Secara keseluruhan, gerbang OR sangat penting dalam pembangunan sirkuit digital. Pasalnya, gerbang ini memungkinkan pelaksanaan fungsi logika dasar yang digunakan dalam berbagai aplikasi komputasi. Hal tersebut meliputi pemrosesan data sederhana hingga operasi yang lebih kompleks dalam sistem komputer dan elektronik.

8. 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

7-Segment Display adalah komponen penampil angka (0–9) yang tersusun dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) berbentuk huruf “8”. Setiap LED disebut segmen, diberi nama a, b, c, d, e, f, g, dan dapat dinyalakan secara kombinasi untuk menampilkan angka tertentu.

Pada 7-segment Common Cathode, setiap LED menyala jika:

• Katoda dihubungkan ke GND (0V)
• Anoda segmen diberi logika HIGH (+5V)

Misalnya, untuk menyalakan segmen “a”, cukup beri logika 1 ke pin “a”.

Counter digital (IC 4026, 74LS90 + 74LS47)

Display penghitung langkah atau waktu

  Sistem kontrol penyiram tanaman otomatis (seperti milikmu)

→ IC 4026 menghitung jumlah penyiraman dan menampilkannya pada 7-segment Common Cathode

4. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

1. Rangkailah alat seperti pada rangkaian di Proteus. 

b) Hardware [Kembali]

c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Prinsip Kerja : 

• Sensor LDR

Sensor LDR, atau Light Dependent Resistor (Resistor Tergantung Cahaya), bekerja berdasarkan prinsip fotokonduktivitas, di mana nilai resistansinya berubah-ubah secara signifikan tergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti Cadmium Sulfide (CdS). Ketika sensor LDR berada dalam kondisi gelap atau cahaya redup, elektron-elektron bebas yang dihasilkan oleh bahan semikonduktor relatif sedikit, sehingga LDR memiliki resistansi yang sangat tinggi (dapat mencapai hingga 10 M$\Omega$). Sebaliknya, ketika permukaan LDR terkena cahaya terang, energi foton dari cahaya akan membebaskan lebih banyak elektron pada material semikonduktor, sehingga meningkatkan konduktivitas listrik. Akibatnya, nilai resistansi LDR akan turun drastis (dapat menjadi sekecil 1 K$\Omega$ atau kurang), memungkinkan arus listrik mengalir lebih mudah. Perubahan resistansi ini kemudian dikonversi menjadi perubahan tegangan listrik untuk mendeteksi tingkat kegelapan atau kecerahan.

• Sensor Inframerah

Sensor IR (Infrared) mendeteksi keberadaan objek atau jarak dengan memanfaatkan gelombang cahaya inframerah yang tidak terlihat oleh mata manusia. Sensor IR aktif umumnya terdiri dari dua komponen utama: sebuah LED (pemancar) Inframerah dan sebuah Photodioda/Phototransistor (penerima) Inframerah. LED IR berfungsi memancarkan sinar inframerah secara terus-menerus. Ketika sinar inframerah ini mengenai permukaan suatu objek, sinar akan dipantulkan kembali. Sinar pantulan ini kemudian ditangkap oleh penerima IR. Semakin dekat dan reflektif objek tersebut, semakin besar intensitas sinar inframerah yang diterima oleh penerima. Penerima IR (seperti photodioda) akan mengubah intensitas cahaya inframerah yang diterima menjadi sinyal listrik (perubahan arus atau tegangan) yang dapat diolah oleh mikrokontroler atau rangkaian elektronik lain untuk menentukan adanya objek atau jaraknya.

d) Flowchart [Kembali]

• Komparator LM393 mendeteksi perubahan cahaya dari sensor LDR dan menghasilkan sinyal clock sebagai pemicu awal sistem.
• Sinyal clock dari komparator diberikan ke D-Flip Flop IC 4013 sehingga flip-flop aktif dan output Q bernilai logika tinggi.
• Saat flip-flop aktif, motor DC menyala dan counter yang terhubung ke seven segment bertambah satu sebagai penanda pemberian pakan.
• Sensor IR berfungsi sebagai sumber sinyal clock untuk IC counter 4017 setiap kali terjadi satu putaran mekanik tabung pakan.
• Keluaran Q3 dari IC 4017 dihubungkan ke pin reset D-Flip Flop IC 4013 untuk membatasi jumlah putaran motor.
• Setelah tiga kali deteksi sensor IR atau tiga putaran tabung pakan, flip-flop di-reset sehingga motor berhenti secara otomatis dan sistem kembali ke kondisi awal.

e) Video Demo [Kembali]

f) Download File [Kembali]

Download File Rangkaian                     klik disini

Download Datasheet Motor DC            klik disini

Download Datasheet 7 Segment          klik disini

Download Datasheet Gerbang OR       klik disini 

Download Datasheet Resistor              klik disini

Download Datasheet LDR Sensor       klik disini

Download Datasheet Sensor Inframerah    klik disini