Rangkaian simulasi dan prinsip kerja modul 4 EC

 RANGKAIAN SIMULASI DAN PRINSIP KERJA

    Rangkaian kontrol sensor hujan berfungsi untuk mendeteksi keberadaan air pada permukaan sensor dan memberikan respons otomatis tanpa perlu pengawasan manual. Sistem ini bekerja berdasarkan sinyal dari rain sensor yang berubah ketika tetesan air mengenai pelat sensornya. Sinyal tersebut kemudian diproses oleh rangkaian pembanding berbasis op-amp untuk menentukan kondisi hujan atau tidak hujan. Output dari rangkaian pembanding selanjutnya mengendalikan transistor yang bertugas mengaktifkan LED merah sebagai indikator. Dengan cara ini, LED merah akan menyala secara otomatis ketika hujan terdeteksi dan padam kembali ketika kondisi kering, sehingga memberikan peringatan visual yang sederhana namun efektif terhadap keberadaan air pada sensor.

    Rangkaian sensor water level ini digunakan untuk memantau ketinggian air di bendungan supaya kondisi bisa dipantau tanpa harus melihat langsung ke lokasi setiap saat. Cara kerjanya sederhana: ketika permukaan air naik dan menyentuh bagian sensor, sinyal dari sensor langsung berubah. Sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian op-amp dan diteruskan ke transistor yang mengaktifkan buzzer. Jadi, kalau air di bendungan sudah mencapai level yang berbahaya, buzzer akan otomatis berbunyi sebagai tanda peringatan. Kalau ketinggian air kembali normal, buzzer akan mati.

Pada seluruh rangkaian terbagi menjadi:

  1. Deteksi adanya ujan dan Indikator Peringatan (Sensor Hujan / Rain Sensor dan Op-Amp: Voltage Follower)
  2. Kontrol Ketinggian Air Bendungan dan Alarm Banjir Bandang (Sensor Water Level dan Op-Amp: Detektor Non-Inverting)



1. Deteksi Hujan dan Indikator Peringatan (Sensor Hujan / Rain Sensor dan Op-Amp: Voltage Follower)

Prinsip Kerja

    Sensor hujan berfungsi mendeteksi tetesan pada pelat deteksi. Pada desain ini probe memberikan Vin ≈ +5 V saat basah. Sinyal Vin masuk ke op-amp LM741 yang dikonfigurasi sebagai voltage follower (buffer). Op-amp diberi catu ganda ±12 V sehingga output op-amp dapat mengayun mendekati ±12 V (Vsaturasi di sekitar ±12 V pada desain — artinya supply adalah ±12 V). Karena konfigurasi voltage follower, output op-amp Vout ≈ Vin (jadi ketika probe menghasilkan +5 V, Vout akan mengikuti ≈ +5 V), tetapi op-amp memiliki margin supply sampai ±12 V jika diperlukan. Output buffer kemudian lewat resistor basis menuju basis transistor NPN 2N2222. Transistor berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan relay 5V dan LED indikator. Ada 2 kondisi, yaitu:

Kondisi kering:
  • Vin rendah (< ~0,6 V)
  • Vout ≈ Vin rendah
  • Basis transistor < 0,6 V
  • Transistor mati
  • Rellay tidak mendapat arus → rellay off
  • LED merah padam.

Kondisi basah:
  • Vin ≈ +5 V 
  • Vout ≈ +5 V
  • Basis transistor > 0,6 V
  • Transistor ON
  • Rellay mendapat arus→ rellay on
  • arus mengalir ke LED → LED merah menyala

2. Kontrol Ketinggian Air Bendungan dan Alarm Banjir Bandang (Sensor Water Level dan Op-Amp: Detektor Non-Inverting)

Prinsip Kerja

    Sensor water level berfungsi mendeteksi tinggi permukaan air di dalam tangki atau bendungan. Pada sistem ini, probe level akan memberikan Vin ≈ +5 V ketika ketinggian air sudah mencapai > 80%, dan menghasilkan tegangan rendah ketika level masih di bawah itu. Tegangan Vin dari probe masuk ke op-amp LM741 yang dikonfigurasikan sebagai detektor non-inverting. Pada konfigurasi ini, Vin masuk ke kaki non-inverting (+), sedangkan kaki inverting (–) diberi tegangan referensi Vref, misalnya 2–3 V, sebagai batas deteksi.

    Op-amp diberi supply ±12 V, sehingga outputnya dapat mengayun mendekati Vsaturasi ±12 V, namun pada praktiknya output akan berada di sekitar level Vin ketika membandingkan sinyal terhadap Vref. Ketika Vin lebih besar dari Vref (level air melewati 80%), output op-amp akan naik mendekati level positifnya dan menghasilkan sinyal yang cukup untuk mengaktifkan rangkaian berikutnya.

    Output op-amp kemudian masuk ke basis transistor BC547 melalui resistor basis. Transistor digunakan sebagai saklar untuk mengaktifkan relay 5V yang pada gilirannya akan menyalakan buzzer. Ada 2 kondisi, yaitu: 

Kondisi Level Air < 80% (Normal):
  • Vin < Vref
  • LM741 menghasilkan output rendah (Vout mendekati 0 V atau negatif kecil)
  • Tegangan basis BC547 < 0,6 V → transistor OFF
  • Relay 5V tidak aktif → buzzer mati
  • Sistem dianggap aman (belum mencapai batas tinggi air)
Kondisi Level Air > 80% (Air Tinggi):
  • Vin ≈ +5 V dan lebih tinggi dari Vref
  • LM741 mengeluarkan Vout positif (mendekati +12 V sesuai saturasi supply)
  • Basis BC547 mendapat arus → transistor ON
  • Arus mengalir ke kumparan relay 5V → relay aktif
  • Relay menutup kontak dan menyuplai daya ke buzzer
  • Buzzer berbunyi, menandakan level air sudah melewati batas aman

Komentar

Posting Komentar