PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF …

1 Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS

Processing unit kontroller

PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF UNTUK

KONTROL PINTU OTOMATIS

Firman Matiinu Sigit – 2207100093

Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS, Surabaya – 60111

Abstrak - Pada proceeding ini akan dijelaskan mengenai

rancang bangun pembuatan proximity sensor berbasis

kapasitif yang akan diaplikasikan dalam kontrol pintu

otomatis. Disini akan dijelaskan langkah-langkah

pembuatannya, mulai dari pembuatan sensor sampai

trandusernya. Seperti diketahui, Sensor demikian banyak

dipakai dalam berbagai instrumentasi, karena sensor

merupakan device utama yang berperan dalam merasakan

suatu input. Input tersebut dapat berupa energi listrik,

energi fisika, energi kimia, energi mekanik,dan lain-lain,

setiap perubahan energi dapat dideteksi oleh sensor yang

dapat diolah oleh tranduser menjadi energi listrik sehingga

dapat diolah lebih lanjut oleh ADC, frekuensi counter, dan

seterusnya. Sensor dapat diklasifikasikan menjadi sensor

berbasis kapasitif, resistif, cahaya, dan masih banyak lagi

tergantung pada penggunaanya. Karena banyaknya

penggunaan sensor, pada tugas akhir ini penulis mencoba

membuat dan melakukan penelitian tentang proximity sensor

berbasis kapasitif dengan menggunakan bahan konduktor.

Sensor dari bahan konduktor berbasis kapasitif ini yang

nantinya akan diteliti mulai dari bahan konduktor, bentuk

konduktor, dan pemberian dielektrik. Pengarakterisasian

bertujuan mendapatkan desain terbaik bahan konduktor

sebagai proximity sensor berbasis kapasitif yang sesuai

dengan penggunaanya, selain itu juga sebagai referensi ilmu

pengetahuan tentang sensor yang berbasis kapasitif. Pada

tugas akhir ini jika pengarakteristikan selesai maka

perubahan dari besarnya kapasitansi yang berpengaruh

pada berubahnya besaran listrik akan diolah lebih lanjut

yang diaplikasikan sebagai kontrol pintu otomatis.

Kata kunci : proximity sensor, plat konduktor, Astable

Multivibrator IC Timer 555.

1. PENDAHULUAN

Sensor banyak sekali dipakai dalam peralatan instrumentasi,

hampir semua instrumentasi dilengkapi dengan sensor, hal ini

dikarenakan sensor adalah device yang sangat penting dalam

instrumentasi tersebut yaitu device yang dapat mendeteksi

terhadap perubahan yang terjadi yang sedang diukur/ diteliti.

Oleh karena itu dalam tugas akhir ini akan dibahas tentang

bagaimana cara pembuatan sensor, disini dibahas mengenai

bagaimana cara pembuatan proximity sensor berbasis kapasitif

dengan menggunakan bahan konduktor.

Pembuatan proximity sensor berbasis kapasitif menggunakan

bahan konduktor dalam tugas akhir ini akan diaplikasikan pada

pintu otomatis seperti terdapat pada pusat belanja atau pada

bangunan-bangunan mewah lainnya. Seperti diketahui sensor

yang ada pada pintu otomatis sekarang ini umumnya

menggunakan sensor inframerah, sensor gerakan, sensor panas

tubuh, dan sensor tekanan.

Sensor inframerah bekerja berdasarkan deteksi ada dan

tidaknya benda yang menghalangi jalanya sinar dari transmitter

ke receiver, jika terdapat benda pada daerah itu maka sinar akan

terganggu dan tidak sempurna sinar yang diterima oleh receiver.

Sensor panas tubuh atau PIR (passive infra red) dapat

dikategorikan dalam sensor yang mendeteksi pergerakan, sensor

ini bekerja sebagai receiver (passive) dari sinar inframerah yang

dipancarkan oleh setiap benda, pada umumnya benda tersebut

adalah manusia.

Sensor tekanan yang diaplikasikan pada pintu otomatis biasanya

diletakkan dibawah keset yang berada didepan pintu. Sensor ini

akan bereaksi terhadap tekanan berat objek yang berada

diatasnya [1].

Bila dicermati lebih jauh sensor yang ada sekarang ini

khususnya inframerah dan sensor berat hanya terbatas mampu

membedakan ada dan tidaknya benda, mereka tidak mampu

menjelaskan dengan spesifik karakteristik benda tersebut,

misalnya: bahan penyusun dari benda tersebut, karena sensor ini

berbasis kapasitif yang sensitif dengan nilai konstanta dielektrik

dari bahan benda yang dideteksi tersebut. Dari semua sensor

yang ada sensor PIR adalah yang paling bagus dilihat dari segi

banyaknya sesuatu yang dapat dideteksi, sensor PIR sudah dapat

mengenali benda bergerak atau diam, sensor PIR juga mampu

memperkirakan berapa suhu benda, sehingga engineer akan

mempunyai banyak pilihan dalam perancangan sistem kontroller

yang paling sesuai dengan yang dibutuhkan.

Bila sensor PIR berfokus pada suhu dan pergerakan maka

pada proximity sensor berbasis kapasitif ini berfokus pada zat/

bahan penyusun benda. Proximity sensor ini dibuat dari bahan

konduktor yang juga lebih awet dan kuat dari sensor-sensor lain

yang ada.

2. LANDASAN TEORI

2.1. Sensor dan Aktuator

Secara umum sistem kontrol dapat digambarkan dalam

diagram blok seperti gambar dibawah

Gambar 1: Diagram blok sistem otomasi secara umum

Secara umum sensor mengubah besaran fisik yang satu

menjadi besaran fisik yang lain, dapat diambil kasus dalam

contoh berikut misalnya diinginkan mendeteksi berapa kali

perputaran roda, dan misalnya dipilih sensor menggunakan

multitune yang dikopel dengan roda, maka dapat dilihat setiap

perputaran roda maka berimbas pada perubahan tahanan pada

multitune. Perubahan besaran fisik (perubahan nilai tahanan)

tersebut tidak berarti apa-apa jika belum dikonversikan ke

besaran elektrik, sehingga dibutuhkan device yang dapat

mengonversikan perubahan besaran fisik tersebut, menjadi

besaran elektrik, besaran elektrik yang berubah dapat berupa

sensor aktuator

rr


arus, tegangan, amplitudo, atau frekuensi. Device yang

bertanggung jawab terhadap ini biasa disebut sebagai tranduser.

Gambar 2: Contoh rangkaian sederhana tranduser dengan

multitune sebagai sensor berbasis resistif

2.2. Sekilas tentang Gelombang Elektromagnetik

Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang

mendukung perkembangan konsep gelombang elektromagnetik

antara lain:

1. Hukum Coulumb mengemukakan: “muatan listrik statik dapat

menghasilkan medan listrik”.

2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan

listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan magnet”.

3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan

magnet dapat menghasilkan medan listrik”.

Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan

magnet yang tidak tetap besarannya atau berubah−ubah.

Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan

lagi medan listrik yang berubah−ubah. Proses terjadinya medan

listrik dan medan magnet berlangsung secara bersama−sama dan

menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan

medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelombang

elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari

perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan,

dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling

tegak lurus.

Gambar 3: Penjalaran gelombang elektromagnetik sebagai

gelombang transversal

2.3. Listrik Statis

Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang

berada dalam keadaan diam (statis).

Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling

tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua

buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan

saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik

menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan

listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai

gaya coulomb.

Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam

muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan

listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari

satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron

dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan

elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan

muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.

2.3.1. Gaya Coulumb

Gambar gaya coulumb antar dua benda yang bermuatan

listrik seperti berikut

Gambar 4: Gaya coulumb antar dua benda yang

bermuatan listrik

Besarnya gaya coulumb (F) yang terjadi antar muatan yang

berjarak (r) dapat dirumuskan dalam persamaan berikut

𝐹 = 𝑘𝑞1𝑞2

𝑟2 (1)

k adalah konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 109 N

m2 C–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C).

konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk

(2)

dengan ε0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x

10–12 C2 N–1 m–2 .

2.3.2. Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah atau ruang disekitar benda

yang bermuatan listrik dimana jika sebuah benda bermuatan

lainnya diletakkan pada daerah itu masih mengalami gaya

elektrostatis.

Gambar 5: Titik B berada pada daerah medan listrik

yang disebabkan oleh benda bermuatan A

Adapun medan listrik atau biasa disebut kuat medan listrik

dituliskan dalam persamaan E=F q’ atau 𝐸 = 𝑘𝑞

𝑟2 , dengan E

dalam satuan (N/C)

2.3.2.1. Medan listrik pada Muatan Kontinyu

Salah satu teknik untuk menghitung medan magnet dari

muatan kontinu adalah menggunakan hukum Gauss.

Gambar 5: Medan listrik sejauh r dari sumber muatan listrik Q

dengan volume V


Gauss menyatakan bahwa : “Jumlah Garis Gaya yang

keluar dari suatu permukaan tertutup (atau fluks Φ) sebanding

dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan

tertutup itu” atau “Sumber dari sebuah medan magnet adalah

muatan listrik”, jika diungkapkan dalam sebuah persamaan

matematis:

(3)

Qdlm adalah besarnya muatan yang dilingkupi oleh permukaan

Gauss.

2.3.2.2. Hukum Gauss Pada Bidang Datar

Misalnya terdapat plat bermuatan positif persatuan luas ρ,

Untuk menghitung medan listrik dengan hukum Gauss, harus

dipilih sebuah volume yang melingkupi plat bermuatan. Pada

dasarnya bebas dipilih bentuk volume ruang ini, pada umumnya

yang sering dipakai adalah yang berbentuk silinder, bola atau

kubus. Pemilihan ini sangat bergantung pada kemudahan

perhitunganya nanti. Misalnya diambil permukaan sebuah

silinder berjari jari r.

Gambar 5: Fluks listrik yang menembus permukaan bidang

datar dapat didekati dengan permukaan Gauss berbentuk silinder

[2]

Pada gambar diatas silinder dapat dibagi menjadi tiga

permukaan, yaitu: A1, A2, A3, fluks yang menembus ketiga

permukaan ini adalah:

Pada A1 = E·A1·cos 00 = E A1;

Pada A2 = E·A2·cos 900 = 0;

Pada A3 = E·A3·cos 00 = E A3;

Dengan demikian:

(4)

Karena A1 dan A3 merupakan luas plat katakanlah A, sehingga

medan pada plat bermuatan :

(5)

Karena Q/A = σ, maka untuk plat bermuatan didapatkan medan

listrik:

(6)

2.4. Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari

dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik.

jika keping kapasitor dihubungkan dengan baterai. Baterai akan

memberikan muatan +q pada keping pertama dan –q pada

keping kedua. Dalam celah antara kedua keping akan timbul

medan listrik.

Gambar 5: Kapasitor keping sejajar jika diberi muatan

listrik

Persamaan beda potensial disekitar muatan listrik

memberikan

(7)

Dari persamaan kapasitansi memberikan

𝐶 =𝑞

𝑉 (8)

Jika persamaan 7 disubstitusikan ke persamaan 8 maka

akan memberikan

Dengan C= kapasitas kapasitor (F)

ε₀ = Permitivitas vakum (8,85 ·10-12 C2N-1 m2)

A = luas penampang masing-masing keping (m2)

d = jarak antar keping (m) [3]

2.5. Dielektrik

Dielektrik adalah bahan isolator yang disisipkan dalam

ruang antar keping-keping sebuah kapasitor. Contoh bahan

dielektrik adalah kertas, karet, kaca, dan udara. Bahan dielektrik

pada suatu kapasitor menghambat aliran medan listrik antar plat

nya.

Gambar 5: Susunan kapasitor dengan dielektrik

Arah E searah dengan arah E0, ini hanya dimungkinkan

bila Eind sebanding dengan E0, karenanya

𝐸 =𝐸0

𝐾 (9)

K adalah konstanta dielektrik, merupakan karakteristik

bahan dielektrik K >1 (karena E <E0). E0 adalah medan listrik

sebelum disisipi bahan dielektrik, E adalah medan listrik setelah

disisipi bahan dielektrik.

Karena medan listrik berkurang, maka beda potensial antar

kedua keping kapasitor juga berkurang (saat muatan tetap).

𝑉 =𝑉0

𝐾 (10)

Sehingga kapasitansi kapasitor dengan dielektrik adalah


C = Q0

𝑉 =

𝐾 𝑄0

𝑉0 = KC0, artinya C > C0. [12]

Konstanta dielektrik dapat dikaitkan dengan permitivitas

bahan 𝜀 = K 𝜀0. Menghasilkan persamamaan untuk kapasitor

plat sejajar

(11)

Dengan 𝜀 = 𝜀 ₀· 𝜀 r , setelah penyisipan dielektrik besarnya

permitivitas bahan adalah hasil perkalian antara permitivitas

dielektrik dengan permitivitas vakum. Permitivitas relatif

dielektrik tergantung dari jenis bahan. Berikut merupakan tabel

permitivitas dari beberapa bahan

Table 1: Permitivitas dari beberapa bahan[4]

Bahan Permitivitas

Udara 1,00059

Kertas 3,7

Air 80

Nilon 3,4

Teflon 2,1

Bakelit 4,9

Kaca pyrex 5,6

Polystyrene 2,56

Kuarsa lebur 3,78

Karet neoprene 6,7

2.6. Konduktor

Konduktor adalah bahan yang dapat dengan mudah

menghantarkan arus listrik sehingga konduktor sering disebut

juga penghantar listrik yang baik. Pada konduktor yang baik,

jumlah elektron-elektron bebas, yaitu elektron-elektron yang

mempunyai energi cukup besar (terletak pada lintasan yang

paling luar) adalah banyak dan bebas bergerak, misalkan pada

bahan tembaga, setiap atom tembaga menyumbangkan 1

elektron bebas.

Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat

menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas.

Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.

Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang

kecil. Konduktor adalah bahan yang sangat baik kemampuannya

dalam menghantarkan listrik, hampir seluruh logam logam

adalah konduktor. Contoh konduktor diantaranya adalah perak,

tembaga, alumunium, seng, besi berturut-turut memiliki tahanan

jenis semakin membesar. Jadi sebagai penghantar emas adalah

sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara

ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan[5].

2.7. Konduktivitas

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu

bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda

potensial listrik ditempatkan pada suatu ujung-ujung konduktor,

muatan-muata bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus

listrik. Konduktivitas listrik σ didefinisikan sebagai rasio dari

rapat arus Ј terhadap kuat medan listrik E, sehingga dapat

ditulis Ј = σ· E. Lawan dari konduktivitas listrik adalah

resistivitas listrik ρ atau bias disebut resistivitas saja, yaitu ρ= 1

𝝈

[6].

Berikut ini tabel konduktivitas listrik dari beberapa bahan

Table 2: Nilai konduktivitas beberapa bahan[7].

Berikut merupakan tabel resistivitas listrik/ tahanan jenis

dari beberapa bahan

Table 3: Nilai hambatan jenis beberapa bahan[7]

3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

Berikut merupakan skema dari pembahasan perancangan

sistem

Gambar 6: Skema pembahasan sistem

3.1. Perancangan Sensor dan Tranduser

3.1.1. Perancangan Proximity Sensor

Langkah-langkahnya:

1. Memilih bahan konduktor dengan nilai konduktivitas

listrik paling tinggi.

2. Memilih bentuk bahan konduktor, agar jika dialiri

listrik menghasilkan medan listrik (dari kutub positif

ke negatif) yang dapat mengenai bahan dielektrik

secara maksimal.

3. Menyusun berbagai kemungkinan posisi konduktor

agar mendapatkan perubahan nilai kapasitansi sebesar

mungkin.


3.1.1.1. Uji nilai dan perubahan kapasitansi dari berbagai

kemungkinan posisi

Kemungkinan posisi 1 seperti gambar dibawah

Gambar 7: Kemungkinan posisi 1 plat konduktor





Nilai kapasitansi ketika ada dielektrik (seseorang) dengan

tidak ada orang dapat dirangkum dalam tabel dibawah, untuk

posisi 3 dielektrik berupa seseorang diletakkan pada posisi 2A.

Table 4: Nilai kapasitansi dan perubahannya

Kemungkinan

posisi

Tidak ada

dielektrik

(pF)

Ada

dielektrik

(pF)

Perubahan

kapasitansi (pF)

1 ±48 ± 50 ± 2 pF

2 ± 54.8 pF ± 57.6 pF ± 2.8 pF

3 ± 119 pF ± 168 pF ± 49 pF

3.1.2. Perancangan Traduser

Dalam proses perancangan tranduser posisi terbaik yang

dipilih adalah yang memberikan perubahan nilai kapasitansi

terbesar yaitu pada posisi 3, sehingga dalam pencarian tranduser

yang paling bagus, posisi 3 sebagai acuannya.

Tranduser yang dipilih adalah yang mampu mengubah

besaran fisik (nilai kapasitansi) menjadi besaran elektrik

(frekuensi) yaitu mengunakan IC timer 555 yang bekerja sebagai

astable multivibrator. Dimana diketahui bahwa IC Timer 555

yang bekerja sebagai astable multivibrator mampu

membangkitkan gelombang kotak dengan frekuensi yang

dirumuskan sebagai berikut

(12)

Dengan duty cycle

(13)

Dari persamaan 12 diketahui jika nilai C1 berubah maka

frekuensi juga berubah.

Skematik rangkaiannya seperti gambar dibawah

Gambar 10: Skematik rangkaian astable multivibrator berbasis

IC Timer 555

Bagian yang ditandai dengan huruf X dan Y adalah yang

menyambung pada plat konduktor, pin X adalah pin ground.

3.2. Perancangan Hardware

3.2.1. Perancangan minimum sistem

Berikut merupakan skematik rangkaian minimum sistem

berbasis ATMEGA 16


Gambar 11: Skematik rangkaian minimum sistem

3.2.2. Driver Motor DC

Gambar 12: Rangkaian driver motor DC

3.2.3. Pintu Otomatis

Konsep prototipe pintu otomatis seperti dalam gambar

dibawah

Gambar 13: Bagan prototipe pintu otomatis

3.3. Perancangan software

Perancangan software berupa program frekuensi counter

yang didownload ke ATMEGA 16.

Berikut merupakan flowchart dari program frekuensi

counter

Start

Input

gelombang

kotak Vmin=0

Volt,Vmax=5

Volt

Baca fekuensi selama 1

detik

Besarnya frekuensi

<=TCNT1

Tampilkan LCD

nilai frekuensi (Hz)

End

ya

tidak

4. PENGUJIAN ALAT

4.1 Uji Sistem Sensor

4.1.1. Uji Proximity Sensor, didekati dengan seseorang yang

mempunyai bobot tubuh berbeda dari berbagai

kemungkinan daerah pendekatan

Gambar cara mendekati sensor

Gambar 15: Cara pengujian proximity sensor didekati

dengan seseorang yang mempunyai bobot tubuh berbeda

Daerah pendekatan dapat dibagi seperti gambar dibawah

Output ke motor DC

IC demux


Gambar 16: Pembagian daerah pendekatan

Hasil pengujian dalam tahap ini seperti dalam tabel

dibawah

Table 4: Nilai kapasitansi dan frekuensi proximity sensor

didekati berdasarkan bobot tubuh dari berbagai daerah

pendekatan

Nama Bobot

tubuh

(kg)

Posisi Kapasita

nsi (pF)

Frekuensi

(kHz)

Firman MS

48

3C 203 ± 28,760

2C 204 ± 28,700

1C 203 ± 28,720

Rata-

rata

203.3 ±28,726

3B 209 ± 27,760

2B 210 ± 27,700

1B 209 ± 27,610

Rata-

rata

209,33 ±27,69

3A 248 ± 25,660

2A 250 ± 25,530

1A 247 ± 25,541

Rata-

rata

248,33 ±25,577

Asrul Yanuar

58

3C 204 ± 28,810

2C 204 ± 28,800

1C 204 ±28,510

Rata-

rata

204 ±28,706

3B 209 ±27,450

2B 210 ±27,321

1B 207 ±27,330

Rata-

rata

208,66 ± 27,367

3A 250 ± 25,540

2A 251 ± 25,420

1A 251 ± 25,100

Rata-

rata

250,660 ± 25,35

3C 204 ± 28,710

2C 204 ± 28,810

1C 204 ±28,720

Rata-

rata

204 ±28,746

3B 209 ±27,350

Supardi

72

2B 209 ±27,421

1B 210 ±27,430

Rata-

rata

209,33 ±27,400

3A 250 ± 25,530

2A 251 ± 25,410

1A 251 ±25,200

Rata-

rata

250,660 ±25,380

Dapat diketahui bahwa yang mempengaruhi perubahan

frekuensi adalah jarak antara objek dengan sensor, pengaruh

bobot tubuh dan pendekatan dari berbagai daerah dapat

diabaikan.

4.1.2. Uji Proximity Sensor, didekati dengan luasan yang

berbeda tetapi mempunyai dielektrik dan jarak ke

proximity sensor yang sama

Gambar cara pengujiannya adalah sebagai berikut

Gambar 17: Gambar cara pengujian pada bagian ini

Uji pendekatan pertama dilakukan oleh satu telapak tangan

yang mendekati proximity sensor dengan jarak sekitar 2

cm dari proximity sensor dan besarnya frekuensi yang

dihasilkan adalah sekitar 27,210 kHz.

Pada pendekatan yang kedua dilakukan dengan dua

telapak tangan pada jarak yang sama, didapatkan frekuensi

sekitar 26,540 kHz.

Pada pengujian bagian ini dapat disimpulkan bahwa output

frekuensi tranduser dipengaruhi oleh luas bidang objek yang

berada dalam medan listrik dari proximity sensor.

4.1.3. Uji proximity sensor, didekati dengan objek yang

memiliki dielektrik yang berbeda tetapi dengan jarak

ke proximity sensor dan luas penampang yang sama.

Pengujian pada tahap ini sama seperti pengujian pada 3.1.2.

yang berbeda hanya pada sample ujinya. Dimana sample ujinya

mempunyai dielektrik yang berbeda disini diambil kedua telapak

tangan sample (penulis sendiri) dan kayu triplek. Luas

permukaan sample yang mendekati proximity sensor dibuat

sama yaitu luas permukaan kedua telapak tangan dengan luas

permukaan triplek. Berikut gambar triplek yang dipakai


Gambar 18: kayu triplek yang dijadikan sample uji

Didapat data sebagai berikut

Table 5: Nilai output frekuensi proximity sensor didekati

dengan beberapa benda dengan nilai dielektrik yang berbeda

Nama

benda

Jarak ke

proximity

sensor (cm)

Nilai

konstanta

dielektrik

Output

frekuensi

sensor (kHz)

Udara - 1,00059 ± 28,520

Dua telapak

tangan

penulis

2 cm 80 ± 26,540

Kayu

triplek

2 cm 3,7 ±26,722

Dari table diatas dapat diketahui bahwa semakin besar

nilai konstanta dielektrik suatu bahan maka nilai kapasitansi

juga semakin besar yang berakibat pada menurunnya besarnya

frekuensi output dari tranduser.

Sehingga dapat disimpulkan frekuensi output proximity sensor

dipengaruhi oleh konstanta dielektrik bahan.

4.1.4. Uji proximity sensor, dengan plat konduktor

disambungkan dengan bahan konduktor yang lain.

Pada proses pengujian ini dilakukan dengan cara plat

konduktor disambung dengan kabel (gambar 19), sebelum

disambung kabel nilai output frekuensi sama seperti frekuensi

yang terdahulu, yaitu sekitar 28,500 kHz. Setelah plat konduktor

disambung dengan kabel nilai frekuensi menjadi turun yaitu

sekitar 27,500 kHz.

Gambar 19: Uji penyambungan proximity sensor dengan

bahan konduktor lain

Pada pengujian ini dapat diambil kesimpulan bahwa

frekuensi output sistem sensor akan berkurang jika ditambahi

dengan bahan konduktor yang lain

4.2. Penentuan tata letak bahan konduktor (plat konduktor)

yang paling bagus sebagai proximity sensor untuk kontrol

pintu otomatis.

Jika sistem pintu otomatis pada perancangan ini

menggunakan perubahan nilai kapasitansi hanya sebagai trigger,

maka dapat dijelaskan, ketika proximity sensor didekati oleh

objek (seseorang) yang berimbas pada naiknya nilai kapasitansi,

yang diikuti menurunnya frekuensi output sensor, maka ketika

frekuensi output sensor dibawah threshold (ditentukan pada

program), kontrol pintu otomatis aktif dan menggerakkan motor

DC untuk membuka pintu. Pintu tersebut akan tetap membuka

sampai frekuensi output tranduser berada diatas threshold. Dari

penjelasan ini dapat ditarik kesimpulan ketika objek mendekati

pintu maka diharapkan perubahan nilai kapasitansi harus

semakin besar, boleh menurun asalkan objek sudah melewati

pintu (masuk keruangan yang ingin dituju).

Pada uji proximity sensor, dimana gambar posisi plat

konduktor seperti terlihat dalam gambar 4.4. maka setiap ada

objek yang mendekati sensor, nilai kapasitansi akan terus

bertambah, semakin dekat objek dengan proximity sensor nilai

kapasitansi semakin besar. Jadi posisi proximity sensor (seperti

gambar 15) yaitu proximity sensor dimana plat konduktor

menghadap kepada sample uji adalah sudah benar.

Agar ketika ada seseorang yang ingin masuk pintu dari

berbagai arah (tengah, samping kiri, samping kanan) dapat selalu

terdeteksi. Maka timbul ide untuk menggabungkan dua plat

konduktor dengan kabel.

Ada dua kemungkinan posisi yaitu:

Sejajar dengan pintu

Gambar 20: kemungkinan posisi 1 untuk kontrol pintu

otomatis

Membentuk sudut dengan pintu

Gambar 21: kemungkinan posisi 2 untuk kontrol pintu

otomatis

4.2.1. Uji posisi 1

Memberikan data seperti dibawah


Table 6: Uji output frekuensi untuk posisi 1

Sample Uji Jarak ke proximity

sensor (cm)

Nilai frekuensi

(kHz)

Penulis

± 50 ± 28,625

± 20 ± 28,400

± 7 ±27,420

Paling dekat (max) ±26,500

4.2.2. Uji posisi 2

Memberikan data seperti gambar dibawah

Table 7: Uji output frekuensi untuk posisi 2

Sample uji Jarak ke proximity

sensor (cm)

Nilai frekuensi

(kHz)

Penulis

± 70 ±28,625

±40 ±27,600

±30 ±27,400

Paling dekat (max) ±25,4 kHz

Yang paling bagus adalah posisi 2 karena frekuensi sudah

berubah secara signifikan (dari 28,625 kHz ke 27,600 kHz)

ketika jarak sample ke proximity sensor 40 cm sedangkan untuk

posisi 1 perubahan signifikan terjadi ketika jarak sample dengan

plat 7 cm.

5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapatkan penulis dari hasil

perencanaan, pembuatan serta pengujian alat pada Tugas Akhir

ini adalah sebagai berikut :

Dari perancangan, realisasi, dan pengujian, sistem. Dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Perancangan proximity sensor dimana frekuensi sebagai

output dari sensor, dapat menggunakan IC timer 555

yang bekerja sebagai astable multivibrator untuk

trandusernya.

2. Pada proses pengujian pada bab 3dapat disimpulkan

bahwa output frekuensi sensor proximity pada

perancangan ini bergantung pada:

A. Jarak antara objek dengan proximity sensor (plat

konduktor)

B. Luasan objek sample yang terkena medan listrik

dari proximity sensor.

C. Dielektrik bahan sample.

D. Proximity sensor yang didekati bahan konduktor

atau disambung dengan bahan konduktor yang

lain.

3. Pemodelan plat konduktor sebagai proximity sensor

untuk kontrol pintu otomatis paling bagus adalah seperti

pada gambar 21.

5.2. Saran

Saran – saran yang dapat diberikan untuk pengembangan

alat ini sebagai berikut:

1. Dapat dicoba merancang proximity sensor menggunakan

bahan konduktor yang lain yang mempunyai nilai

konduktivitas yang lebih tinggi dari tembaga misalnya

menggunakan perak.

2. Dapat dicoba merancang proximity sensor dengan

menggunakan plat seperti dalam perancangan ini yaitu

tembaga, tetapi yang lebih tebal, karena ketebalan plat

tembaga pada perancangan ini sangat tipis.

3. Membuat frekuensi counter yang mampu menghitung

frekuensi lebih dari 31 kHz, karena semakin tinggi

frekuensi keluaran dari sensor akan menambah

sensitivitas dari sensor.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. ..., “Analisis Sistem Sensor Infra Merah Pada Oil Mist

Detector (OMD) di PLTD Lueng Bata Banda Aceh”,

<URL:http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1

4240/1/10E01032.pdf>, 27 Oktober 2009.

[2]. Yasmanrianto “Listrik statis fisika dasar 2”.

<URL:http//yasmanrianto.staff.gunadarma.ac.id/listrik

statis_fisika dasar 2/...> .

[3]. ………”Kapasitor-

dielektrik”.<URL:mohtar.staff.uns.ac.id/files/2008/08/ka

pasitor-dielektrik.ppt >. 08/2008.

[4]. …….”Konstantadielektrik”<URL:qsut.wordpress.com/20

09/06/19/konstanta-dielektrik/>. 19/06/2009.

[5]. ……..,”Ilmu bahan LIstrik dasar”,<URL:http://dunia-

listrik.blogspot.com/2009/03/ilmu-bahan-listrik-

dasar.html>, 2009.

[6]. ……,”konduktivitaslistrik”,<URL:http://id.wikipedia.org/

wiki/Konduktivitas_listrik>, 2007.

[7]. ……”ElectricalResistivity”<URL:http://aplusphysics.com/

wordpress/regents/tag/resistivity/>.

BIODATA PENULIS

Penulis dilahirkan di Jombang pada

tanggal 18 September 1989. Sebagai

anak pertama dari dua bersaudara,

penulis mengawali kegiatan pendidikan

formal di SDN Kuwik 2 Kunjang

Kediri, yang kemudian dilanjutkan di

SLTPN 2 Kunjang, SMAN 2 Pare

Kediri dan pada tahun 2007 penulis

diterima sebagai mahasiswa di jurusan

Teknik Elektro ITS dan mengambil

konsentrasi bidang keahlian elektronika. Saat kuliah, penulis

aktif sebagai asisten praktikum di bidang studi elektronika pada

Laboratorium Elektronika Dasar dan Laboratorium Elektronika

Industri. Hari –hari penulis sekarang kebanyakan dihabiskan

untuk mengerjakan Tugas Akhir di Laboratorium Elektronika

Industri.

e-mail : [email protected]

Documents

PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF …