Sensor cahaya adalah salah satu komponen elektronik yang penting dalam banyak aplikasi. Sensor cahaya, biasa dikenal dengan fotodioda, fototransistor, dan LDR (Light Dependent Resistor), adalah komponen elektronik yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur intensitas cahaya di sekitarnya. Pada artikel kali ini saya akan membahas cara merancang dan merakit rangkaian sensor cahaya sederhana menggunakan LDR (Light Dependent Resistor).
LDR adalah resistor variabel yang resistansinya berubah tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Saat cahaya diterima oleh LDR, maka resistansinya menurun, dan sebaliknya. Agar komponen ini bisa berfungsi sebagai sakelar lampu otomatis tentunya memerlukan beberapa komponen pendukung lainnya yang dirangkai dalam satu kesatuan.
Jenis-Jenis Rangkaian
Saya akan membagikan empat jenis rangkaian yang bisa digunakan untuk fungsi sakelar lampu otomatis, sebagai berikut.
1. Rangkaian Minimal Sakelar Lampu Otomatis
Rangkaian ini didesain dengan sangat minimal. Di-awali dari power supply tanpa traffo yang sudah dilengkapi dengan fuse dan varistor sebagai pengaman. Kemudian pada rangkaian sensornya cukup menggunakan LDR yang dirangkai dengan resistor dan transistor NPN untuk mengubah input cahaya ke nilai besaran listrik untuk mengendalikan Relay.
Keunggulan: Rangkaian lebih ringkas sehingga dimensi PCB-pun bisa dibuat menjadi lebih kecil. Lebih hemat biaya karena komponen yang digunakan sedikit.
Kelemahan: Adanya masalah di adjuster trimpot tidak terlalu berpengaruh untuk men-setting kepekaan sensor, rentang untuk settingan kepekaan cahaya sangat sedikit. Hal tersebut sulit untuk mengatur agar lampu tidak sering berkedip-kedip cepat ketika intensitas cahaya tidak terlalu terang ataupun tidak terlalu gelap, misal karena mendung, juga misal ketika peralihan dari terang ke gelap atau sebaliknya yaitu ketika menjelang matahari terbit dan menjelang matahari terbenam, dan misal juga ketika sensor terhalang bayangan ranting pohon atau daun. Namun, bagi penghobi elektronika tidak salah juga untuk mencobanya. Berikut ini skematiknya:
Komponen yang Digunakan:
LDR1: LDR (Light Dependent Resistor)
RV1: Trimpot 10K
R1: 220Ω
R2: Resistor 1MΩ/0,5W
R3: Resistor 10Ω/1W
R4, R5: Resistor 5KΩ/0,5W
Q1: Transistor NPN BC547
Q2: MOSFET TK7A60W
D1: Dioda 1N4001
D2, D3, D4, D5: 1N4007
D6, D7: Dioda Zener 1N4742A
VR1: VARISTOR 220V
RL1: Relay 12VDC
L1: Lampu 220VAC
FUSE: 500mA
2. Rangkaian Sakelar Lampu Otomatis Menggunakan OP-AMP 741
Pada rangkaian kedua ini power supply saya tambahkan thermistor sebagai pengaman tambahan. Selain itu yang menjadi tambahan utama pada rangkaian kedua ini adalah pada rangkaian sensor diberikan rangkaian komparator OP-AMP 741. Rangkaian tersebut berfungsi agar adjuster trimpot RV1 bisa lebih berpengaruh untuk mengatur kepekaan sensor terhadap perubahan intensitas cahaya. Perlu dicatat, pada rangkaian ini untuk pemasangan beban lampu pada relay dipasang pada kontak NO. Berbeda dengan rangkaian pertama yang tidak menggunakan OP-Amp yang dipasang di kontak NC.
Keunggulan: Rentang pengaturan adjuster trimpot untuk kepekaan sensor terhadap kerja rangkaian bisa diatur lebih banyak dibandingkan dengan rangkaian pertama.
Kelemahan: Walaupun rentang kepekaan cahaya sudah bisa lebih diatur lebih banyak namun masih ditemukan lampu sering berkedip-kedip ketika peralihan dari terang ke gelap atau sebaliknya, misal menjelang matahari terbenam dan matahari terbit.
Jika ingin mempelajarinya bisa dicoba rangkaian berikut.
Skematik:
LDR1: LDR (Light Dependent Resistor)
RV1: Trimpot 20K
R1: 1MΩ/0,5W
R2: Resistor 10Ω/1W
R3,R4: Resistor 5KΩ/0,5W
R5, R6: Resistor 10KΩ/0,5W
R7: 6,8KΩ
R8: 1KΩ
U1: IC OP-AMP 741
Q1: Transistor NPN BC547
Q2: MOSFET TK7A60W
D1: Dioda 1N4001
D2, D3, D4, D5: 1N4007
D6, D7: Dioda Zener 1N4742A
C1: Kapasitor Millar 2,2µF/400V
C2: Kapasitor ELCO 220µF/250V
VR1: VARISTOR 220V
RT1: NTC 0,8A
RL1: Relay 12VDC
L1: Lampu 220VAC
FUSE: 500mA
3. Rangkaian Sakelar Lampu Otomatis Menggunakan TIMER OFF DELAY IC 555
Rangkaian ketiga ini merupakan penambahan dari rangkaian pertama. Untuk mengatasi kelemahan pada rangkaian pertama yaitu lampu sering berkedip-kedip cepat, maka pada rangkaian ketiga ini saya tambahkan rangkaian timer off delay IC 555. Sehingga pada rangkaian ini ketika intensitas cahaya yang diterima oleh sensor tidak setabil, maka timer ic 555 akan menahan relay untuk tidak aktif selama beberapa detik. Lama timer bisa diadjust melalui trimpot RV2. Ketika adjuster kepekaan pada RV1 tidak terlalu berpengaruh maka masih bisa disetting pada timer off delay-nya. Kelebihan rangkaian ini bisa lebih stabil dibandingkan dengan rangkaian pertama dan kedua. Walaupun rentang adjuster kepekaan sensor terhadap cahaya sangat sedikit, namun sudah bisa tercover oleh adjuster timer.
Kekurangan rangkaian semakin banyak, yang membuat dimensi PCB akan semakin besar.
Komponen yang Digunakan:
LDR1: LDR (Light Dependent Resistor)
RV1: Trimpot 10K
RV2: Trimpot 100K
R1: 1MΩ/0,5W
R2: Resistor 10Ω/1W
R3,R4: Resistor 5KΩ/0,5W
R5: Resistor 220Ω/0,5W
R6: Resistor 1KΩ/0,5W
R7: 6,8KΩ
R8: 470Ω
Q1,Q3: Transistor NPN BC547
Q2: MOSFET TK7A60W
D1: Dioda 1N4001
D2, D3, D4, D5: 1N4007
D6, D7: Dioda Zener 1N4742A
C1: Kapasitor Millar 2,2µF/400V
C2: Kapasitor ELCO 220µF/250V
C3: Kapasitor ELCO 47µF/16V
U1: Optocoupler PC817
U2: IC TIMER 555
VR1: VARISTOR 220V
RT1: NTC 0,8A
RL1: Relay 12VDC
L1: Lampu 220VAC
FUSE: 500mA
4. Rangkaian Gabungan menggunakan OP-Amp 741 dan Timmer Off Delay 555
Rangkaian ke-empat ini dimaksudkan untuk mengatasi kekurangan performa kerja dari rangkaian satu, dua, dan tiga. Dengan menggabungkan prinsip kerja dari rangkaian komparator OP-AMP dan rangkaian timer off delay 555, maka kepekaan sensor akan lebih mudah diatur. Selain itu saya coba mengganti optocoupler PC817 dengan MOC3021, yang bertujuan agar rangkaian bisa bekerja lebih stabil.
Keunggulan : Untuk performa dari rangkaian cukup bisa diandalkan untuk membuat sakelar lampu otomatis. Karena telah disempurnakan dari rangkaian sebelumnya.
Kelemahan : Dimensi PCB menjadi lebih besar dan biaya perakitan menjadi lebih mahal karena ada banyak tambahan komponen. Berikut ini skematiknya:
LDR1: LDR (Light Dependent Resistor)
RV1: Trimpot 20K
RV2: Trimpot 100K
R1: 1MΩ/0,5W
R2: Resistor 10Ω/1W
R3,R4: Resistor 5KΩ/0,5W
R5, R6: Resistor 10KΩ/0,5W
R7: 6,8KΩ
R8: 1KΩ
Q1,Q3: Transistor NPN BC547
Q2: MOSFET TK7A60W
D1: Dioda 1N4001
D2, D3, D4, D5: 1N4007
D6, D7: Dioda Zener 1N4742A
C1: Kapasitor Millar 2,2µF/400V
C2: Kapasitor ELCO 220µF/250V
C3: Kapasitor ELCO 47µF/16V
U1: Optocoupler MOC3021
U2: IC TIMER 555
VR1: VARISTOR 220V
RT1: NTC 0,8A
RL1: Relay 12VDC
L1: Lampu 220VAC
FUSE: 500mA
Kesimpulan
Secara umum rangkaian ini bekerja dengan cara mendeteksi intensitas cahaya yang diterima oleh LDR. Kemudian dikonversi menjadi besaran tegangan listrik yang dilanjutkan sesuai desain rangkaian komponen untuk mengendalikan relay.
Dari rangkaian pertama sampai ke-empat bisa disimpulkan bahwa semakin kita menginginkan kinerja yang baik pada rangkaian sakelar otomatis sensor cahaya maka akan semakin banyak komponen pendukung yang diperlukan. Tentunya hal tersebut akan berpengaruh terhadap dimensi rangkaian dan biaya perakitan. Rangkaian dari nomor satu sampai nomor dua pun tetap bisa dimanfaatkan bahkan masih banyak dijual di pasaran. Dengan adanya berbagai variasi rangkaian kita bisa memilih opsi rangkaian sesuai kebutuhan dan nilai ekonomisnya.
Rangkaian sakelar lampu otomatis dengan sensor cahaya pada artikel ini, merupakan gabungan dari beberapa rangkaian elektronika dasar analog yang telah dibahas di artikel sebelumnya. Beberapa rangkaian yang tergabung pada rangkaian sakelar lampu otomatis ini diantaranya adalah: rangkaian power supply, rangkaian resistor pembagi tegangan, rangkaian Komparator OP-AMP, rangkaian switching transistor BJT, rangkaian relay, rangkaian optocoupler, dan rangkaian timer. Rangkaian ini bisa juga nantinya dikembangkan untuk kebutuhan lain atau bisa juga untuk rangkaian tambahan, misal untuk dihubungkan ke sistem digital seperti mikrokontroler arduino.
Dengan memahami prinsip kerja rangkaian ini, sedikitnya kita juga dapat memahami prinsip kerja dasar dari sebuah sistem otomatis.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar