PROJECT MODUL 4
MODUL 4 SISTEM DIGITAL
MODUL 4
K Kebutuhan akan sistem penyiraman tanaman yang efisien dan otomatis semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi dan kesadaran masyarakat terhadap pentingnya efisiensi air serta perawatan tanaman yang berkelanjutan. Pada umumnya, proses penyiraman tanaman masih dilakukan secara manual oleh manusia, yang sering kali tidak teratur baik dari segi waktu maupun jumlah air yang digunakan. Hal ini dapat menyebabkan tanaman menjadi terlalu kering atau justru terlalu basah, sehingga pertumbuhannya tidak optimal.
U Untuk mengatasi permasalahan tersebut, diperlukan sebuah sistem kontrol penyiraman tanaman otomatis yang mampu bekerja secara mandiri dengan memanfaatkan berbagai sensor. Sistem ini menggunakan sensor soil moisture (sensor kelembaban tanah) untuk mendeteksi kondisi kelembaban tanah. Apabila tanah terdeteksi kering, maka sistem akan mengaktifkan pompa air untuk menyiram tanaman, dan pompa akan berhenti ketika kelembaban sudah mencapai batas tertentu.
S Selain itu, sistem juga dilengkapi sensor water level (sensor water tank) yang berfungsi untuk memantau ketinggian air dalam tangki. Dengan adanya sensor ini, pengisian air tangki dapat dilakukan secara otomatis ketika volume air berkurang, sehingga pasokan air untuk penyiraman selalu terjaga tanpa perlu pengisian manual.
S Sementara itu, sensor LDR (Light Dependent Resistor) digunakan untuk mendeteksi kondisi cahaya di sekitar sistem. Sensor ini berfungsi untuk menonaktifkan pompa air saat malam hari agar penyiraman hanya dilakukan pada siang hari ketika intensitas cahaya cukup tinggi dan proses fotosintesis tanaman berlangsung optimal.
D Dengan menggabungkan ketiga sensor tersebut, sistem ini mampu mengatur penyiraman tanaman secara otomatis, efisien, dan cerdas. Selain meminimalisir pemborosan air, sistem ini juga mengurangi ketergantungan terhadap tenaga manusia serta menjaga tanaman tetap dalam kondisi ideal untuk tumbuh dengan baik.
1. Mengatur pengisian air tangki secara otomatis menggunakan sensor water tank.
2. Mendeteksi siang dan malam dengan sensor LDR untuk menonaktifkan pompa saat malam hari.
3. Mengukur kelembaban tanah menggunakan sensor soil untuk menyiram tanaman saat tanah kering.
Alat :
1. Voltmeter
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:
| Fungsi utama | Mengukur kuat arus listrik dalam satuan Ampere (A). |
| Jenis arus yang diukur | Arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) — tergantung tipe alat. |
| Skala pengukuran | Umumnya dari µA (mikroampere), mA (miliampere), hingga A (ampere). Misalnya: 0–1 A, 0–5 A, 0–10 A, dll. |
| Tegangan jatuh (burden voltage) | Harus kecil (biasanya < 0,2 V) agar tidak mengganggu rangkaian. |
| Tahanan dalam (internal resistance) | Sangat kecil (mendekati nol), umumnya beberapa mΩ (mili-ohm) sampai beberapa Ω tergantung jenisnya. |
| Tingkat ketelitian (accuracy class) | Umumnya antara ±0,5% hingga ±2% dari pembacaan penuh skala (full scale). |
| Jenis tampilan | Analog (jarum) atau digital (tampilan LCD/LED). |
| Sumber daya (untuk digital) | Biasanya menggunakan baterai 9 V atau catu daya eksternal 5–12 V DC. |
| Kisaran suhu operasi | Biasanya 0 °C – 50 °C (tergantung merek dan tipe). |
| Frekuensi kerja (untuk AC meter) | 45 Hz – 65 Hz (standar daya listrik AC). |
3. Lem Tembak
2. Soil Moisture Sensor
.jpeg)
Pin Out :
6. Transistor NPN 2n2222
Pin Out :
Spesifikasi :
 |
Water Level Fload Sensor
Water level float sensor atau sensor pelampung air adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian atau volume air di dalam suatu wadah, seperti tangki, sumur, atau reservoir. Prinsip kerjanya didasarkan pada gaya apung (Archimedes), di mana pelampung akan naik atau turun mengikuti permukaan air. Perubahan posisi pelampung ini digunakan untuk mengaktifkan atau menonaktifkan saklar listrik (switch) yang ada di dalam sensor.
Sensor ini sering digunakan dalam sistem otomatisasi pengisian atau pembuangan air, seperti:
-
Tangki air rumah tangga,
-
Sistem irigasi otomatis,
-
Pengendali banjir miniatur,
-
Rangkaian kontrol penyiram tanaman otomatis, dan lain-lain.
Float sensor bekerja berdasarkan perubahan posisi pelampung akibat naik turunnya permukaan air.
Di dalam sensor terdapat pelampung (float) yang berisi magnet, serta reed switch (saklar magnetik) yang tertanam di tabung atau pipa sensor.
Ketika air naik dan pelampung mendekati reed switch, medan magnet dari pelampung akan menutup kontak saklar, sehingga mengubah kondisi output dari OPEN ke CLOSE atau sebaliknya.
Kondisi ini bisa diterjemahkan oleh sistem mikrokontroler (misalnya Arduino) sebagai logika HIGH atau LOW.
Jika pelampung naik (air penuh) → saklar tertutup → output LOW → pompa berhenti.
Jika pelampung turun (air habis) → saklar terbuka → output HIGH → pompa aktif untuk mengisi tangki.
Soil Mosture Sensor
Soil moisture sensor atau sensor kelembaban tanah adalah alat elektronik yang digunakan untuk mengukur kadar air (kelembaban) yang terkandung di dalam tanah. Sensor ini banyak digunakan dalam bidang pertanian cerdas (smart farming), otomasi penyiraman tanaman, serta penelitian tanah dan lingkungan, karena mampu memberikan informasi seberapa basah atau kering tanah tersebut.
Dalam sistem otomatisasi, nilai kelembaban tanah digunakan sebagai dasar pengendalian pompa air atau sistem irigasi, sehingga penyiraman hanya dilakukan ketika tanah benar-benar kering, dan berhenti ketika kelembaban tanah sudah cukup.
Sensor kelembaban tanah bekerja berdasarkan konduktivitas listrik tanah — yaitu kemampuan tanah menghantarkan arus listrik.
Tanah yang lembab mengandung banyak air, sehingga daya hantar listriknya tinggi (resistansinya rendah).
Sebaliknya, tanah yang kering memiliki daya hantar listrik rendah (resistansinya tinggi) karena air yang bersifat konduktor berkurang.
Sensor ini biasanya terdiri dari dua elektroda logam (probe) yang dimasukkan ke dalam tanah. Ketika tegangan diberikan di antara kedua probe tersebut, arus listrik yang mengalir tergantung pada kadar air tanah. Sinyal listrik ini kemudian diubah menjadi tegangan analog (0–5 V) yang mewakili tingkat kelembaban.
Tanah basah → resistansi kecil → tegangan output rendah
Tanah kering → resistansi besar → tegangan output tinggi
LDR Sensor
LDR (Light Dependent Resistor) atau fotoresistor adalah salah satu jenis sensor cahaya yang nilai resistansinya berubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterimanya.
-
Ketika cahaya terang (siang hari) → resistansi LDR menurun.
-
Ketika gelap (malam hari) → resistansi LDR meningkat.
Prinsip kerja LDR didasarkan pada efek fotokonduktivitas — yaitu kemampuan material semikonduktor untuk mengubah resistansi listriknya saat terkena cahaya.
-
Saat terkena cahaya:
Foton dari cahaya memberikan energi kepada elektron di dalam bahan semikonduktor (biasanya kadmium sulfida, CdS), sehingga elektron bebas berpindah dari pita valensi ke pita konduksi.
Akibatnya, jumlah elektron konduksi meningkat, dan resistansi turun drastis. -
Saat gelap:
Tidak ada energi foton yang cukup untuk menggerakkan elektron ke pita konduksi, sehingga resistansi menjadi sangat tinggi (puluhan kilo-ohm hingga mega-ohm).
.jpg)
Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.
Kapasitas Pengalihan Maksimum:
Motor DC
Resistor
Transistor NPN adalah salah satu jenis transistor Bipolar Junction Transistor (BJT) yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor — yaitu N, P, dan N. Transistor ini memiliki tiga terminal utama, yaitu:
-
Basis (B) – terminal pengendali,
-
Emitor (E) – terminal pengeluar arus,
-
Kolektor (C) – terminal penerima arus.
Transistor NPN berfungsi sebagai penguat (amplifier) maupun saklar (switch) dalam rangkaian elektronik.
Dalam sistem kontrol otomatis seperti penyiraman tanaman, transistor sering digunakan sebagai driver untuk mengendalikan pompa air, relay, atau LED berdasarkan sinyal dari sensor.
Transistor NPN tersusun dari dua lapisan semikonduktor tipe N yang dipisahkan oleh satu lapisan P (sebagai basis).
Arah panah pada simbol transistor NPN menunjukkan aliran arus dari emitor ke luar (arah arus konvensional).
Transistor NPN bekerja berdasarkan arus kecil di basis (IB) yang mengontrol arus besar antara kolektor dan emitor (IC).
🔹 Kondisi Kerja:
-
Transistor Cut-off (OFF)
-
Tegangan basis–emitor
-
Tidak ada arus basis → transistor tidak menghantarkan → arus kolektor ≈ 0
-
Transistor berfungsi sebagai saklar terbuka (OFF)
-
-
Transistor Aktif (Amplifier Region)
-
Tegangan basis–emitor
-
Arus basis kecil menghasilkan arus kolektor besar
-
Berlaku hubungan:
di mana adalah penguatan arus (current gain), biasanya antara 100–300.
-
-
Transistor Jenuh (ON)
-
Tegangan basis–emitor cukup besar (≥ 0.7V)
-
Transistor menghantarkan penuh → arus kolektor maksimum
-
Transistor berfungsi sebagai saklar tertutup (ON)
-
4. Persamaan Dasar Transistor NPN
di mana:
-
= arus emitor,
-
= arus kolektor,
-
= arus basis,
-
= penguatan arus transistor.
5. Fungsi Transistor NPN dalam Rangkaian
-
Sebagai Saklar (Switch)
Transistor digunakan untuk menghidupkan atau mematikan beban, seperti motor DC, relay, atau pompa air.-
Saat basis mendapat sinyal (HIGH) → transistor ON, arus mengalir dari kolektor ke emitor → beban aktif.
-
Saat basis tidak mendapat sinyal → transistor OFF, beban mati.
-
-
Sebagai Penguat Sinyal (Amplifier)
Transistor memperkuat arus atau tegangan sinyal kecil menjadi lebih besar.
Contoh: dalam rangkaian sensor analog. -
Sebagai Driver atau Interface Mikrokontroler
Digunakan untuk menghubungkan perangkat dengan arus besar (seperti relay/pompa) ke sistem kontrol seperti Arduino atau IC komparator.
Kedua rangkaian Op-Amp pada gambar, baik yang terhubung ke Sensor cahaya maupun ke Sensor kelembaban tanah, beroperasi sebagai komparator tegangan.
Cara Kerja
Komparator adalah rangkaian Op-Amp yang membandingkan dua tegangan input dan menghasilkan output yang bergantung pada input mana yang lebih besar.
Jika tegangan input non-pembalik ($V_+$) lebih besar dari tegangan input pembalik ($V_-$), output Op-Amp akan menjadi tinggi (mendekati $V_{cc}$ atau logika 1).
Jika tegangan input non-pembalik ($V_+$) lebih kecil dari tegangan input pembalik ($V_-$), output Op-Amp akan menjadi rendah (mendekati $V_{ee}$ atau logika 0).
Rangkaian Sensor Cahaya
Op-Amp ini membandingkan tegangan dari Sensor Cahaya (LDR) (yang terhubung ke salah satu input) dengan tegangan referensi $V_{Ref}$ (yang terhubung ke input lainnya).
Output-nya digunakan untuk mengontrol logika waktu siang/malam.
Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah
Op-Amp ini membandingkan tegangan dari Sensor Kelembaban Tanah dengan tegangan referensi $V_{Ref}$.
Output-nya digunakan untuk mengaktifkan/menonaktifkan Pompa penyiram tanaman.
Gerbang And
 Gambar Rangkaian Dasar dan Simbol Gerbang AN | |||
| Tabel Kebenaran Gerbang AND |
A | B | Y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Gerbang AND merupakan gerbang logika yang menggunakan operasi perkalian. Bisa dilihat pada tabel diatas bahwa keluaran akan bernilai 1 jika semua nilai input adalah 1, dan jika salah satu atau lebih input ada yang bernilai nol maka output akan bernilai nol.
Gerbang NOT
Gambar Rangkaian Sederhana dan Simbol Inverter
A |
|
| |
0 | 1 | ||
1 | 0 |
Gerbang NOT merupakan gerbang yang di mana keluarannya akan selalu berlawanan dengan masukannya.
A | B | Y |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
IC 7447 adalah BCD to 7-Segment Decoder/Driver, yaitu rangkaian logika digital yang berfungsi untuk mengubah sinyal BCD (Binary Coded Decimal) menjadi kode tampilan yang dapat menyalakan display 7-segmen tipe common anode.
IC ini termasuk dalam keluarga TTL (Transistor-Transistor Logic) seri 74xx dan banyak digunakan dalam rangkaian penghitung digital, jam digital, kalkulator, dan sistem penampil angka.
IC 7447 mengonversi kode BCD 4-bit (0000–1001) menjadi kode aktivasi segmen (a–g) untuk menampilkan angka 0–9 pada 7-segment display.
Jika input BCD lebih dari 1001 (9 desimal), maka keluaran tidak terdefinisi (menampilkan angka acak).
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
Langkah - Langkah Percobaan :
I. Persiapan Skema Rangkaian di Proteus
Mulai Proyek Baru: Buka Proteus ISIS dan buat proyek skema baru.
Ambil Komponen (Pick Devices): Cari dan masukkan semua komponen yang diperlukan ke dalam lembar kerja, seperti:
Mikrokontroler: (Jika U7, U6, dan U5 adalah IC logika diskrit, ambil yang sesuai, misal: IC 74xx/CD4xxx, atau jika itu IC mikrokontroler seperti PIC/Arduino, ambil modelnya). Berdasarkan gambar, U5, U6, U7 kemungkinan adalah IC Counter dan Decoder (misalnya 40110 atau 74HC4511 dan 74HC192).
Op-Amp: (Misalnya LM358, LM324, atau yang sesuai).
Transistor: (Q1, Q2, Q3, Q4, biasanya NPN seperti BC547).
Sensor:
LDR (Sensor Cahaya): (Ambil LDR atau Photoresistor).
Soil Moisture Sensor: (Gunakan terminal atau sumber tegangan variabel untuk mensimulasikan outputnya).
Water Tank / Sensor Ketinggian: (Gunakan probe atau saklar logika untuk mensimulasikan Logika 1/0).
Output: Motor/Pompa (Gunakan DC Motor sebagai simulasi pompa), 7-Segment Display.
Komponen Pasif: Resistor (R), Kapasitor (C), Dioda (D).
Hubungkan Rangkaian: Sambungkan semua komponen sesuai dengan skema yang Anda miliki. Pastikan semua pin Op-Amp, IC Logika (U5, U6, U7), transistor, dan resistor terhubung dengan benar, termasuk sumber tegangan ($V_{cc}$/V+ dan GND).
Atur Nilai Komponen: Atur nilai Resistor (R1, R2, dll.) dan tentukan nilai Tegangan Referensi ($V_{Ref}$) menggunakan potensiometer atau sumber tegangan tetap.
II. Langkah-Langkah Simulasi dan Pengujian
Setelah skema selesai, lakukan pengujian di Proteus dengan langkah-langkah simulasi berikut:
A. Pengujian Logika Siang/Malam (Sensor Cahaya)
Simulasikan Malam Hari (Gelap):
Prosedur: Atur nilai LDR (simulasikan gelap) sehingga tegangan input Op-Amp pada $V_+$ lebih tinggi dari $V_{Ref}$.
Observasi: Output Op-Amp harus mengaktifkan sinyal reset ke IC counter/display (U5, U6, U7). Perhatikan bahwa 7-Segment Display di-reset ke '0'. Pompa penyiram juga harus nonaktif.
Simulasikan Siang Hari (Terang):
Prosedur: Atur nilai LDR (simulasikan terang) sehingga tegangan input Op-Amp pada $V_+$ lebih rendah dari $V_{Ref}$.
Observasi: Output Op-Amp harus melepaskan sinyal reset. 7-Segment Display harus siap menghitung.
B. Pengujian Kontrol Pompa Sumur (Sensor Ketinggian Air)
Simulasikan Tangki Kosong (Logika 1):
Prosedur: Atur input dari sensor ketinggian air ke Logika 1 (Tinggi).
Observasi: Transistor Q4 harus aktif, dan Pompa Sumur (DC Motor) harus berputar.
Simulasikan Tangki Penuh (Logika 0):
Prosedur: Atur input dari sensor ketinggian air ke Logika 0 (Rendah).
Observasi: Transistor Q4 harus nonaktif, dan Pompa Sumur (DC Motor) harus berhenti.
C. Pengujian Kontrol Penyiraman (Sensor Kelembaban Tanah)
Simulasikan Tanah Kering (Kelembaban Rendah):
Prosedur: Atur input tegangan dari Sensor Kelembaban sehingga tegangan lebih rendah dari $V_{Ref}$ (simulasi $\text{< } 30\%$).
Observasi: Output Op-Amp harus Logika 1. Cek apakah Transistor Q2 aktif, dan Pompa Penyiram Tanaman (DC Motor) berputar.
Tambahan: Perhatikan bahwa pulsa aktivasi Pompa ini harus memicu IC Counter (U7), sehingga angka pada 7-Segment Display bertambah 1 (misalnya dari 0 menjadi 1).
Simulasikan Tanah Lembab (Kelembaban Memadai):
Prosedur: Atur input tegangan dari Sensor Kelembaban sehingga tegangan lebih tinggi dari $V_{Ref}$ (simulasi $\text{> } 30\%$).
Observasi: Output Op-Amp harus Logika 0. Pompa Penyiram Tanaman (DC Motor) harus berhenti.
Uji Batas Siklus:
Prosedur: Ulangi langkah C.1 hingga 7-Segment Display menunjukkan angka 3.
Observasi: Pada saat 7-Segment mencapai '3', logika AND (U5.B) harus mencegah sinyal dari Op-Amp mengaktifkan Pompa Penyiram. Pompa Penyiram Tanaman harus tetap MATI, meskipun input dari sensor kelembaban masih menunjukkan tanah kering.
Tambahan: Lakukan simulasi malam hari (Langkah A.1) untuk memastikan penghitung di-reset ke 0 setelah siklus batas tercapai.
.png){kind=logo}
Komentar
Posting Komentar