PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF UNTUK

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 sensor

Processing unit

aktuator

kontroller

rr

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

1 Proceeding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS

arus, tegangan, amplitudo, atau frekuensi. Device yang bertanggung jawab terhadap ini biasa disebut sebagai tranduser.

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 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 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=𝑘

𝑞1 𝑞2

(1) 𝑟2 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 𝑞 dituliskan dalam persamaan E=F q’ atau 𝐸 = 𝑘 2 , dengan E 𝑟 dalam satuan (N/C) 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.

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.

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

(8)

𝑉

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] 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:

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.

(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

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
𝑉=

𝑉0 𝐾

(10)

Sehingga kapasitansi kapasitor dengan dielektrik adalah


C=

Q0 𝑉

=

𝐾 𝑄0 𝑉0

Berikut ini tabel konduktivitas listrik dari beberapa bahan

= KC0, artinya C > C0. [12]

Table 2: Nilai konduktivitas beberapa bahan[7].

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 1 resistivitas listrik ρ atau bias disebut resistivitas saja, yaitu ρ= 𝝈 [6].

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

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

Gambar 7: Kemungkinan posisi 1 plat konduktor 

Kemungkinan posisi 2 seperti gambar dibawah

(12) Dengan duty cycle (13)

Dari persamaan 12 diketahui jika nilai C1 berubah maka frekuensi juga berubah. Skematik rangkaiannya seperti gambar dibawah

Gambar 8: Kemungkinan posisi 2 plat konduktor 

Kemungkinan posisi 3 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 9: Kemungkinan posisi 3 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 Tidak ada Ada Perubahan posisi dielektrik dielektrik kapasitansi (pF) (pF) (pF) 1 ±48 ± 50 ± 2 pF 2 ± 54.8 pF ± 57.6 pF ± 2.8 pF 3 ± 119 pF ± 168 pF ± 49 pF


Start

Input gelombang kotak Vmin=0 Volt,Vmax=5 Volt

Baca fekuensi selama 1 detik

Gambar 11: Skematik rangkaian minimum sistem 3.2.2. Driver Motor DC

Besarnya frekuensi <=TCNT1

tidak

ya

IC demux Tampilkan LCD nilai frekuensi (Hz)

End

Output ke motor DC Gambar 12: Rangkaian driver motor DC 3.2.3. Pintu Otomatis

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

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

Gambar 15: Cara pengujian proximity sensor didekati dengan seseorang yang mempunyai bobot tubuh berbeda Daerah pendekatan dapat dibagi seperti gambar dibawah


Supardi

72

2B 1B Ratarata 3A 2A 1A Ratarata

209 210 209,33

±27,421 ±27,430 ±27,400

250 251 251 250,660

± 25,530 ± 25,410 ±25,200 ±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. 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 Posisi Kapasita Frekuensi tubuh nsi (pF) (kHz) (kg) 3C 203 ± 28,760 2C 204 ± 28,700 1C 203 ± 28,720 Rata203.3 ±28,726 rata 3B 209 ± 27,760 2B 210 ± 27,700 1B 209 ± 27,610 Rata209,33 ±27,69 rata Firman MS 48 3A 248 ± 25,660 2A 250 ± 25,530 1A 247 ± 25,541 Rata248,33 ±25,577 rata 3C 204 ± 28,810 2C 204 ± 28,800 1C 204 ±28,510 Rata204 ±28,706 rata 3B 209 ±27,450 2B 210 ±27,321 Asrul Yanuar 58 1B 207 ±27,330 Rata208,66 ± 27,367 rata 3A 250 ± 25,540 2A 251 ± 25,420 1A 251 ± 25,100 Rata250,660 ± 25,35 rata 3C 204 ± 28,710 2C 204 ± 28,810 1C 204 ±28,720 Rata204 ±28,746 rata 3B 209 ±27,350

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 Udara

Jarak ke proximity sensor (cm) -

Nilai konstanta dielektrik 1,00059

Output frekuensi sensor (kHz) ± 28,520

Dua telapak 2 cm 80 ± 26,540 tangan penulis Kayu 2 cm 3,7 ±26,722 triplek 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. 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.

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

4.1.4.

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.



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

Penulis

Jarak ke proximity sensor (cm) ± 50 ± 20 ±7 Paling dekat (max)

3.

Nilai frekuensi (kHz) ± 28,625 ± 28,400 ±27,420 ±26,500

4.2.2. Uji posisi 2 Memberikan data seperti gambar dibawah

DAFTAR PUSTAKA [1].

..., “Analisis Sistem Sensor Infra Merah Pada Oil Mist Detector (OMD) di PLTD Lueng Bata Banda Aceh”, , 27 Oktober 2009.

[2].

Yasmanrianto “Listrik statis fisika dasar 2”. .

[3].

………”Kapasitordielektrik”.. 08/2008.

Table 7: Uji output frekuensi untuk posisi 2 Sample uji

Jarak ke proximity Nilai frekuensi sensor (cm) (kHz) ± 70 ±28,625 Penulis ±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.

Membuat frekuensi counter yang mampu menghitung frekuensi lebih dari 31 kHz, karena semakin tinggi frekuensi keluaran dari sensor akan menambah sensitivitas dari sensor.

[4]. …….”Konstantadielektrik”. 19/06/2009. [5]. ……..,”Ilmu bahan LIstrik dasar”,, 2009. [6]. ……,”konduktivitaslistrik”,, 2007. [7]. ……”ElectricalResistivity”.

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]


PERANCANGAN PROXIMITY SENSOR BERBASIS KAPASITIF UNTUK

Recommend Documents