PENGESAHAN TUGAS

1. Judul Kegiatan : Sensor PIR2. Bidang Kegiatan : Tugas Mini Proyek3. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap : Muhammad Yusuf Saifullohb. NIM : 125874242c. Jurusan : Teknik Elektrod. Universitas : Universitas Negeri Surabayae. Alamat Rumah / No. Telepon : Dsn. Tesan 009/005 Ds.Tritunggal,

Babat – Lamongan / 085731377726f. Alamat Email : m.yusuf_saifulloh@yahoo.co.id

4. Anggota Pelaksana Kegiatan : 1 orang5. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Bambang Suprianto, M.T.b. NIP : 196103251987011001c. Alamat Rumah / No. Telepon : Wiguna 7/20 – Surabaya /

08123066420, 0815992080d. Alamat Email : bangjosp@yahoo.com

6. Jangka Waktu Pelaksanaan : Paling lambat sebelum UAS

Disetujui oleh,

Dr. Bambang Suprianto, M.T. (196103251987011001)

1

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan rahmat serta karunia–Nya sehingga penulis telah menyelesaiakan

makalah ini tepat pada waktunya. Makalah Rangkaian Elektronika Analog.

Materi dalam makalah ini sudah diurutkan sesuai dengan kapasitasnya masing

– masing, sehingga Mahasiswa insya Allah dapat dengan mudah memahami.

Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan, karena pengalaman yang kami

miliki sangat kurang. Oleh kerena itu kami menerima untuk pemberian saran dan

kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan Makalah ini.

Akhir kata, penulis sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah

berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga

Tuhan Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin.

Surabaya, 18 April 2014

Penulis

2

DAFTAR ISI

Pesahan Tugas ................................................................................. 1

Kata Pengantar ................................................................................. 2

Daftar Isi ................................................................................. 3

Bab 1Pendahuluan1.1 Abstrak ................................................................................. 41.2 Latar Belakang Masalah ................................................................................. 61.3 Rumusan Masalah ................................................................................. 71.4 Tujuan ................................................................................. 71.5 Kegunaan Program ................................................................................. 7

Bab 2Gambar Rencana Rangkaian2.1 Aplikasi ................................................................................. 82.2 Skema Rangkaian ................................................................................. 82.3 Daftar Komponen

................................................................................. 82.4 Prinsip Kerja Rangkaian ................................................................................. 92.5 Blok Diagram ............................................................................... 13

Bab 3Penutup3.1 Kesimpulan ............................................................................... 153.2 Saran ............................................................................... 15

3

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Abstrak

Cahaya merupakan suatu bentuk radiasi dari gelombang elektromagnetik

yang ada pada prinsipnya sama dengan gelombang radio, misalnya infrared ,

ultraviolet, dan sinar x. Pada dasarnya yang membedakannya adalah panjang

gelombang dan frekuensinya. Panjang gelombang dari cahaya tampak adalah

antara 400 nm hingga 800 nm, dan ultraviolet mempunyai panjang gelombang

lebih pendek dari 400 nm. Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang

dapat dirumuskan dengan persamaan sbb :

Rumus C = λ . f

Keterangan :

C adalah kecepatan cahaya (3.108 m /s)

λ adalah panjang gelombang (meter)

f adalah frekuensi (Hertz)

Radiasi inframerah berada pada spectrum elektromagnetik dengan panjang

gelombang lebih besar dari cahaya tampak.

4

Inframerah merupakan radiasi yang tidak tampak pada daerah spectrum

elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang 75 nm sampai 1000 μm.

Radiasi inframerah tidak dapat dilihat tapi dapat dideteksi. Benda yang dapat

memancarkan panas berarti memancarkan radiasi inframerah. Benda – benda ini

termasuk makhluk hidup seperti binatang dan manusia.

Tubuh manusia dan binatang dapat memancarkan radiasi inframerah terkuat

yaitu pada panjang gelombang 9,4μm. Radiasi inframerah yang dipancarkan oleh

tubuh manusia yang dideteksi oleh sensor PIR.

Jadi ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap

pancaran sinar inframerah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang

memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan, sehingga menyebabkan material

pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang

dibawa oleh sinar inframerah pasif tersebut. Kemudian sebuah amplifier yang ada

menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga

menghasilkan output.

Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka

sensor PIR akan menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh

manusia tersebut. Panjang gelombang yang konstan ini menyebabkan energi

panas yang dihasilkan dapat digambarkan hampir sama pada kondisi lingkungan

disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan, maka tubuh manusia itu

akan menghasilkan pancaran sinar inframerah pasif dengan panjang gelombang

yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang menyebabkan sensor

merespon dengan cara menghasilkan arus pada material Pyroelectricnya dengan

5

besaran yang berbeda beda. Karena besaran yang berbeda inilah

comparatormenghasilkan output.

Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output apabila sensor ini

dihadapkan dengan benda panas yang tidak memiliki panjang gelombang

inframerah antar 8 sampai 14 mikrometer dan benda yang diam seperti sinar

lampu yang sangat terang yang mampu menghasilkan panas, pantulan objek benda

dari cermin dan suhu panas ketika musim panas.

1.2 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan akan listrik memang tidak dapat di tolak lagi. Hampir semua

peralatan rumah mengggunakan listrik sebagai sumber daya. Tidak bisa di

pungkiri juga,biaya yang kita keluarkan juga semakin besar. Sebagai contoh

penggunaan lampu kamar tidur yang menyala mulai pukul 5 sore sampai 6 pagi.

Rata-rata lampu tersebut memiliki daya sebesar 15 watt bahkan lebih. Jika di

hitung dengan menggunakan :

Daya pakai perbulan = ( n x P x t ) x 30 hari

Keterangan : n adalah jumlah lampu

P adalah daya

t adalah lama pemakaian

Maka dengan memasukkan nilai dengan menggunakan rumus diatas (1 x 15 x

13) x 30 hari dan menghasilkan daya perbulan sebesar 5,85Kwh. Kita bisa

menghitung biaya listrik perbulan menggunakan :

Biaya Listrik Perbulan = Biaya Pakai (Daya Pakai Perbulan x Biaya

Listrik perKwh) + PPJ (10 % x Biaya Pakai) +

Biaya Beban

Dimana biaya beban = Rp 1 x 8.000,00 dan biaya per Kwh = Rp 720,00.

Maka biaya yang harus kita keluarkan perbulan hanya untuk satu kamar adalah :

(5,85 x Rp 720,00) + (10% x Biaya Pakai) + Rp 18.000,00 = Rp 22.633,00.

Padahal selama 13 jam tersebut kita tidak selalu berada di kamar. Itu artinya

lampu kamar menyala walaupun di dalam ruangan tersebut tidak ada orang.

Untuk menyikapi hal tersebut, di gunakanlah teknologi sensor PIR yang akan

mendeteksi keberada orang di dalam suatu ruangan tertentu. Dengan

6

menggunakan sensor PIR, dapat menghemat nyala lampu. Misal seseorang masuk

ke kamar mulai pukul 00.00 – 05.00. Ini berarti waktu nyala lampu kamar hanya 5

jam, maka : (1 x 15 x 5) x 30 hari = 2,25 Kwh. Dan biaya yang di keluarkan :

(2,25 x Rp 720,-) + (10% x Biaya Pakai) + Rp 18.000,- = Rp 19.782,-

Besarnya efisiensi dapat di hitung :

(Biaya Listrik Sebelumdi Pasang Sensor PIR−Biaya Listrik Setelah di Pasang Sensor PIR)Biaya Listrik Sebelumdi Pasang Sensor PIR

x 100 %

Hasil Perhitungan :

22.633−19.78222.633

x 100 % = 12,6%

Ini berarti, dengan menggunakan sensor PIR kita bisa menghemat biaya listrik

sebesar 12,6 %.

1.3 Rumusan Masalah

a. Bagaimana cara menghemat biaya listrik perbulan?

b. Bagaimana cara kerja dari sensor PIR?

c. Sebesar apa efisiensi setelah menggunakan sensor PIR?

1.4 Tujuan

a. Memenuhi tugas mata kuliah Rangkaian Elektronika Analog dan Digital.

b. Untuk mengaplikasikan ilmu pengetahuan yang diperoleh dari

perkuliahan terhadap realita.

c. Membuat dan mengetahui cara kerja Sensor PIR(Passive Infrared

Receiver).

d. Pengembangan kreatifitas mahasiswa dalam bidang Elektonika Analog.

1.5 Kegunaan Program

Bagi mahasiwa : untuk meningkatkan dan melatih kreatifitas mahasiswa

dalam menemukan alat yang berguna secara umum di masyarakat.

Bagi masyarakat : masyarakat bisa menggunakan teknologi ini untuk

membantu aktivitas sehari – hari.

7

BAB 2

GAMBARAN RENCANA RANGKAIAN

2.1 Aplikasi

Aplikasi sensor PIR sangat banyak, tergantung kita memanfaatkanya untuk

apa saja. Setiap pendeteksi terhadap gerakan manusia dapat digunakan sensor

PIR, seperti :

Pembuka pintu otomatis

Pengendali kran wudhu

Pengaman rumah

Bel pintu otomatis, dll

2.2 Skema Rangkaian

2.3 Daftar Komponen

IC LM324 1 buah

Resistor 10K 3 buah

Resistor 1 K 3 buah

VR 100K 1 buah

Kapasitor 4700uF 1 buah

Transistor 9014 1 buah

8

Transistor BC107 1 buah

Dioda 1 A 1 buah

Relay 1 buah

2.4 Prinsip Kerja Rangkaian

PIR(Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan

infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR

LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai

dengan namanya Passive, sensor ini hanya merespon energy dari pancaran

inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda

yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.

Karena output PIR tidak lebih dari 5 volt, maka perlu penguat untuk

menguatkan tegangan output PIR. Dimana digunakan Op-Amp sebagai penguat

non – inverting. Dengan menggunakan rumus :

RfRs

+1

Keterangan :

Rf adalah R feedback

Rs adalah R seri

Maka ditemukanlah penguatan sebesar 11x, jadi jika output PIR yang masuk

pada kaki positif sebesar 1 volt, output dari penguatan adalah sebesar 11 Volt.

9

Setelah dikuatkan masuk pada rangkaian Op-Amp sebagai comparator.

Digunakannya comparator untuk dilakukan perbandingan akan adanya manusia

atau tidak, ketika output dari penguat tidak lebih dari tegangan referensi maka

output Op-Amp akan low dan tidak akan memicu aktuator aktif. Ketika output

penguat lebih dari tegangan referensi maka output comparator akan high, hal ini

akan memicu aktuator aktif. Untuk menghitung tegangan referensi dapat

digunakan rumus :

VRVR+ R 3

∗Vin

Maka ditemukan tegangan referensi sebesar 9,33 volt. Ketika output

comparator high, hal ini membuat transistor pertama saturasi yang akan mulai

mengisi kapasitor sebesar 4700 uF, yang mana kapasitor ini yang menentukan

seberapa lama aktuator aktif, dengan memanfaatkan pengisian dan pengosongan

kapasitor.

Di dalam sensor PIR ini terdapat bagian – bagian yang mempunyai perannya

masing – masing, yaitu Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric Sensor, Amplifier,

dan Comparator.

Fresnel Lens

Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan

sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar.

Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan

mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari

pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan

utama. Namun kini, lensa Fresnel pada mobil telah ditiadakan diganti

dengan lensa plain polikarbonat. Lensa Fresnel juga berguna dalam

pembuatan film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan

sinar terang, tetapi juga karena intensitas cahaya yang relative konstan

diseluruh lebar berkas cahaya.

IR Filter

IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang

sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang

gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9

10

sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor.

Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.

Pyroelectric Sensor

Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat

celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada

lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap

oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini

sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium

nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik.

Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar

inframerah pasif ini membawa energi panas.

Material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya

energy panas yang dibawa oleh infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir

sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari

mengenai solar cell.

Amplifier

Sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus yang masuk pada

material pyroelectric.

Comparator

Seterlah dikuatkan oleh amplifier kemudian arus dibandingkan oleh

comparator sehingga mengahasilkan output.

Gambar blok diagram Sensor PIR

11

Cara kerja pembacaan sensor PIR

Pancaran infra merah masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor

pyroelektrik, karena sinar infra merah mengandung energi panas maka sensor

pyroelektrik akan menghasilkan arus listrik. Sensor pyroelektrik terbuat dari

bahan galium nitrida (GaN), cesium nitrat (CsNo3) dan litium tantalate (LiTaO3).

Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog

oleh sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan

oleh komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit).

Jadi sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0 saat sensor tidak

mendeteksi adanya pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra

merah. Sensor PIR didesain dan dirancang hanya mendeteksi pancaran infra

merah dengan panjang gelombang 8 – 14 mikrometer. Diluar panjang gelombang

tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu

badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang

antara 9 – 10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang gelombang

tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. (Secara umum sensor PIR memang

dirancang untuk mendeteksi manusia)

Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energy panas yang dihasilkan dari

pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda

diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira – kira 32

derajat celcius, yang merupakan sushu panas yang khas yang terdapat pada

lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh

Pyroelectric Sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga

menyebabkan Pyroelectric Sensor yang terdiri dari gallium nitride, caesium nitrat

,dan litium tantalite menghasilkan arus listrik.

12

2.5 Blok Diagram

Keterangan :

Op-Amp sebagai Penguat

Setelah sensor mendeteksi adanya manusia, maka sensor akan berlogika satu,

output sensor ini akan dikuatkan oleh op-amp sebagai penguat yaitu penguat non

inverting, besarnya penguatan dapat dihitung dengan rumus R Feedback dibagi

dengan R input, disini digunakan R feedback sebesar 10K dan R input sebesar 1K,

maka besarnya penguatan yaitu 10X. jika output sensor PIR 1 Volt, maka setelah

masuk pada penguatan output menjadi 10 Volt (1 X 10 = 10 Volt).

Op-Amp Sebagai Comparator

Disini diperlukan komparator untuk membandingkan bahwa adanya manusia

atau tidak, disini diperlukan komparator agar yang dideteksi adalah manusia saja,

mengingat semua benda mengeluarkan sinar infra red yang berbeda, maka

diperlukan filter untuk membedakannya.

Setelah keluar dari penguat, maka terjadi perbandingan antara input positif

dan negatif op-amp, apabila input positif op-amp lebih dari input negatif maka

output akan berlogika high ‘1’, tapi jika input negatif lebih dari input positif,

maka output op-amp akan berlogika low ‘0’. Sensitifitas ini bisa diatur dengan

mengatur nilai variabel resistor, yang terdapat pada input negatif op-amp.

Actuator

Setelah dibandingkan, dan logika dari op-amp sebagai comaprator high, maka

masuk pada actuator (penggerak), disini digunakan relay, karena output op-amp

13

mempunyai arus yang kecil tidak mampu menyangga beban yang berat. Relay ini

dikendalikan oleh transistor sebagai saklar, yang dikendalikan dari logika output

op-amp sebagai komparator. Ketika op-amp comaprator high, maka basis pada

transistor pertama akan terdapat tegangan, sehingga memicu aliran arus dari

kolektor ke emitor, karena terpicunya transistor pertama membuat terpicunya

transistor kedua. Ketika ada aliran arus dari kolektor ke emitor pada transistor

pertama, maka basis pada transistor kedua juga terdapat arus, sehingga transistor

kedua aktif. Karena transistor kedua aktif, maka relay pun akan aktif, dan

menghidupkan LED sebagai output.

14

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan pengamatan yang sudah kami lakukan diatas. Dapat

kami simpulkan, bahwa dengan menggunakan kecanggihan teknologi sensor

PIR bisa menjadikan motivasi dalam kemajuan teknologi masa kini atau bisa

dikatakan lebih praktis. Disamping itu, sensor PIR dapat bermanfaat dalam

kehidupan modern saat ini karena sensor PIR memiliki efisiensi listrik yang

cukup tinggi, dimana sensor PIR ini dapat menghemat konsumsi listrik yang

digunakan.

3.2 Saran

Dengan ini penulis mengharapkan agar adanya pengembangan penelitian

lebih lanjut yang menjadikan teknologi sensor PIR lebih efisien dan praktis

dari sebelumnya. Hal tersebut yang akan menjadikan nilai jual yang tinggi

dan semakin berkembangnya teknologi masa depan.

Driver PIR

Sensor PIR respon lama, pertama persiapan, kedua pengenalan sinar infra red

lingkungan sekitar, ketiga pengenalan infra red manusia.

Secara umum, output PIR tidak lebih dari 3 volt, untuk itu diperlukan

penguat, disini kami menggunakan konfigurasi Op-Amp non-inverting.

Masuk ke driver PIR karena output PIR 1010 makadibutuhkan delay 1

dengan 1 agar wktu mendeteksi manusia tidak mati maka menggunakan

kapasitor 4700microfarad.

Setelah masuk driver langsung saya masukkan ke output. Outpunya buzzer,

Display LED menggunakan konfigurasi NE555 fungsi astable.

Fungsi NE555 :

1. Monostabel : Hanya memiliki 1 kondisi stabel

2. Bistabel : Memiliki 2 kondisi stabel

15

3. Astable : Tidak memiliki kondisi stabel. Makanya outpunya 1010

4. IC LM324 : IC op-Amp digunakan penguat, jadi tegangan masuk

dikuatkan.

16