Dispenser Hand Sanitizer Otomatis Dengan Infrared Proximity Sensor

Video

Video dapat diakses melalui link youtube berikut https://youtu.be/MFGqrGdV3ow atau melalui fitur embed link yang terdapat pada instructables.

Makalah

Jika membutuhkan format yang detail, terdapat makalah yang akan dilampirkan melalui link berikut https://drive.google.com/file/d/17aVo0qHpG5M4ntueJKa8ie-0HmXw6R8z/view?usp=sharing atau melalui fitur embed link yang terdapat pada instructables.

Latar Belakang

Kesadaran akan hidup sehat di era pandemi ini semakin naik. Salah satu hal yang menunjukkan argumen tersebut adalah hand sanitizer dan produk sanitasi menjadi produk yang paling banyak dicari masyarakat dengan peningkatan sebanyak 64,20%. Hal ini disebabkan oleh penyebaran COVID-19 yang dapat terjadi dari kontak fisik langsung dengan benda. Oleh karena itu, menjaga kebersihan diri selama masa pandemi COVID-19 seperti membersihkan tangan secara teratur dengan menggunakan sabun atau hand sanitizer sangatlah penting untuk mencegah penyebaran tersebut. Hal ini didukung oleh penjelasan World Health Organization (WHO) bahwa menjaga kebersihan tangan telah mampu menyelamatkan nyawa manusia dari infeksi Coronavirus (World Health Organization, 2020d). Melalui tindakan mencuci tangan, siklus transmisi dan resiko penyebaran Coronavirus antara 6% dan 44% dapat dikurangi (Chen et al., 2020).

Saat ini, terdapat cara alternatif dalam membersihkan tangan yang lebih praktis yaitu dengan menggunakan hand sanitizer, ini merupakan cara lain untuk menjaga kebersihan tangan. Hand sanitizer mampu mencegah terjadinya infeksi mikroba pada manusia (Dewi et al., 2016). Hand sanitizer efektif dalam membunuh virus dan mikroba karena mengandung sebanyak 62%-95% alkohol mampu melakukan denaturasi protein mikroba dan mampu menonaktifkan virus (Lee et al., 2020). Melihat hal tersebut, proses penyebaran dan infeksi Coronavirus pada masyarakat dapat diminimalisir melalui keefektifan penggunaan hand sanitizer yang dapat digunakan untuk membersihkan tangan pada saat berada di luar rumah atau saat tidak ada fasilitas mencuci tangan dengan sabun dan air mengalir. Akan tetapi, penggunaan bersama hand sanitizer di tempat umum dapat berpotensi dalam menularkan COVID-19. Potensi ini terjadi ketika pengeluaran cairan hand sanitizer dari kemasan dengan menekan botol hand sanitizer, botol hand sanitizer tersebut pastinya sudah disentuh oleh banyak orang yang tidak bisa diketahui seberapa bersih. Dengan demikian, dibutuhkanlah solusi untuk mengurangi tingkat kontak fisik tersebut menggunakan teknologi sensor yang dapat diterapkan pada dispenser hand sanitizer.

Teknologi sensor pada era modern saat ini berkembang sangat pesat. Sensor-sensor seperti ini membantu aktivitas manusia dan juga berperan penting dalam mengurangi kontak fisik dengan objek yang dapat meningkatkan penularan COVID-19. Hal ini didukung oleh semakin banyak teknologi sensor seperti yang semakin mudah untuk ditemukan dalam fasilitas-fasilitas yang ada di sekitar kita. Salah satu sensor yang sering digunakan pada fasilitas umum adalah sensor jarak yang memungkinkan suatu alat dapat aktif ketika ada objek yang mendekatinya. Prinsip dari sensor jarak cocok untuk diterapkan pada dispenser hand sanitizer otomatis karena ketika sensor membaca tangan yang mendekat, maka hand sanitizer dapat keluar secara otomatis, sehingga tidak perlu kontak fisik dengan dispensernya. 

Saat ini, untuk membuat sensor jarak sendiri menjadi praktis dengan adanya kemudahan dalam mengakses bahan dan perangkat elektronik melalui toko elektronik offline maupun online. Salah satu komponen yang dapat digunakan untuk membuat sensor jarak sederhana adalah LED infrared dan fotodioda yang mudah didapatkan dan memiliki harga yang terjangkau. Dalam pembuatan sensor jarak infrared, LED infrared berfungsi sebagai pemancar sinar infrared dan fotodioda berfungsi sebagai penerima sinar infrared. Ketika ada objek yang menghalangi sinar infrared, maka sinar tersebut akan dipantulkan dan mengenai fotodioda. Cahaya infrared yang masuk ke dalam fotodioda memicu arus listrik yang dapat menggerakan pompa untuk mengeluarkan cairan hand sanitizer dari dispenser.

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana cara kerja sensor jarak agar dispenser mengeluarkan cairan hand sanitizer secara otomatis?
2. Berapa jarak minimal dan maksimal dari sensor jarak untuk membaca objek di depannya?
3. Faktor apa saja yang mempengaruhi pembacaan sensor jarak pada dispenser hand sanitizer?

Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari perancangan dispenser hand-sanitizer otomatis dengan infrared proximity sensor adalah agar dapat mengaplikasikan konsep pembelajaran mata kuliah circuit and electronics melalui sensor jarak yang telah dibuat dalam dispenser otomatis. 

Adapun manfaat yang diharapkan dari perancangan alat ini adalah alat yang dibuat dapat mengeluarkan cairan dispenser tanpa kontak fisik, berkontribusi dalam mencegah COVID-19, dan dapat menjadi referensi dalam merancang sistem dispenser otomatis sederhana.

Ruang Lingkup

Sensor jarak dari alat ini hanya mampu mendeteksi objek dalam jarak tertentu. Semua pengujian alat ini akan dilakukan dalam indoor di siang hari dengan pencahayaan terang. Gerakan tidak akan terdeteksi jika objek berada terlalu jauh atau terlalu dekat dengan sensor. Jarak maksimum objek ke dispenser yang terukur adalah 10 cm untuk mengaktifkan dispenser agar mengeluarkan cairan hand sanitizer, dengan catatan potensiometer diputar sehingga tidak ada hambatan dan 3 cm jika potensiometer diputar maksimal. Penentuan jarak ini dapat disesuaikan dengan kebutuhan agar dispenser hand sanitizer dapat bekerja secara optimal dan hanya akan mengeluarkan cairan hand sanitizer jika tangan mendekat ke arah dispensernya.

Tinjauan Pustaka

Pada pembahasan ini, terdapat dua penelitian dan perancangan alat sebelumnya mengenai penggunaan sensor infrared sebagai dispenser hand sanitizer. Penelitian pertama merupakan penelitian yang dilakukan oleh Budi Budiana dan kawan-kawan pada tahun 2020 dari politeknik Negeri Batam mengenai Alat Otomatis Hand Sanitizer sebagai Salah Satu Antisipasi Penyebaran COVID-19. Dalam studi ini, dilakukan penelitian menggunakan Infrared dan motor servo sebagai aktuator. Cara kerja dari penelitian ini adalah Sensor infrared mendeteksi adanya tangan sehingga memicu motor servo berputar untuk menekan tutup botol hand sanitizer dan mengeluarkan cairan hand sanitizer. Jarak yang diatur dalam alat yang dibuat adalah lima sentimeter. Selain motor servo dan sensor infrared, ESP 32 digunakan sebagai pengatur logika yang berisi perintah untuk menggerakkan motor servo jika jarak tangan sesuai dengan jarak yang sudah diatur.

Penelitian selanjutnya dilakukan secara berkelompok oleh Wahyu Wijayanto, Ary Permatadeny Nevita, dan Hisbulloh Ahlis Munawi pada bulan April 2021 mengenai Perancangan Sistem Otomatisasi Hand Sanitizer Berbasis Sensor Infrared Barrier Module. Dalam studi ini, masih menggunakan sensor infrared sebagai sensor jaraknya, namun, mekanisme untuk menghidupkan dinamo menggunakan relay 5v 1 channel. Cara kerja dari alat ini adalah mendekatkan telapak tangan ke sensor infrared dengan jarak antara tangan dengan sensor sepanjang dua hingga tiga sentimeter. Jika sensor membaca telapak tangan, maka arus dari sensor akan mengalir menuju relay. Relay disini berperan sebagai saklar dan akan membuat rangkaian menjadi tertutup jika ada aliran listrik yang mengalir menuju relay. Jika relay menerima arus, maka rangkaian akan menjadi tertutup dan arus dapat diteruskan ke dalam dinamo dan menggerakkan dinamo untuk memencet tutup botol hand sanitizer dan mengeluarkan cairan hand sanitizer. 

Jika dilihat dari dua penelitian yang sudah dilakukan, kedua penelitian tersebut menggunakan sensor infrared yang telah ada dan keduanya tidak menggunakan OpAmp (Operational Amplifier) di dalam mekanisme dispenser hand sanitizer. Oleh karena itu, melalui penelitian ini, penulis merancang dispenser hand sanitizer dengan menggunakan OpAmp tipe LM358 sebagai komparator tegangan. Prinsip OpAmp ini adalah terdapat kaki input yaitu kaki inverting dan non-inverting. Saat kaki non-inverting (yaitu kaki yang terhubung dengan komponen sensor yaitu fotodioda), maka Op Amp akan mengeluarkan output tegangan yang sesuai dengan sumber tegangan yang akan diteruskan melalui output Op Amp. Prinsip dari OpAmp LM358 inilah yang digunakan untuk membuat dispenser hand sanitizer dapat mengeluarkan cairan jika sensor membaca tangan.

Landasan Teori

2.1 Infrared LED

Infrared atau inframerah (IR) adalah sinar elektromagnetik yang panjang gelombangnya melebihi cahaya yang dilihat, yaitu antara 700nm dan 1mm. Infrared mendeteksi keberadaan suatu objek dengan memancarkan seberkas cahaya inframerah. Infrared bekerja mirip dengan sensor ultrasonik, tetapi daripada menggunakan gelombang suara, infrared ditransmisikan. Infrared adalah bentuk cahaya yang mirip dengan cahaya yang biasa dilihat, satu-satunya perbedaan antara cahaya infrared dan cahaya biasa adalah frekuensi dan panjang gelombang. Cahaya inframerah berada di luar jangkauan iluminasi sehingga tidak dapat dilihat oleh manusia. Karena inframerah adalah jenis cahaya komunikasi, cahaya yang digunakan harus memiliki garis pandang lurus atau tidak dapat menembus dinding atau bahan lainnya.

LED yang digunakan dalam inframerah berbeda dari LED biasa. Selain itu, cahaya yang dihasilkan oleh sinar inframerah memiliki frekuensi yang berbeda, sehingga berbeda dengan cahaya matahari dan lampu lampu. Sinyal IR adalah serangkaian pulsa cahaya IR yang menyala dan mati pada frekuensi tinggi yang disebut frekuensi pembawa. Frekuensi pembawa yang digunakan oleh sebagian besar pemancar adalah 38kHz. Ini jarang terjadi dan dapat dibedakan dari frekuensi cahaya sekitar. Dengan cara ini, penerima IR mengenali bahwa sinyal 38 kHz sedang ditransmisikan oleh pemancar dan tidak diterima oleh lingkungan. Dioda penerima mendeteksi semua frekuensi cahaya IR tetapi memiliki filter bandpass yang hanya memungkinkan IR 38kHz untuk lewat.

2.2 Fotodioda

Fotodioda adalah suatu bentuk sensor cahaya yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik (tegangan atau arus). Fotodioda adalah jenis perangkat semikonduktor dengan sambungan PN. Di antara lapisan p (positif) dan n (negatif), terdapat lapisan intrinsik. Foto dioda menerima energi cahaya sebagai input untuk menghasilkan arus listrik. Ini juga disebut sebagai Photodetector, Photo Sensor atau Light Detector. Fotodioda beroperasi dalam kondisi bias terbalik yaitu, sisi p dari fotodioda terhubung dengan terminal negatif baterai (atau catu daya) dan sisi n ke terminal positif baterai. Ketika luas permukaan fotodioda meningkat, itu menghasilkan waktu respons yang lebih sedikit.

2.3 Operational Amplifier (IC LM358)

Operational Amplifier atau disingkat op-amp adalah sirkuit terintegrasi yang dapat memperkuat sinyal listrik yang lemah. op-amp memiliki dua pin input dan satu pin output. Peran dasarnya adalah untuk memperkuat dan mengeluarkan perbedaan tegangan antara dua pin input. OpAmp terdiri dari transistor, dioda, resistor, dan kapasitor yang terkoneksi secara internal dan terintegrasi. op-amp berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC). op-amp yang digunakan dalam percobaan ini adalah integrated circuit (IC) LM358. IC LM358 terdiri dari dua op-amp independen yang berkompensasi internal dan memiliki gain tinggi. IC ini dirancang khusus untuk beroperasi dari satu power supply tunggal pada beberapa tegangan. LM358 dapat menggunakan tegangan dari sumber DC 3V sampai 32V dan 20mA per saluran. Terdapat pin VCC yang memuat tegangan positif dan pin VEE/ Ground yang memuat tegangan negatif.

Op-amp memiliki dua fungsi berdasarkan konfigurasinya. Konfigurasi op-amp positive-feedback yang di mana input dipasangkan ke bagian inverting, ditujukan untuk osilasi dan sinyal sedangkan konfigurasi op-amp negative-feedback yang di mana input dipasangkan ke bagian non-inverting yang berfungsi sebagai komparator tegangan. 

Dalam pembuatan alat ini, konfigurasi yang digunakan adalah konfigurasi negative feedback karena fotodioda terhubung dengan bagian non-inverting. Fotodioda sendiri berfungsi sebagai sensor, sehingga tegangannya akan menjadi input bagi op-amp itu sendiri. Cara kerja op-amp sebagai komparator adalah pada saat kaki non-inverting memiliki tegangan yang lebih tinggi dari kaki inverting, maka op-amp akan mengeluarkan output tegangan yang sesuai dengan sumber tegangan pada pin VCC (tegangan positif) dan sebaliknya apabila tegangan inverting lebih besar dari tegangan non-inverting.

Dalam op-amp, terdapat golden rules yang penting untuk memahami konsep dari op-amp itu sendiri. Pertama, pada rangkaian op-amp yang terbuka (open-loop), maka peningkatan/ amplifikasi tidak akan terhingga. Namun, pada kenyataan, op-amp punya batas maksimal berkisar antara 20.000 hingga 200.000 kali . Kedua, tidak ada arus yang mengalir pada kedua input dari op-amp baik di pin non-inverting maupun pin inverting karena impedansi dari kedua pin tersebut bernilai tak terhingga sehingga output dari op-amp sendiri merupakan tegangan yang ideal dari sumber tegangan. Maka dari itu, ia tidak akan mempengaruhi input dari tegangan yang ada. Ketiga, pada rangkaian closed-loop negative-feedback, perbedaan tegangan antara pin inverting dan non-inverting adalah 0 karena pengaplikasian rangkaian negative-feedback pada op-amp akan membuat op-amp selalu berusaha untuk menjaga perbedaan kedua tegangan input tetap 0.

2.4 Transistor BJT

Transistor merupakan sebuah komponen aktif yang merupakan semikonduktor yaitu dapat mengatur tingkat konduktivitasnya. Oleh karena itu, transistor dapat melakukan dua hal yang berbeda yaitu dapat bekerja sebagai amplifier atau sebuah saklar. Jika bekerja sebagai amplifier, transistor akan mengambil arus listrik yang lebih kecil dan mengeluarkan arus listrik yang lebih besar. Sedangkan jika menggunakan transistor sebagai saklar, bisa mengatur besar atau kecilnya arus listrik sehingga membentuk sinyal. Berdasarkan jenis transistor, transistor dibagi menjadi dua jenis yang paling umum yaitu transistor bertipe BJT (Bipolar Junction Transistor) dan transistor bertipe FET (Field-effect Transistors). Dalam kasus ini, pembahasan transistor akan difokuskan ke transistor bertipe BJT.

Transistor BJT adalah transistor yang pengoperasianny menggunakan lubang elektron dan elektron sebagai pembawa muatan. Bagian dari transistor bertipe BJT memiliki tiga terminal, yaitu base (B), collector (C), dan Emitter (E). Jumlah terminal ini memungkinkan transistor untuk dipasangkan dengan tiga konfigurasi yang berbeda yaitu common base, common collector, dan common emitter. Konfigurasi common base adalah konfigurasi yang di mana bagian base dihubungkan ke ground. Konfigurasi ini membuat sinyal input berada di antara base dan emitter dan sinyal output yang berada di antara base dan collector. Konfigurasi common collector adalah konfigurasi yang di mana bagian collector dihubungkan ke ground, inputnya disalurkan dari base, dan outputnya disalurkan kepada bagian emitter. Konfigurasi common emitter adalah konfigurasi yang di mana bagian emitter dihubungkan ke ground, inputnya disalurkan dari base, dan outputnya disalurkan kepada bagian collector. 

Perbedaan di antara ketiga konfigurasi tersebut adalah konfigurasi common base yang membuat transistor dapat menaikkan tegangan saja, konfigurasi common collector yang hanya dapat menaikkan arus saja, dan konfigurasi common emitter yang membuat transistor dapat menaikkan arus dan tegangan. 

Transistor bertipe BJT memiliki sifat yang dapat dioperasikan dengan tiga daerah yang berbeda. Daerah pertama adalah active region, yang transistor dapat bekerja sebagai amplifier dan keadaan arus pada collector ditunjukkan sebagai Ic = β (Ib). Kedua bagian lainnya yaitu saturasi dan cut-off berfungsi sebagai saklar yang di mana bagian saturasi memiliki arus pada kolektor yang sama dengan saturasi dan cut-off yang memiliki arus pada kolektor sama dengan 0. Untuk arusnya sendiri, arus yang paling kecil adalah arus pada base, sedangkan arus terbesar adalah arus pada emitter, dan arus yang memiliki nilai yang selalu mendekati emitter adalah arus pada collector.

Berdasarkan struktur lapisan pada transistor BJT, transistor BJT dikategorikan menjadi dua kategori yaitu NPN (negative-positive-negative) dan PNP (positive-negative-positive). Transistor BJT NPN merupakan transistor yang menyala pada saat arus yang cukup mengalir dari bagian base ke bagian emitter. Oleh karena itu, pada bagian base dari transistor NPN, tegangan yang dihubungkan ke base harus bernilai positif dan bagian emitter dihubungkan ke bagian negatif dari transistor. Jika arus yang mengalir pada base ke emitter memadai, maka transistor dapat mengalirkan listrik dari collector ke emitter, membuatnya seperti saklar yang menghubungkan collector ke emitter. Transistor BJT PNP bekerja sebaliknya dari transistor NPN, yaitu tegangan yang dihubungkan base harus bernilai negatif dan jika arus memadai, maka transistor PNP akan menyala dan mengalirkan arus listrik dari emitter ke collector.

Pada kasus ini, transistor akan difungsikan sebagai saklar dengan menghubungkan output op-amp dari sensor infrared kepada base output. Transistor yang digunakan dalam rangkaian ini adalah transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) berjenis NPN dengan kode TIP41C.  

2.5 Motor Pompa DC

Motor DC adalah perangkat elektronika yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Cara kerja motor DC dalam mengubah energi ialah dengan mengambil daya listrik melalui arus searah yang kemudian diubah menjadi rotasi mekanis. Pada dasarnya prinsip kerja Motor DC yaitu membalik phasa negatif dari gelombang sinusoidal menjadi gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator. Dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet,dihasilkan tegangan (GGL). Pada rangkaian ini, motor pompa yang dipakai adalah Motor Pompa tegangan 3V

2.6 Resistor

Resistor adalah komponen listrik pasif yang menciptakan hambatan dalam aliran arus listrik. Di hampir semua jaringan listrik dan sirkuit elektronik mereka dapat ditemukan. Resistansi diukur dalam ohm (Ω). Ohm adalah resistansi yang terjadi ketika arus satu ampere (A) melewati resistor dengan penurunan satu volt (V) di terminalnya. Arus sebanding dengan tegangan di ujung terminal. 

Resistor memiliki banyak jenis yaitu resistor karbon jenis surface mount, simm, dan lainnya. Setiap bentuk dari resistor memiliki sifat toleransi (hambatan) sendiri yang sesuai dengan situasi tertentu. Sifat hambatan ini bukan hanya diterapkan pada resistor, melainkan juga berlaku untuk setiap bahan/ benda yang dapat mengisolasikan listrik. Dalam kasus ini, penulis akan menggunakan resistor karbon.

Resistor yang akan dipakai untuk proximity sensor ini adalah Resistor 10kΩ, 100Ω, dan 220Ω.

2.7 Potensiometer

Potensiometer adalah komponen yang berfungsi seperti resistor variabel yang menahan arus dengan hambatan yang dapat disesuaikan. Potensiometer sama dengan 2 Resistor yang terhubung seri, nilai hambatan potensiometer dapat disesuaikan. Potensiometer dapat disesuaikan untuk mengubah rasio hambatan pada kedua resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Singkatnya potensiometer adalah salah satu jenis Resistor yang nilai hambatannya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. 

Potensiometer adalah resistor variabel yang dapat digunakan untuk membuat pembagi tegangan yang dapat diatur. Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai hambatan sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon). Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya. Bagian dalam pot adalah resistor tunggal dan wiper, yang memotong resistor menjadi dua dan bergerak untuk menyesuaikan rasio antara kedua bagian. Secara eksternal biasanya ada tiga pin: dua pin terhubung ke setiap ujung resistor, sedangkan yang ketiga terhubung ke wiper pot. Jika pin luar terhubung ke sumber tegangan (satu ke ground, yang lainnya ke tegangan input), output (tegangan output di pin tengah akan meniru pembagi tegangan. Putar potensio sepenuhnya ke satu arah, dan tegangan akan menjadi nol, putar ke sisi lain tegangan output akan mendekati input, wiper di posisi tengah berarti tegangan output akan menjadi setengah dari input.

2.8. Teori pendukung

Karena terdapat banyak sekali persamaan, maka silahkan merujuk ke makalah yang telah dilampirkan di atas. Teori pendukung ini memuat pengetahuan terkait dengan:

• Hukum Ohm
• Rangkaian Seri dan Parallel
• Voltage Divider
• Current Divider

Adapun bahan dan peralatan yang dibutuhkan dalam membuat alat ini adalah sebagai berikut.

• 1 buah LED infrared
• 1 buah Fotodioda
• 1 buah Resistor 100Ω
• 1 buah Resistor 10kΩ
• 1 buah Resistor 220Ω
• 1 buah Transistor TIP41C (bebas mau menggunakan transistor tipe BJT atau FET, tapi dalam kasus ini, digunakan transistor BJT yang berjenis NPN) 
• 1 buah Breadboard
• 1 buah Motor Pompa 3V
• 1 buah OpAmp LM358
• 1 buah Potensiometer 10K
• Kabel jumper.
• Sebuah sumber tegangan DC 5V (dalam kasus ini, digunakan arduino sebagai sumber tegangan saja).
• Selang untuk pompa.
• Tempat untuk menyimpan cairan hand sanitizer (pada kasus ini, digunakan wadah toples plastik untuk menyimpan cairan hand sanitizer.

Bagian awal dari rangkaian tersebut adalah fotodioda. Fotodioda merupakan komponen utama dari Dispenser otomatis menggunakan Infrared Proximity Sensor. Fungsi dari Fotodioda adalah untuk mendeteksi objek yang mendekat dan mengecek intensitas cahaya yang dipantulkan oleh objek tersebut menggunakan hambatan yang dapat berkurang jika objek mendekati fotodioda.

Selain fotodioda, terdapat komponen Operational Amplifier atau biasanya disebut Op-Amp. Tipe Op-Amp yang dipakai adalah LM358. Op-Amp akan menerima input dari Fotodioda yang berperan sebagai komparator, jika input yang diberikan fotodioda adalah cukup, maka Op-Amp akan mengeluarkan output sinyal ke transistor yang ada.

Terakhir, terdapat motor pompa air 3V yang dipasang dengan transistor yang akan menerima tegangan dari collector yang dikendalikan oleh base yang terhubung dengan output Op-Amp. Motor pompa lalu akan memompa dan mengeluarkan cairan hand sanitizer.

Dalam penyusunan skematik ini, terdapat lima komponen penting yaitu lampu indikator LED, motor pompa 3V, sumber daya, transistor, resistor, dan sensor infrared. Sensor infrared ini disusun oleh empat jenis komponen yaitu LED infrared, fotodioda, resistor, dan op-amp (dalam kasus ini adalah LM358). 

Perlu diketahui, bahwa sensor ini menggunakan infrared dan fotodioda yang di mana fotodioda ini memiliki nilai hambatan yang sangat bergantung pada jarak objek. Semakin dekat jarak objek terhadap sensor, maka pantulan cahaya akan memiliki intensitas yang besar yang mengakibatkan hambatan pada fotodioda berkurang. Karena nilai arus berbanding terbalik dengan hambatan, maka arus listrik yang didapatkan oleh fotodioda akan semakin besar. Pemasangan fotodioda dalam rangkaian ini adalah reverse bias yang membuat arus hanya dapat mengalir jika objek mendekat.

Pemasangan fotodioda dilakukan dengan memasangnya ke bagian pin non-inverting sehingga membuat konfigurasi op-amp ini menjadi negative-feedback. Hal ini dilakukan agar op-ap dapat difungsikan sebagai pembanding karena tegangan pada fotodioda yang dapat berubah terus menerus sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima.

Sebelum merakit alat, ada baiknya untuk memahami cara kerja breadboard agar proses pemasangan dapat dimengerti. Perhatikan bahwa pada bagian atas dan bawah (positif dan negatif) dari breadboard terhubung secara horizontal, sedangkan bagian tengah, itu terhubung secara vertikal sesuai dengan gambar di bawah. Selain itu, pada bagian tengah breadboard, koneksinya sudah terputus.

Untuk mencegah komponen rusak, maka sumber daya akan dihubungkan di akhir.

1. Pertama-tama, pasang resistor 100 Ohm dan LED Infrared dengan kaki anoda LED Inframerah paralel dengan resistor
2. Hubungkan resistor ke bagian positif di breadboard
3. Untuk bagian fotodioda, hubungkan kaki anoda ke bagian positif di breadboard dan kaki katoda paralel dengan resistor 10k ohm
4. Setelah itu. Hubungkan resistor 10kohm ke bagian negatif dari breadboard.

1. Pasang Op-Amp tidak terlalu jauh dengan potensiometer
2. Pertama-tama, hubungkan VCC (pin8) ke positif breadboard dan ground (VCC-, pin 4) ke negatif breadboard
3. Setelah itu, hubungkan kaki non-inverting A (pin 3) di antara resistor dan fotodioda.
4. Selanjutnya, pada pin 2 (pin inverting), hubungkan bagian tengah potensiometer 10k ke pin tersebut.
5. Untuk kaki kanan potensiometer, hubungkan ke negatif dan kaki kiri ke positif

1. Pasang Transistor tidak terlalu jauh dari potensiometer secara seri
2. Setelah itu, hubungkan pin 1, yaitu output ke resistor 220 ohm yang kemudian dihubungkan lagi ke kaki base pada transistor TIP41C
3. Pin collector dihubungkan ke kaki negatif motor
4. Pin Emitter dihubungkan ke ground
5. Hubungkan kaki positif motor ke positif breadboard menggunakan kabel jumper yang di paralelkan

1. Bengkokkan Fotodioda dan LED Infrared menjauhi breadboard.
2. Pasangkan selang ke pompa air.
3. Tempelkan Pompa air didalam kontainer yang ada.
4. Tempatkan kontainer lebih rendah dari rangkaian karena selang yang dipakai akan dielevasikan agar selang tidak menarik air secara terus menerus karena gravitasi.
5. Posisikan rangkaian sehingga Fotodioda dan Infrared LED dapat dengan mudah mendeteksi tangan kita.

Pada bagian ini, dilampirkan hasil pengetesan dari percobaan yang sudah dilakukan. Adapun data hasil percobaan dan datasheet yang dibutuhkan dari komponen ini sudah terlampir pada gambar di atas. Dibawah ini, juga akan dilampirkan penjelasan singkat dari pengujian yang sudah dilakukan. Untuk hasil yang lebih jelas dan instruksi pengambilan data, dapat merujuk ke file makalah dan video yang telah dicantumkan di atas.

Pengujian pada fotodioda

Pengujian ini dilakukan agar dapat mengetahui perubahan hambatan yang ada pada fotodioda dan membuktikan bahwa fotodioda bekerja sesuai dengan prinsipnya, yaitu dapat berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang didapatkan. Semakin dekat objek dengan fotodioda, maka intensitas pantulan cahaya infrared akan semakin besar. Semakin besar intensitas pantulan cahaya infrared yang diterima, maka hambatan dari fotodioda akan semakin kecil. Dalam tabel ini, dapat dilihat bahwa perubahan tegangan itu sangatlah drastis jika dibandingkan dengan perubahan arus. Hal ini tentu sesuai dengan hukum ohm yaitu tegangan sama dengan arus dikalikan dengan hambatan. Nilai hambatan yang berubah drastis ini jelas membuat nilai arus yang didapatkan menjadi sangat kecil. Nilai hambatannya sendiri diperoleh dari hasil perhitungan dengan membagi nilai tegangan rata-rata dengan nilai arus rata-rata. 

Pengujian Tegangan dan Arus Listrik LED IR

Pengujian arus dan tegangan ini membuktikan bahwa kinerja LED IR selalu konstan. Dengan pengukuran arus dan tegangan, maka dapat diketahui tegangan dan arus dari LED IR sendiri yang dalam pembeliannya, tidak disertakan spesifikasi dan datasheet yang digunakan.

Pengujian tegangan listrik motor dan output op-amp

Pengujian tegangan pada motor dilakukan dengan menempelkan probe positif ke ujung kabel berwarna merah dan probe negatif ke ujung kabel berwarna hitam dari motor DC, sedangkan untuk output op-amp, dilakukan dengan menempelkan probe positif dan negatif ke masing-masing ujung dari resistor 220Ω. Pengujian tegangan pada motor dan output ini menunjukkan bahwa motor hanya akan menyala apabila jarak antara objek dan fotodioda kurang dari jarak maksimum yang sudah diatur dari resistor. Hal ini dibuktikan dari tegangan listrik pada op-amp memiliki nilai yang konsisten. Pembuktian ini juga menunjukkan bahwa tegangan pada motor berkisar 4,5-4,7V, yang sedikit berbeda disebabkan oleh human error yaitu posisi penempatan probe multimeter yang kurang tepat.

Pengujian tegangan pada kaki inverting dan non-inverting

Sebelumnya, pengujian tegangan non-inverting dilakukan dengan menghubungkan probe positif yang dihubungkan ke bagian non-inverting, dan probe negatif ke ground dan untuk pengujian tegangan inverting, dilakukan dengan menghubungkan probe positif yang dihubungkan ke bagian inverting dan probe negatif ke ground. Setelah dibandingkan, dapat dilihat bahwa perbedaan nilai tegangan antara kaki inverting dan non-inverting itu mendekati 0. Hal ini membuktikan bahwa rangkaian ini mematuhi golden rules dari op-amp yang dimana berapapun tegangan input, pada kaki pin inverting dan non-inverting, tegangannya akan mendekati nilai 0.

Pengujian waktu motor berjalan

Pada bagian ini, diuji durasi motor bekerja saat tangan mendekat dan langsung menjauh dari sensor. Pencatatan waktu ini dilakukan dengan mengambil cuplikan video yang kemudian di preview waktunya dengan menggunakan fitur timeline pada software editing. Fitur timeline ini memungkinkan untuk melihat waktu yang sangat spesifik pada saat frame pada video tersebut menunjukkan bahwa motor telah berhenti. Hasil menunjukkan bahwa, motor bergerak dengan kecepatan rata-rata 0,21 detik.

Kesimpulan

Kesimpulan dari analisis ini adalah rangkaian dispenser hand sanitizer otomatis dapat berjalan dengan baik setelah melakukan beberapa perubahan pada rangkaian dispensernya yang sudah disebutkan di laporan ini. Data yang diperoleh dari alat seperti perubahan hambatan dari fotodioda yang dipengaruhi oleh jarak objek, dan motor pompa yang hanya menyala pada saat objek berada di jarak aktivasi yang sudah ditentukan sudah sesuai dengan cara kerja dan fungsi dari dispenser hand sanitizer otomatis ini.

Selain itu, pada saat alat ini dicoba, terdapat faktor yang mempengaruhi pembacaan sensor seperti jarak objek, putaran pada potensiometer yang mempengaruhi jarak terbacanya sensor, dan intensitas cahaya. Agar pembacaan sensor dapat disesuaikan dengan keinginan pengguna, sensor dilengkapi ini potensiometer yang dapat mengatur sensitivitas dari sensor sehingga jarak terbacanya sensor dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

Saran

Saran kami untuk eksperimen kedepannya adalah semoga alat ini dapat dikembangkan lebih lanjut. Selain itu, kami juga berharap bahwa ada penambahan dan implementasi fitur baru seperti pemisahan sumber daya, agar sensor dapat bekerja lebih optimal, penggunaan sumber daya 5V yang dapat diganti dengan pengelupasan kabel USB sehingga sumber daya 5V bisa berasal dari kabel USB daripada arduino yang dapat menekan biaya untuk membuat alat ini.

Daftar Pustaka

Agnihotri, N. (2020, December 11). Arduino-based optical proximity sensor using IR LEDs. Engineers Garage. Retrieved October 29, 2021, from https://www.engineersgarage.com/arduino-ir-led-ir-photodiode-proximity-sensor/

Andrarsi, M. K. (2020, September 11). Pandemi Membuat Kesadaran Pola Hidup Sehat Meningkat. Katadata. Retrieved October 30, 2021, from https://katadata.co.id/ariemega/infografik/5f5b532185fa5/pandemi-membuat-kesadaran-pola-hidup-sehat-meningkat

Anonim. (n.d.). What is an Operational Amplifier? Ablic. Retrieved 10 28, 2021, from https://www.ablic.com/en/semicon/products/analog/opamp/intro/

Anonim. (n.d.). What Is a Resistor? EEPower. Retrieved October 28, 2021, from https://eepower.com/resistor-guide/resistor-fundamentals/what-is-a-resistor/#

Anonim (n.d.). Retrieved Januari 1, 2022, from http://www.nhn.ou.edu/~bumm/ELAB/Lect_Notes/Op_Amps_v1_1#:~:text=Op%20Amp%20Golden%20Rules%20(memorize,the%20%2B%2F%E2%88%92%20inputs%20is%20infinite.&text=4)%20In%20a%20circuit%20with,(V%2B%20%3D%20V%E2%88%92).

Anonim. (n.d.). Bipolar Transistor Basics.

Aucland. Meade, 2007. “Foundations Of Electronics 4”.

Budiana, B. (2020, December 2). Pembuatan Alat Otomatis Hand Sanitizersebagai Salah Satu Antisipasi PenyebaranCOVID-19 di Politeknik Negeri Batam. Retrieved November 8, 2021, from https://jurnal.polibatam.ac.id/index.php/JAEE/article/view/2730/1306

Cook, J. (2018, July 30). NPN vs PNP: What's the Difference? | Arrow.com. Arrow Electronics. Retrieved January 4, 2022, from https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/npn-vs-pnp-in-circuit-design-and-industrial-controls

Flyod, 200.”Principle of Electrical Circuit 5”. Prentice Hall. US

Johannes. (2021). PHYSICS II LABORATORY HANDBOOK (SCIE6050) EVEN SEMESTER 2020/2021. Universitas Bina Nusantara.

Kelaslpc. (2021, 9 14). Sensor Jarak : Prinsip Kerja, Jenis Dan Aplikasinya. Retrieved 10 28, 2021, from https://www.kelasplc.com/sensor-jarak/#9-sensor-jarak-inframerah-

Kho, D. (n.d.). Pengertian Proximity Sensor (Sensor Jarak) dan Jenis-jenisnya. TeknikElektronika. Retrieved October 28, 2021, from https://teknikelektronika.com/pengertian-proximity-sensor-sensor-jarak-jenis-jenis-sensor-proximity/

Maestre, S. (2020, September 30). What are the Golden Rules of Op-Amps? CircuitBread. Retrieved January 4, 2022, from https://www.circuitbread.com/ee-faq/what-are-the-golden-rules-of-op-amps

Maker, E. (2020). How to Make a Proximity Sensor. instructables circuits. Retrieved October 29, 2021, from https://www.instructables.com/How-to-Make-a-Proximity-Sensor/

Mohamad Ramdhani. (2008). Teorema Rangkaian (Vol. Bab V). Erlangga.

Pengertian Motor DC, Prinsip Kerja, Komponen & Jenisnya. (2021, August 24). WikiElektronika.com. Retrieved January 4, 2022, from https://wikielektronika.com/pengertian-dan-prinsip-kerja-motor-dc/

Shawn. (2019, 12 19). All about Proximity Sensors: Which type to use? Retrieved 10 28, 2021, from https://www.seeedstudio.com/blog/2019/12/19/all-about-proximity-sensors-which-type-to-use/

SWAGATAM. (2020, September 10). 4 Simple Proximity Sensor Circuits – Using IC LM358, IC LM567, IC 555. Homemade Circuit Projects. Retrieved 10 29, 2021, from https://www.homemade-circuits.com/simple-proximity-sensor-circuit/

Thomson. US. Flyod, 2005. “Electric Circuit Fundamental 7”. Prentice Hall. US

Wijayanto, W., Nevita, A. P., & Munawi, H. A. (2021, April 29). Perancangan Sistem Otomatisasi Hand Sanitizer Berbasis Sensor Infrared Barrier Module. Retrieved November 8, 2021, from https://ojs.unpkediri.ac.id/index.php/noe/article/view/15913