Water Overflow Indicator

by Radinka Octavian Manorek in Circuits > Sensors

369 Views, 0 Favorites, 0 Comments

Water Overflow Indicator

APA ITU...?

Di tugas rancang ini, dibuatlah sebuah alat yang dinamai Water Overflow Indicator. Sesuai dengan namanya, alat ini berfungsi sebagai alarm jika air yang kita isi sudah penuh. Bukan hanya itu fungsinya, alat ini juga bisa berfungsi sebagai alarm jika ada banjir. Pengaplikasian alat ini dapat dipasang pada tempat-tempat seperti bak mandi, wadah pengisian air, atau juga dapat digunakan sebagai alat untuk memberi indikasi ketika level air telah memenuhi yang diinginkan pengguna.

SEDIKIT LATAR BELAKANG…

Dikarenakan banyaknya orang-orang yang belum sadar betapa pentingnya menghemat air untuk dimasa depan, jadi penulis menentukan untuk membuat alat ini. Dengan alat ini, kita bisa menghemat pengeluaran air seharinya, ini juga dapat bermanfaat seperti memberi peringatan atau indikasi ketika air telah mencapai level yang diinginkan.

SEBELUM ITU…

Alat yang dibuat ini akan menggunakan komponen elektronik dan pelat aluminium sebagai pendeteksi adanya air. Jadi, alat ini memiliki batasan yang dimana hanya bagian pelat metal dari alat ini yang boleh bersentuhan dengan air, sedangkan komponen elektronik alat ini tidak bisa terkena air. Oleh karena itu, alat ini harus diperhatikan dalam pemasangannya agar komponen utama terlindungi dari paparan air. Selain itu, bagian pelat metal yang bersentuhan dengan air ini juga harus diperhatikan materialnya yang dimana berpotensi terjadi oksidasi atau korosi jika bersentuhan dengan jenis cairan yang asam atau mengandung zat-zat tertentu.

APA SAJA KOMPONEN YANG DIPERLUKAN?

Pada pembuatan alat ini, digunakan beberapa komponen utama. Pertama, digunakan operational amplifier sebagai komponen utamanya, yaitu LM741. Selanjutnya kita memakai komponen yang bernama UM66, yaitu IC yang dapat memberikan nada lagu pada speaker yang digunakan. Terdapat berbagai macam jenis IC UM66 yang membunyikan lagu yang berbeda-beda. Untuk membuat alat ini bisa menggunakan IC UM66 yang mana saja sesuai selera. Berikut adalah daftar lagu untuk beberapa jenis IC UM66 yang bisa dipilih.

Selanjutnya kita juga memakai transistor, yaitu transistor BC547 sebagai amplifier untuk speaker. Transistor ini adalah transistor npn karena dalam projek ini dibutuhkan arus positif menuju ke base untuk mengatur arus yang mengalir dari kolektor ke emitor.

Berikut adalah daftar semua komponen yang diperlukan dan juga jumlahnya:

IC LM741 (1x)
UM66 (1x)
BC547 (1x)
Resistor
- 1K (1×)
- 10K (4×)
- 470 (1×)
Baterai 6V (1×)
Speaker (1×)
Dioda 1N4148 (1x)
Dioda Zener 3V3 (1x)
Aluminium foil

BAGAIMANA CARA MEMBUATNYA..?

Step 1: Merancang skematik

Untuk membuat rangkaian skematik, kita harus menentukan bagaimana cara kerja alatnya, pada tugas rancang ini saya dan rekan kelompok saya telah memikirkan bagaimana cara kerja alatnya, jadi alat ini bekerja dengan mendeteksi air di ketinggian batas yang diinginkan dan jika air telah melebihi batas yang diinginkan dan jika air telah melebihi batas tersebut, maka alat ini akan memberitahukan dengan membunyikan suatu musik.

Setelah kita tau cara kerja alat yang ingin kita buat, selanjutnya kita harus bikin cara kerja sistem-nya, pada sesi ini kita harus membuat konsep logika jalannya kerja alat, berikut adalah flowchart kerja alat ini.

Langkah pertama setelah kita memulai alatnya, kita harus mengecek level dari ketinggian air di sebuah gelas yang akan kita gunakan sebagai wadah airnya, jika air dalam gelas tersebut belum penuh, maka ini masih open circuit yang membuat Transistor dan Speakernya mati. Namun apabila air sudah mencapai batas tertentu yang kita atau pengguna inginkan, maka Transistor dan Speaker akan menyala. Setelah itu sistem akan mengulang kembali ke awal untuk mengecek lagi apakah air sudah mencapai batas tertentu atau belum.

Selanjutnya adalah kita harus membuat blok diagramnya, blok diagram adalah suatu diagram sistem dimana bagian utama akan dihubungkan dengan bagian lainnya oleh blok yang dihubungkan oleh garis yang menunjukkan hubungan blok. Saya dan rekan kerja saya telah membuat blok diagramnya, dan ini merupakan blok diagram kami:

Pertama dari input water flownya akan memberikan input ke komparator, dari komparator akan dilanjutkan ke UM66 untuk memberikan suara musik, selanjutnya dari UM66 akan memberikan input ke Transistor BC547 yang akan memberikan signal ke speaker dan mengeluarkan suara musik.

Step 2: Memasang komponen

Pasanglah semua komponen sesuai dengan skematik pada breadboard. Untuk memasang IC LM741, pemasangannya harus dilakukan sesuai dengan pin out yang benar. Berikut adalah pinout LM741.

Selain LM741, dioda juga harus dipasang dengan benar sesuai dengan polaritasnya, reverse bias atau forward bias. Pada rangkaian ini, dioda dipasang secara forward bias, sedangkan dioda zener dipasang secara reverse bias. Untuk mengetahui mana katoda dan anoda dioda berikut adalah keterangannya.

Selanjutnya, pemasangan UM66 harus sesuai dengan pinoutnya. UM66 memiliki tiga kaki, yaitu ground, positif, dan output.

Kaki ground dihubungkan ke kutub negatif baterai (GND), kaki positif dihubungkan ke keluaran op amp, dan kaki output dihubungkan ke transistor lalu ke speaker.

Selanjutnya, untuk memasang transistor BC547 yang memiliki tiga kaki, yaitu base, kolektor, dan emitor, berikut adalah pinout BC547.

Untuk kaki kolektor dihubungkan ke kutub positif baterai (Vcc), kaki base dihubungkan ke output UM66, dan kaki emitor dihubungkan ke kutub negatif baterai (GND).

Kemudian, speaker pada rancangan alat ini perlu disolder ke kabel penghubungnya seperti berikut ini.

Terakhir, kupas kabel yang dijadikan sensor air dan bungkus dengan pelat aluminium. Cara membuat pelatnya adalah dari aluminium foil dengan memotongnya menjadi bentuk kotak, lalu bungkus kabel dengan salah satu sisinya dan dilipat seperti gambar berikut ini.

Agar lebih jelas, berikut foto rangkaian alat yang sudah dipasang pada breadboard.

KONSEP ALAT

Step 1: LM741

Dalam perancangan skematik dari alat ini, op amp 741 digunakan sebagai komparator untuk membandingkan tegangan antara kaki inverting dan kaki non-invertingnya. Pada alat ini, kaki non-inverting perlu dijadikan sebagai tegangan referensi dan kaki invertingnya diberikan tegangan yang dapat berganti sesuai dengan keadaan overflow. Tegangan yang diberikan ke kaki non-inverting(+) sebagai tegangan referensi memanfaatkan konsep voltage divider. Berikut adalah perhitungan tegangan yang masuk ke kaki non-inverting(+).

Untuk kaki inverting LM741, diberikan dua jenis tegangan berbeda untuk dua kondisi yang berbeda, yaitu kondisi ada air dan tidak ada air. Untuk melakukan hal ini, digunakan sifat air yang menghantarkan listrik untuk mengkoneksi dua pelat layaknya sebuah switch. Jika tidak ada air, maka switchnya terbuka (open sirkuit) dan jika ada air, switch-nya tertutup (close circuit). Cara inilah yang digunakan untuk mengatur tegangan yang masuk ke kaki inverting op amp. Berikut adalah perhitungan tegangan yang masuk ke kaki inverting pada kondisi open sirkuit dan close sirkuit.

Pada kondisi open sirkuit, LM741 sebagai komparator ini akan membandingkan kedua kakinya, yaitu (V-) 6V dan (V+) 3V. Karena tegangan kaki inverting lebih tinggi dibandingkan kaki non-inverting, maka output yang akan dihasilkan oleh komparator adalah LOW. Tegangan LOW tidak akan mengaktifkan UM66 sehingga speaker tidak akan berbunyi. Sebaliknya, ketika close sirkuit, arus akan mengalir sehingga tegangan di kaki non-inverting (3V) akan lebih tinggi dibandingkan kaki inverting (0V). Hal ini akan menyebabkan output dari komparator menjadi HIGH, yang dimana akan menyalakan IC UM66 dan akan membunyikan speaker dengan melodi musik.

Step 2: Dioda

Dalam perancangan skematik alat ini, digunakan dua jenis dioda, yaitu dioda dan juga dioda zener 3V3. Output komparator dihubungkan ke dioda untuk digunakan sebagai penyearah arus agar tidak ada arus yang kembali lagi ke pin LM741. Sedangkan dioda zener, dalam pemasangan UM66, perlu diperhatikan dalam datasheetnya bahwa range kerja dari IC ini adalah 1.3V sampai dengan 3.3V. Oleh karena itu, disini kita membutuhkan dioda zener 3V3 yang berguna sebagai voltage regulator yang dipasang secara paralel dengan UM66.

DAN HASILNYA…

Setelah dirancang dan dipasang, berikut adalah hasil alatnya.

Setelah itu, untuk menguji kerja dari alat ini, dilakukan pengambilan data untuk kaki op amp dan juga kerja dari alarm.

Berdasarkan data dari tabel 1, dapat dilihat pada bagian tegangan inverting ketika open circuit bahwa didapat tegangan 5.6 V. Nilai ini berdasarkan teori seharusnya bernilai 6V, sama dengan tegangan baterai. Namun, setelah dicek, ternyata didapat bahwa tegangan baterai telah turun, yaitu menjadi 5.86V. Hal ini bisa terjadi karena baterai digunakan secara terus-menerus sehingga tegangannya turun. Meskipun nilai ini tidak sesuai dengan yang di teori, akan tetapi nilai ini masih tetap bisa digunakan karena nilai ini akan selalu lebih besar dari tegangan referensi yang juga turun, yaitu 2.88 V. Jadi, dari hasil pengujian ini, dapat dilihat bahwa perancangan alat pada bagian komparator (LM741) dapat bekerja dengan baik.

Selanjutnya, dari data tabel 2 di atas, dapat dilihat bahwa alarm belum berbunyi ketika air belum mencapai level 100%. Setelah alarm telah mencapai dan melewati 100%, yaitu pada 105% dan 110%, alarm menyala membunyikan lagu pada speaker. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa kerja dari operational amplifier LM741 dan juga komponen lainnya dalam alat ini terbukti dapat bekerja dengan baik.

PENGEMBANGAN

Dari hasil pembuatannya, alat ini dapat bekerja sesuai dengan tujuan, yaitu memberi indikasi atau peringatan ketika air telah mencapai level tertentu. Alat yang penulis buat ini bisa lebih dikembangkan lagi, yaitu misalnya dengan menambah banyak level yang bisa diindikasi dan menunjukan indikatornya dengan beberapa LED sesuai dengan levelnya. Selain itu, alat juga bisa digunakan sebagai sensor ketinggian air yang dapat dihubungkan ke arduino lalu level ketinggian airnya bisa ditunjukan dalam LCD.

REFERENSI

Dickson Kho. (2021). Pengertian dan Fungsi Dioda Zener. Diakses pada tanggal 28 Oktober 2021 melalui https://teknikelektronika.com/pengertian-fungsi-dioda-zener/

Bhavya Chatterjee. (2013). Water Overflow Indicator with Musical Alarm. Diakses pada tanggal 28 Oktober 2021 melalui https://www.engineersgarage.com/water-overflow-indicator-with-musical-alarm/

Serafica Gischa. (2020). Apa yang Terjadi Jika Tidak Menghemat Air dan Listrik? Diakses pada tanggal 28 Oktober 2021 melalui https://www.kompas.com/skola/read/2020/07/29/061500069/apa-yang-terjadi-jika-tidak-menghemat-air-dan-listrik-