Tombol power otomatis arduino

tombol pengunci (self-latching)

Rangkaian kunci tombol otomatis bisa diterapkan dengan bermacam komponen utama, yang umum digunakan adalah dengan menggunakan relay, transistor, mosfet dan SCR.

Penggrendel tombol dengan relay

Dalam sistem listrik rangkaian ini dikenal sebagai DOL (direct on line). Jika tombol ‘nyala’ ditekan maka tegangan akan masuk ke relay melalui tombol ‘padam’, kemudian relay akan aktif dan NO dalam keadaan kontak dan mengunci tegangan tetap masuk ke coil relai dan mengunci posisi relay aktif.

Jika tombol ‘padam’ ditekan dalam keadaan rangkaian aktif, maka suplai  kunci akan terputus dan relay kembali nonaktif.

Pengancing tombol dengan SCR

Masih menggunakan interface yang sama tetapi menggunakan SCR/thyristor 2P4M sebagai penguncinya. Jika tombol ‘nyala ditekan, akan mengalirkan arus ‘gate trigger’ melalui resistor 330 ohmm dan menjadikan SCR dalam keadaan on-state yang selalu aktif walaupun tombol ‘nyala dilepaskan’.

Jika tombol ‘padam’ ditekan, maka suplay arus ke SCR melalui beban outpun akan hilang dan otomatis akan mematikan operasi SCR.

Tombol Vcc otomatis pada arduino menggunakan MOSFET

Tombol power dan arduino bisa dikombinasikan (saling melengkapi) antara pemberi sumber, dan pengunci sumber.

Cara kerjanya adalah pada saat tombol power ditekan, gate pada mosfet akan diberi tegangan 5V, dan menjadikan mosfet menghantarkan GND arduino ke ground sumber.

Sesaat setelah menerima power dari sumber/baterai melalui mosfet, arduino akan menjalankan perintah untuk mengunci kondisi mosfet tetap aktif.

Untuk menonaktifkan mosfetm, cukup dengan menjadikan pin Gate bernilai LOW.

contoh sketch Sumber baterai dengan tombol otomais:

#define pinPower A0
#define pinLED   13

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Power arduino otomatis menggunakan MOSFET");
  Serial.println("http://www.semesin.com/project/");
  Serial.println();
  Serial.println("Jangan beri power supply / catu daya USB");
  Serial.println("Akan dimatikan dalam 10 detik");
  Serial.println();
  
  pinMode(pinPower, OUTPUT);
  pinMode(pinLED, OUTPUT);
  digitalWrite(pinPower, HIGH);
  digitalWrite(pinLED, LOW);

  delay(7000);
  digitalWrite(pinLED, HIGH);//Tanda arduino akan dimatikan 3 detik lagi
  delay(3000);

  //Fungsi mematikan power Vcc
  digitalWrite(pinPower, LOW);
  
}

void loop() {

}

Tombol power otomatis pada arduino menggunakan SCR (hemat energi)

Prinsip kerja power otomatis pada arduino ini adalah ketika tombol ‘power’ ditekan, maka gate dari scr akan diberi trigger untuk mengaktifkan SCR, setelah tombol dilepaskan SCR akan tetap aktif tanpa sumber arus lain. Tidak seperti menggunakan transistor atau mosfet dimana arus dan tegangan harus disuplai dari arduino.

Untuk mematikan power ini, cukup dengan meng-ground-kan / logika LOW pada pin gate.

contoh sketch kunci tombol power otomatis:

#define pinPower A0
#define pinLED   13

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Power arduino otomatis ");
  Serial.println("http://www.semesin.com/project/");
  Serial.println();
  Serial.println("Jangan beri power supply / catu daya USB");
  Serial.println("Akan dimatikan dalam 10 detik");
  Serial.println();
  
  pinMode(pinLED, OUTPUT);
  digitalWrite(pinLED, LOW);

  delay(7000);
  digitalWrite(pinLED, HIGH);//Tanda arduino akan dimatikan 3 detik lagi
  delay(3000);

  //Fungsi mematikan power Vcc
  digitalWrite(pinPower, LOW);
  pinMode(pinPower, OUTPUT);
  
}

void loop() {

}

Komposisi larutan HCl dan H2O2 (praktek pelarut PCB dengan vixal dan vanish)

Asam Klorida (HCL)

Hidrogen klorida adalah asam kuat yang terdisosiasi dengan air dan sangat korosif, Jika terioniasasi akan melepaskan H+ dan ion Cl-. Massa relatif (Mr) HCL adalah 36,46094 gram/mol.

Tabel konsentrasi HCL beserta molaritasnya

Nomor Konsentrasi (kg HCl/kg) Massa jenis (gram/liter) Molaritas (mol/liter)
1 10% 1048 2.87
2 20% 1098 6.02
3 30% 1149 9.45
4 32% 1159 10.17
5 34% 1169 10.90
6 36% 1179 11.64
7 38% 1189 12.39

Hidrogen Peroksida (H2O2)

Adalah cairan oksidator kuat yang berbau khas keasaman dan mudah larut dalam air. Massa relatif H2O2 =  34,01468 gram/mol dan massa jenis H2O2 = 1.450 gram/liter

Tembaga (Cu)

Massa relatif tembaga (Cu) = 63,546 gram/mol, dan massa jenis tembaga 8.900 gram/liter.

Pada PCB elektronik ketebalan lapisan tembaga berkisar 0,034 mm.

Menghitung campuran HCL + H2O2 untuk Etching PCB

Persamaan kesetimbangan kimia campuran etching H2O2 + HCL:

Cu + 2 HCl + H2O2 = CuCl2 + 2 H2O

Hasil dari reaksi ini adalah CuCl2 (Copper(II) chloride) yang merupakan asam lemah.

Massa relatif dari masing-masing senyawa adalah :

  • Cu = 250.03961
  • HCl = 36.46094
  • H2O2 = 34.01468

Vixal + Vanish sebagai pelarut PCB

Konsentrasi HCl pada vixal adalah 17 %v/v

Konsentrasi H2Opada vanish adalah 5 %v/v

Untuk mendapatkan volume setiap molnya dari tabel molaritas senyawa digunakan rumus :

Jika konsentrasi tidak ada dalam tabel, volume untuk setiap mol digunakan rumus:

dengan formula volume per mol dari persen tersebut diperoleh:

Volume per mol HCl 17% vixal = 36,46094 / (0.17 x 1083) = 0,198 liter.

Volume per mol H2O2 Vanish = 34,01468 / (0.05 x 1450) = 0,469 liter.

Volume per mol tembaga murni = 63,546 / (1 x 8900) = 0,00714 liter atau 63,546 gram.

cat: massa jenis digunakan pendekatan umum.

Jadi dengan campuran :

(2 x 0.18 liter Vixal 17%) + 0.469 liter Vanish 5% akan melarutkan 0,00714 liter tembaga.

Jika ketebalan tembaga pada PCB 0.034 mm maka luas yang akan digerus oleh larutan tersebut adalah :

Luas tembaga = 0,00714 liter / 0.00034 dm = 21 dm² (2100 cm²). cukup untuk 10 lembar PCB kosong.

Namun dalam praktek sering ditemui kendala berikut:

  1. Konsentrasi bahan aktif yang tidak sesuai.
  2. Jenis pelarut bukan air.
  3. Tembaga PCB bukan tembaga murni.
  4. Kontaminan pada pelarut atau di permukaan PCB.

Dimmer PWM arduino

Dimmer adalah rangkaian elektronik yang memodifikasi bentuk sinyal ac murni menjadi sinyal terpotong-potong sehingga daya keluaran bisa diatur. Pemotongan sinyal ac ini berguna sebagai peredup lampu, memperlambat motor, mengatur pemanasan dan lainnya.

Dimmer yang lebih komplek menggunakan PWM sebagai pengendalinya. PWM bisa dihasilkan oleh rangkaian SCR, chip/IC PWM atau mikrokontroller. Dimmer PWM ini mampu menghasilkan tingkatan daya yang kecil, sehingga pengontrolan menjadi lebih presisi.

Dimmer PWM bisa dikategorikan menjadi dua macam yaitu :

  1. Penyalaan berdasarkan titik nol.
  2. Penyalaan bebas.

Penyalaan berdasarkan titik nol

Waktu penyalaan bergantung pada saat sinya menyentuh nilai nol. Maka dibutuhkan mekanisme untuk mendeteksi waktu sinyal tersebut bernilai 0.

Komponen SCR memiliki sifat forward blocking, forward conduction, dan reverse blocking, maka komponen ini cocok digunakan sebagai dimmer elektronik.

Rangkaian dimmer lampu ac yang memanfatkan sifat SCR:

Pada aplikasi dimmer digital, perlintasan titik nol harus dideteksi terlebih dahulu sebelum melakukan menyalaan, Pendeteksian nilai nol bisa dilakukan dengan rangkaian zero crossing detector / ZCD berikut :

Perancangan dimmer PWM mengikuti kaidah berikut:

  1. Waktu penyalaan, sinyal bolak-balik (AC) senantiasa bergerak naik dan turun, maka sinyal pengontrol PWM haruslah dimulai saat sinyal AC meninggalkan nilai nol
  2. Frekuensi AC, Sinyal pengontrol PWM juga harus memiliki frekuensi tepat dengan frekuensi sinyal AC (listrik)

Kendala membuat dimmer metode zero cross adalah :

  1. frekuensi ac 220v dari penyedia listrik seperti PLN bisa saja berubah-ubah. pada contoh dimmer lampu 220v, intensitas cahaya menjadi tidak konsisten. Untuk mengantisipasi ini sebaiknya dilakukan pengukuran frekuensi secara berkala.
  2. Sulit untuk sinkronisasi frekuensi jala listrik dengan frekuensi pengontrol, karena keterbatasan perhitungan digital, misalnya faktor pergeseran frekuensi akibat pembagian bilangan yang tidak sempurna. Sebagai contoh perangkat digital akan sulit mencapai frekuensi 50,00019 Hz.
  3. Memakai resources mikrokontroller seperti arduino untuk mendeteksi ZCD terus menerus.
  4. Jika ada kesalahan setting waktu penyalaan (program diinterupsi) maka beban seperti lampu akan berkedip.
  5. Pada duty cycle rendah, untuk dimmer lampu akan terlihat flicker karena perbandingan waktu on  sangat kecil dibandingkan waktu off.

Rangkaian dimmer arduino dengan beban lampu:

Penampakan modul dimmer lampu:

Penghasil sinyal PWM yang favorit adalah arduino, karena mampu menghitung frekuensi dan melakukan penyesuaian apabila ada pergeseran frekuensi:

Sketch / koding dimmer lampu arduino
fitur:

  1. input zcd dari semua pin (tidak harus pin int0/pin 9 dan int1/pin 10)
  2. input kontrol berupa duty cycle (rentang 0.0 – 100.0 %)
#define PWM         9
#define ZCD         10 // A0 = 14, A5 = 19
#define frekuensi   50 //50 Hz
#define inputSerial 0

volatile uint16_t dutyCycle;
#define maxDutyCycle    ((16000000L / (2 * 1024L *  frekuensi)) - 1)

volatile intptr_t *portPWM;
byte bitPWM;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Dimmer arduino");
  Serial.println("https://www.semesin.com/project/");
  Serial.println();

  TCCR2A = _BV(WGM21);
  TCCR2B = _BV(CS22) | _BV(CS21) | _BV(CS20);
  OCR2A = maxDutyCycle;
  OCR2B = setDutyCycle(0);
  TIMSK2 = _BV(OCIE2B);

  *digitalPinToPCMSK(ZCD) |= bit (digitalPinToPCMSKbit(ZCD));
  PCIFR  |= bit (digitalPinToPCICRbit(ZCD));
  PCICR  |= bit (digitalPinToPCICRbit(ZCD));

  portPWM = (volatile intptr_t *) portOutputRegister(digitalPinToPort(PWM));
  bitPWM = digitalPinToBitMask(PWM);

  pinMode(PWM, OUTPUT);
}

void loop() {
#if inputSerial

  if (Serial.available())
  {
    int data = Serial.parseInt();
    dutyCycle = setDutyCycle(data);
  }
  
#else

  for (byte i = 20; i <= 100; i++)
  {
    dutyCycle = setDutyCycle(i);
    delay(20);
  }
  for (byte i = 99; i != 20; i--)
  {
    dutyCycle = setDutyCycle(i);
    delay(20);
  }
  
#endif

}
uint16_t setDutyCycle(uint8_t dutyCycle)
{
  return maxDutyCycle - (1.0 * dutyCycle / 100 * (maxDutyCycle - 1)) + 1;
}

#if defined(__AVR_ATmega328P__)
#  if ((ZCD >= 0) & (ZCD <= 7))
ISR (PCINT2_vect)
#  elif ((ZCD >= 8) & (ZCD <= 13))
ISR (PCINT0_vect)
#  elif ((ZCD >= 14) & (ZCD <= 19))
ISR (PCINT1_vect)
#  endif
#endif
{
  OCR2B = dutyCycle;
  TCNT2 = 0;
}

ISR (TIMER2_COMPB_vect)
{
  *portPWM |= bitPWM;
  delayMicroseconds(30);
  *portPWM &= ~bitPWM;
}

Penyalaan bebas

Waktu penyalaan dimmer tidak dipengaruhi oleh nilai nol,

Rangkaian dimmer ac sederhana :

Sirkit melalui dioda disebut juga penyearah setengah gelombang, yang menghasilkan kondisi dimmer setengah terang. Rangkaian ini biasanya digunakan pada solder, heatgun untuk pemanasan awal.

Pengaturan dimmer PWM lebih diutamakan pada frekuensi PWM-nya. Dimmer lampu akan terlihat berkedip jika frekuensi tidak sama. Untuk mengatasi pemasalahan tersebut rangkaian peredup lampu (Dimmer) didesain dengan penggunaan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi sinyal AC tanpa memperhatikan waktu nol dan nilai frekuensinya.

Sinyal PWM bisa diperoleh dari rangkaian pembangkit PWM (PWM generator) atau dari mikrokontroller seperti arduino. Aplikasi rangkaian dimmer lampu arduino (rangkaian dimmer arduino) bisa menggunakan perintah analogWrite().

Berikut komponen elektronika yang digunakan dalam perancangan dimmer PWM lampu 220v:

  1. Dioda 1N5408 4 buah
  2. Dioda 1N4007
  3. Dioda zener 10V
  4. Resistor 220 ohm 2 buah
  5. Resistor 330 ohm
  6. Resistor 68 Kohm
  7. Kapasitor 2.2 uH
  8. Optocoupler 4N35
  9. Mosfet IRF 830
  10. Lampu dan Fitting

Berikut skema rangkaian dimmer lampu dc/ac yang dikontrol PWM:

Sumber tegangan negatif menggunakan PWM (Arduino)

Sumber tegangan negatif beguna untuk :

  1. Pengatur kontras (contrast adjustment) pada LCD karakter
  2. Sumber tegangan negatif pada opamp simetris
  3. Dan keperluan lain

Suplai tegangan negatif bisa diperoleh dari:

  1. Baterai dengan menjadikan terminal positif (+) menjadi ground, maka otomatis terminal negatif (-) menjadi sumber tegangan negatif.
  2. Memanfaatkan rangkaian charge pump.

rangkaian charge pump:

Rangkaian ini memerlukan suplai PWM yang bisa dihasilkan dari arduino dengan analogWrite().

Agar keluaran tegangan negatif bisa diatur, maka tambahkan potensio 10KΩ pada keluarannya.

Rangkaian Dimmer lampu yang dikendalikan oleh sinyal PWM digital

Lampu merupakan komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. Untuk mengontrol intensitas cahaya lampu kita biasa menggunakan dimmer/peredup. Dimmer umumnya dikendalikan oleh potensio, yang mengontrol waktu penyalaan SCR.

Rangkaian dimmer ac:

Untuk mengontrol intensitas cahaya lampu menggunakan sinyal PWM digital memiliki beberapa kendala yaitu :

  1. Waktu penyalaan, sinyal bolak-balik (AC) senantiasa bergerak naik dan turun, maka sinyal pengontrol PWM haruslah dimulai saat sinyal AC meninggalkan nilai nol
  2. Frekuensi AC, Sinyal pengontrol PWM juga harus memiliki frekuensi tepat dengan frekuensi sinyal AC (listrik)

Akibat dari frekuensi yang tidak pas tepat adalah intensitas cahaya lampu yang tidak rata.

Permasalahan waktu penyalaan bisa dideteksi dengan rangkaian zero crossing detector (ZCD), dan permasalahan frekuensi AC bisa dideteksi dengan melakukan pengukuran rentang frekuensinya.

Namun perangkat digital juga memiliki tick point yang tidak singkron dengan sinyal AC misalnya faktor pergeseran frekuensi akibat pembagian bilangan yang tidak sempurna. Sebagai contoh perangkat digital akan sulit mencapai frekuensi 50,00019 Hz.

Untuk mengatasi pemasalahan tersebut rangkaian peredup lampu (Dimmer) didesain dengan penggunaan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi sinyal AC tanpa memperhatikan waktu nol dan nilai frekuensinya.

Sinyal PWM bisa diperoleh dari rangkaian pembangkit PWM (PWM generator) atau dari mikrokontroller seperti arduino. Aplikasi rangkaian dimmer lampu arduino (rangkaian dimmer arduino) bisa menggunakan perintah analogWrite().

Berikut komponen elektronika yang digunakan dalam perancangan dimmer PWM lampu 220v:

  1. Dioda 1N5408 4 buah
  2. Dioda 1N4007
  3. Dioda zener 10V
  4. Resistor 220 ohm 2 buah
  5. Resistor 330 ohm
  6. Resistor 68 Kohm
  7. Kapasitor 2.2 uH
  8. Optocoupler 4N35
  9. Mosfet IRF 830
  10. Lampu dan Fitting

Berikut skema rangkaian dimmer lampu dc/ac yang dikontrol PWM:

 

update: http://www.semesin.com/project/2018/05/01/dimmer-pwm-arduino/

Mengatur kecepatan motor DC 5V menggunakan PWM

Untuk menggerakkan motor DC diperlukan driver, driver motor adalah rangkaian elektronika yang mampu menghasilkan arus yang besar untuk belitan motor. driver yang umum digunakan adalah formasi jembatan (full bridge) seperti chip L293, L298.

Salah satu rangkaian favorit (sederhana) untuk menggerakkan motor
dc adalah rangkaian push pull atau rangkaian totem pole.

skema rangkaian totem pole (rangkaian tarik-ulur) menggunakan transistor:

kombinasi transistor yang bisa digunakan adalah NPN BD139 dan PNP BD140 yang mampu melewatkan arus hingga 1A. Rangkaian ini memiliki kekurangan yaitu tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan (input) dikurangi tegangan Vbe sekitar 0.6v.

Agar rangkaian pushpull/totempole bisa menghasilkan tegangan output lebih besar misalnya 12 volt, bisa melengkapinya dengan opamp.

Skema rangkaian pushpull dengan opamp:

Jika dikombinasikan dengan PWM dari arduino, maka rangkaian ini berfungsi sebagai Pengatur kecepatan motor dc yang memiliki fungsi kecepatan, selain itu juga fungsi maju dan mundur.

Untuk mengatur kecepatan motor dc menggunakan arduino, rangkaian disusun menjadi dua sisi (untuk polaritas positif dan negatif) dan dua input pwm.

Skema pengontrol kecepatan motor dc dengan arduino:

berikut contoh sketch atau program yang bisa diaplikasikan.

#define pinMotorA 9
#define pinMotorB 10

bool motorMaju = false;
bool motorHidup = false;
char chrKecepatan[5];
byte Kecepatan;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Mengatur kecepatan motor DC 5V menggunakan PWM dilengkapi aksi maju-mundur");
  Serial.println("dengan rangkaian sederhana menggunakan Arduino dan 4 transistor");
  Serial.println("entri [M] untuk maju");
  Serial.println("entri [m] untuk mundur");
  Serial.println("entri [Kxxx] untuk set kecepatan, xxx = 0 s/d 255");
  Serial.println("entri [+] untuk menambah kecepatan 10 angka");
  Serial.println("entri [-] untuk kurangi kecepatan 10 angka");
  Serial.println("entri [B] untuk berhenti");
  Serial.println("http://www.semesin.com/project");

  pinMode(pinMotorA, OUTPUT);
  pinMode(pinMotorB, OUTPUT);
}

void loop() {
  if(Serial.available())
  {
    char c = Serial.read();
    if(c == 'M')
    {
      motorMaju = true;
      Serial.println("Motor maju");
      motorHidup = true;
    }
    else if(c == 'm')
    {
      motorMaju = false;
      Serial.println("Motor mundur");
      motorHidup = true;
    }
    else if(toupper(c) == 'K')
    {
      delay(10);
      Serial.readBytesUntil('\n', chrKecepatan, sizeof(chrKecepatan));
      Kecepatan = String(chrKecepatan).toInt();
      Serial.print("Set kecepatan = ");
      Serial.println(Kecepatan);
    }
    else if(c == '+')
    {
      if(Kecepatan <= 245)
      {
        Kecepatan += 10;
      }
      Serial.print("Set kecepatan = ");
      Serial.println(Kecepatan);
    }
    else if(c == '-')
    {
      if(Kecepatan >= 10)
      {
        Kecepatan -= 10;
      }
      Serial.print("Set kecepatan = ");
      Serial.println(Kecepatan);
    }
    else if(toupper(c) == 'B')
    {
      digitalWrite(pinMotorA, LOW);
      digitalWrite(pinMotorB, LOW);
      motorHidup = false;
      Serial.println("Motor berhenti");
    }
  }
  if(motorHidup)
  {
    if(motorMaju)
    {
      digitalWrite(pinMotorB, LOW);
      analogWrite(pinMotorA, Kecepatan);
    }
    else
    {
      digitalWrite(pinMotorA, LOW);
      analogWrite(pinMotorB, Kecepatan);
    }
  }

}

jika terjadi kedala Arduino me-reset ketika running, bisa diakibatkan Arduino kekurangan catu daya (power supply).