Sensor tegangan dc

Pada pembahasan ini akan dijelaskan cara penggunaan modul sensor tegangan (voltage sensor) berbasis Arduino. Sebagai contoh, sensor yang digunakan dalam tutorial ini adalah modul sensor tegangan dengan rentang pengukuran 0–25 V DC, sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut. Meskipun demikian, pada bagian selanjutnya artikel ini juga akan membahas prinsip perancangan sensor tegangan untuk rentang pengukuran yang lebih luas, seperti 0–32 V, 0–48 V, hingga 0–100 V, selama tegangan yang diukur merupakan tegangan searah (DC). Bagi pembaca yang belum memiliki modul sensor tersebut, modul dapat diperoleh melalui toko daring yang tersedia, atau alternatifnya dapat merakit sendiri sensor tegangan dengan mengikuti penjelasan dan panduan yang disajikan dalam artikel ini.

Spesifikasi Sensor

Spesifikasi modul sensor tegangan yang ditunjukkan pada gambar di atas adalah sebagai berikut:

  • Rentang tegangan masukan: 0–25 V DC

  • Rentang tegangan keluaran: 0–5 V DC

Cara Kerja Sensor

Berdasarkan pengamatan terhadap rangkaian modul sensor, komponen utama yang digunakan hanyalah dua buah resistor, yaitu resistor dengan nilai 7,5 kΩ dan 30 kΩ. Rangkaian ini bekerja berdasarkan prinsip pembagi tegangan (voltage divider). Untuk memperjelas konsep tersebut, rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada gambar berikut.

Prinsip kerja rangkaian ini adalah menurunkan tegangan masukan (VCC) menjadi nilai yang lebih kecil, yakni sebesar lima kali lebih rendah dari tegangan awal. Sebagai contoh, apabila tegangan masukan sebesar 25 V, maka tegangan keluaran rangkaian adalah 5 V. Demikian pula, jika tegangan masukan dinaikkan menjadi 50 V, maka tegangan keluarannya menjadi 10 V.

 

Namun demikian, perlu diperhatikan bahwa Arduino memiliki batas maksimum tegangan masukan sebesar 5 V pada pin analog. Oleh karena itu, tegangan VCC yang diberikan ke modul sensor tidak boleh melebihi 25 V. Apabila batas ini dilampaui, tegangan keluaran rangkaian akan melebihi 5 V dan berpotensi menyebabkan kerusakan pada Arduino.

Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan untuk Pengukuran Tegangan di Atas 25 V

Pada modul sensor tegangan yang telah dibahas sebelumnya, tegangan maksimum yang dapat diukur dibatasi hingga 25 V. Untuk mengukur tegangan yang melebihi batas tersebut, diperlukan perancangan rangkaian pembagi tegangan dengan nilai resistor yang disesuaikan sehingga tegangan keluarannya tetap berada di bawah batas maksimum masukan Arduino, yaitu 5 V.

Sebagai contoh, untuk mengukur tegangan hingga 50 V, nilai resistor pada rangkaian pembagi tegangan harus dipilih sedemikian rupa agar tegangan masukan tersebut dapat diturunkan menjadi tidak lebih dari 5 V. Dalam praktiknya, nilai resistor tidak tersedia secara kontinu di pasaran, melainkan mengikuti seri standar resistor E24. Oleh karena itu, pemilihan nilai resistor perlu mengacu pada tabel standar resistor E24, seperti yang ditunjukkan pada tabel di atas, agar nilai resistor yang dirancang dapat direalisasikan menggunakan komponen yang tersedia secara komersial.

Berdasarkan tabel standar resistor E24 tersebut, nilai resistor bagian atas (R1) dipilih sebesar 68 kΩ, sedangkan resistor bagian bawah (R2) tetap menggunakan nilai 7,5 kΩ. Tegangan keluaran rangkaian pembagi tegangan kemudian dihitung menggunakan persamaan berikut:

$$ \begin{aligned} V_{out} &= V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2} \\ &= 50 \times \frac{7.5}{7.5 + 68} \\ &= 4.97 \ \text{V} \end{aligned} $$

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tegangan keluaran mendekati 5 V namun tidak melampaui batas maksimum yang diizinkan. Dengan demikian, konfigurasi rangkaian pembagi tegangan ini aman digunakan untuk pengukuran tegangan hingga 50 V menggunakan Arduino.

Table standar resistor internasional E24

Implementasi Sensor Tegangan Menggunakan Arduino

Pada bagian ini akan dibahas implementasi penggunaan sensor tegangan menggunakan Arduino. Sebagai contoh, modul sensor tegangan yang digunakan memiliki rentang pengukuran 0–25 V, dengan konfigurasi nilai resistor sebagaimana telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, yaitu resistor sebesar 7,5 kΩ dan 30 kΩ.

Setelah seluruh komponen yang diperlukan disiapkan, langkah selanjutnya adalah merangkai modul sensor tegangan dengan Arduino sesuai dengan skema rangkaian yang ditunjukkan pada gambar berikut. Rangkaian ini memastikan bahwa tegangan masukan diturunkan ke rentang yang aman sebelum dibaca oleh pin analog Arduino.

 

// Sensor Tegangan DC - Arduino
int analogPin = A0; // pin arduino yang terhubung dengan pin S modul sensor tegangan
 
float Vmodul = 0.0; 
float hasil = 0.0;
float R1 = 30000.0; //30k
float R2 = 7500.0; //7500 ohm resistor, 
int value = 0;
 
void setup()
{
   pinMode(analogPin, INPUT);
   Serial.begin(9600);
   Serial.println("mengukur tegangan DC");
   Serial.println("https://www.gapmekatron.com");
}
 
void loop()
{
   value = analogRead(analogPin);
   Vmodul = (value * 5.0) / 1024.0;
   hasil = Vmodul / (R2/(R1+R2));
 
  Serial.print("Tegangan keluaran modul = ");
  Serial.print(Vmodul,2);
  Serial.print("volt");
  Serial.print(", Hasil pengukuran = ");
  Serial.print(hasil,2);
  Serial.println("volt");
  delay(500);
}