A SIMPLE CLAPPER SWITCH Casmika Saputra1), Bram Yohanes Setiadi, Filipus Arie Wardana 1
[email protected]
Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia Abstrak. Telah dibuat Clapper Switch menggunakan sensor Electret CondenserMicrophone dengan memanfaatkan sinyal audio sebagai pemicu multivibrator monostabil. Kemudian monostabil dijadikan sebagai clock dari JK flip-flop. Pembuatan Clapper Switch bertujuan untuk membuat saklar yang dapat di On/Off kan melalui tepukan tangan, Hasilnya sangat baik. Rangkaian berfungsi dengan baik. Tepukan pertama untuk mengidupkan/mematikan LED dan tepukan selanjutnya adalah untuk kebalikannya mematikan/menghidupkan. Kata kunci : Clapper, electret condenser microphone, switch.
PENDAHULUAN Seiring dengan kemajuan teknologi, kepraktisan suatu kegiatan menjadi hal yang diinginkan oleh orang-orang. Biasanya untuk menyalakan lampu atau alat elektronik lainya harus menggunakan saklar. Beberapa orang menginginkan kepraktisan, munculah remot kontrol. Dalam menyalakan alat elektrronik agar praktis digunakan lah remot. Namun, solusi ini masih belum efisien. Salah satu solusi yang menarik adalah membuat saklar dengan triger bukan di tekan atau disentu yaitu dengan suara. Dalam hal ini saklar tepukan (Clapper Switch) digunakan sebagai saklar lampu. Lampu akan menyala jika ada suara tepukan tangan. Apabila ada tepukan tangan yang selanjutnya maka lampu kembali mati.
TEORI DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN Beberapa komponen yang diperlukan untuk menyusun Clapper Switch (Relay tepuk tangan) diantaranya adalah JK-flip-flop, Gerbang NOT, Multivibrator Monostabil, dan microphone jenis Electret Condenser. 1. JK flip-flop JK flip-flop dalam rangkaian Clapper Switch digunakan sebagai saklar. Ketika ada triger aktif clock maka akan output Q berupa not dari keadaan sebelumnya. Sehingga dapat digunakan sebagai saklar, nyala matinya bergantung dari triger aktif clock.
Gambar 1. Gerbang logika JK flip-flop
preset disebut juga set dan clear disebut pula reset. Set (preset) dan reset (clear) berfungsi untuk mengatur/pengondisian output Q dan not-Q. Apabila Set high dan reset low, maka Q low dan not-Q high
begitu pun sebaliknya. Secara lengkap tabel kebenaran untuk JK flip-flop pada gambar diatas adalah sebagai berikut: Tabel 1. Tabel Kebenaran JK flip-flop
Apabila J, K, SET dan RESET di beri keadaan high maka JK flip-flop berperan sebagai Toggle flip-flop. Toggle flip-flop (T flip-flop) ini apa bila ada triger dari clock maka outpun berupa kebalikan output sebelumnya. Fungsional seperti ini sering digunakan dalam pembuatan counter. Counter asinkron menggunakan rangkaian flip-flop yang difungsikan sebagai T flip-flop. JK flip-flop sudah tersedia dalam bentuk integrated circuit (IC), salah satunya adalah IC 7476. sebuah IC 7476 memiliki dua buah flip-flop didalamnya. Berikut adalah skematik IC 7476.
Gambar 2. Skema IC 7476
2. IC 7405 Gerban Not menggunakan IC 7404. berikut adalah skematik dari IC 7404. output gerbang not merupakan kebalikan dari input. Misal input High maka output Low.
Gambar 3. Skematik IC 7404
3. Multivibrator Pembuatan Clapper Switch membutuhkan Multivibrator mono stabil guna membuat sinyal monostabil. Sinyal monostabil ini terbentuk dari sebuah picu yang berasal dari sinyal audio yang dideteksi Mic. Picu tersebut membentuk pulsa yang lebih lebar. Pulsa tersebut kemudian menjadi clock bagi JK flipflop. Rangkaian monostabil dibuat dari IC Timer 555. berikut ini adalah rangkaiannya.
Gambar 4. Multivibrator Monostabil
4. Electret Condenser Microphone Mic kondensor merupakan komponen elektronik yang menyimpan energi dalam medan elektrostatik, microphone jenis ini juga merupakan transducer yang menggunakan bahan dasar kapasitor yang berfungsi mengubah energi akustik menjadi energi listrik. Jenis mikropon ini banyak digunakan baik untuk keperluan live maupun recording.
Dalam mic ini terdapat kapasitor yang terdiri dari dua keping plat atau piringan yang keduanya mempunyai voltage atau tegangan. Salah satu dari plat tersebut terbuat dari materi yang sangat ringan yang bertindak sebagai diafragma dan sensitif dengan gelombang suara. Diafragma tersebut akan bergetar jika ada gelombag suara yang datang. Fungsinya adalah dengan merubah jarak antara dua plat tersebut maka akan merubah kapasitinya, jadi disaat plat bergetar maka hal yang terjadi adalah mula-mula plat akan berdekatan yang mengakibatkan kapasitas akan meningkat dan merubah voltasi muatan arus, kemudian sebaliknya plat akan menjauh yang mengakibatkan kapasitasnya menurun yang mengakibatkan voltasi juga berubah. Mic electret condenser merupakan jenis mic kondensor juga yang menggunakan kapasitor sebagai elemen dasarnya. Mic electret kondensor menggunakan jenis kapasitor khusus yang mempunyai tegangan permanen yang dibuat saat pembikinan dipabriknya.
Gambar 5. Electret Condenser Microphone
PEMBUATAN DAN CARA KERJA CLAPPER SWITCH Pembuatan pertama adalah pembuatan sensor suaranya. Sensor suara menggunakan Electret Condenser Microphone yang dirangkai dengan pernguat menggunakan transistor seperti pada gambar 6 berikut:
Gambar 6. Penguat Sinyal Audio Setelah sinyal audio dikuatkan, berikutnya adalah membuat picu negatif dari sinyal audio tersebut. Ketika ada tepukan tangan, maka output Vo berosilasi dengan amplitudo cukup besar mendekati Vcc. Hal ini dapat dimanfaatkan sebagai picu. Namun, picu yang dibutuhkan untuk keperluan selanjutnya adalah picu negatif maka digunakan rangkaian switch menggunakan transistor.
Gambar 7. Rangkaian Picu negatif dengan sensor Microphone
Selanjutnya picu negatif tersebut digunakan untuk memicu multivibrator monostabil. Rangkaian monostabil picu negatif yang digunakan adalah seperti pada gambar 4. sehingga rangkaian pada gambar 7 bila dihubungkan dengan rangkaian pada gambar 4 akan membentuk rangkaian berikut:
Gambar 8. Rangkaian sensor, pemicu, dan monostabil
Output monostabil picu negatif adalah berupa pulsa High selama selang waktu tertentu. Lebar pulsa monostabil dapat dihgitung menggunakan persamaan berikut: t = 1.1 x R1 x C1 (1) sehingga, untuk rangkaian gambar 6, lebar pulsanya adalah 0.88 detik. Pulsa monostabil tersebut kemudian dijadikan sebagai clock untuk JK flip-flop. Hal ini dilakukan untuk membuat kondisi High – Low yang stabil. Bila diinginkan JK flip-flop memberikan output High/Low saat ada tepuk tangan maka sebelum output monostabil ini dihubungkan ke JK flip-flop maka output monostabil tersebut terlebih dahulu dilewatkan gerbang NOT. Sehingga rangkaian lengkap Clapper Switch nya adalah sebagai berikut:
Gambar 9. Clapper Switch
HASIL DAN PEMBAHASAN Inti dari Clapper Switch adalah apabila alat diberi triger berupa inputan sinyal analog berupa suara keras atau tepuk tangan maka akan menyalakan / mematikan lampu. Lampu yang digunakan pada percobaan adalah LED putih. 1. Simulasi Rangkaian Sebelum dibuat, rangkaian diuji coba menggunaka simulator Proteus. Digunakan Osoloskop pada Proteus. Apabila rangkaian pada gambar 9 diberi input berupa sinyal audio maka hasil simulasinya adalah seperti gambar berikut:
Gambar 10. simulasi rangkaian clapper switch
Sinyal paling atas (kuning) merupaka sinyal input audio. Sinyal input audio tersebut hampir tidak teramati sama-sekali. Sedangkan pada sinya kedua dari atas (biru) merupakan sinyal audio yang telah dikuatkan hingga 25 kali sinyal input. Pada sinyal ketiga dari atas (merah) merupakan sinyal output rangakaian gambar 7 yang merupakan picu negatif. Sinyal paling bawah merupakan output dari rangakaian gambar 8 yaitu monostabil. Lebar pulsa monostabil adalah 0.88 detik.
Gambar 11. sinyal Not output monostabil dan output JK-flip-flop
Pada gambar 11 terlihat bahwa output dari gerbang NOT berupa pulsa kebalikan dari pulsa input gerbang NOT. Perubahan keadaan dari High menjadi low membuat triger aktif turun turun clock. Sehingga JK flipflop memberikan output Q berupa NOT nilai sebelumnya. Pada kasus ini kondisi sebelumnya adalah low, maka Q high. Saat Tepukan kedua. Sinyal picu kembali terbentuk sehingga output JK flip-flop kembali menjadi low. Kondisi ini merupaka kondisi seperti halnya saklar. Sehingga rangkaian ini dapat dijadikan sebagai saklar dengan triger suara amplitudo cukup tinggi (Tepukan tangan).
2. Rngakaian Clapper Switch yang Dibuat Rangkaian Clapper switch telah dibuat, dengan sumber tegangan Vcc sekitar 12 V. Gambar 12 merupakan bentuk Clapper Switch yang telah jadi.
Gambar 12. Clapper Switch Rangkaian pada gambar 6 memberikan penguata sinyal audio. Penguat sinyal yang telah dibuat memiliki penguatan sebesar 3 kali sinyal input. Berikut ini adalah sinyal audio uji coba pada pengukuran.
Gambar 13. sinyal input (bawah) dan output (atas) penguatan sinyal audio pada 20 mV/div Apabila diberi suara dengan amplitdo cukup besar (tepuk tangan) maka sinyal penguatan akan membuat kaki basis-emitor trnsistor Q2 menjadi panjar maju, sehingga tegangan pada pin 2 IC 555 yang semula high menjadi Low. Ini meupakan picu monostabil. Akibat adanya picu negatif ini IC 555 memberikan output pada Q berupa pulsa high dengan lebar 0.88 detik (sesuai nilai resistansi R1 dan kapasitansi C1). Pulsa monostabil berupa Low – High kemudian masuk ke gerbang NOT maka pulsanya menjadi High – Low. Pulsa High – Low merupakan triger aktif turun bagi clock JK flip-flop. Sehingga pada akhirnya output Q pada JK flip-flop menjadi toggle (berlawanan) dari keadaan sebelumnya. Keadaan seperti ini kemudian dijadikan switch untuk menyalakan LED.
KESIMPULAN Clapper Switch telah dibuat dengan menggunakan sensor Electret Condenser Microphone yang dirangkai dengan penguat transistor, multivibrator monostabil, gerbang NOT dan JK flip-flop. Clapper Switch menghidupkan lampu pada tepukan pertama dan mematikan lampu pada tepukan berikutnya.
PUSTAKA [1] Malvino, Albert., David J. Bates. 2011. Electronic Principles 7th ed. US: McGraw Hill Higher Education [2] Omnidirectional Electret Condenser Microphone Cartridge. Panasonic. (url : http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/106214/PANASONIC/WM-034C.html, diakses 29 Desember 2014) [3] Texas Instruments. LM 555 Timer. (url : http://www.ti.com/lit/ds/symlink /lm555.pdf, diakses 29 Desember 2014) [4] Texas Instrumens. Dual JK Flip-Flops with Preset and Clear. (url : http://web.ece. ucdavis.edu/ ~bbaas/180a/Datasheets/sn74ls76.pdf, diakses 29 Desember 2014) [5] Texas Instrumens. Hex Inverters. (url : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf, diakses 29
