## Rancang-bangun Pengendali On/Off Nebulizer Berbasis Sensor Fotodioda, Komparator, dan Relay

## Arta Bayti Bonita, Amir Supriyanto,  dan Arif Surtono
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung Jl.Soemantri Brojonegoro Bandar Lampung
Intisari: Telah direalisasikan alat nebulizer kompresor untuk pengobatan asma. Alat ini menggunakan  fotodi- oda, LED, komparator dan relay sebagai pengendali on/off nebulizer. Alat berhenti bekerja ketika sensor men- deteksi cairan obat asma habis. Relay akan bekerja ketika mendapat tegangan masukan 3 V ( high ) dari rang- kian komparator yang digunakan untuk mengendalikan kompresor. Tegangan referensi dari komparator ada- lah 2,98 V.
Kata kunci: nebulizer, sensor fotodioda, komparator, relay
Abstract: Nebulizer  compressor  has  been  realized.  It  utilizes  photodiode,  LED,  comparator,  and  relay  as  a control on/off nebulizer. It stops working if the sensor detect asthma drug liquid running out. Relay will work if it get input voltage 3 V (high) of comparator circuit which is used to control compressor. Reference voltage of comparator is 2.98 V.
Keywords: nebulizer, photodiode sensor, comparator, relay
Email: bonita1996@ymail.com; arif.surtono@fmipa.unila.ac.id

## 1 PENDAHULUAN
ebulizer  adalah  alat  yang  mengubah  partikel obat  dari  cair  menjadi  gas  agar  efek  dari  obat lebih cepat bekerja (Anggela, 2002). Nebulizer dite- mukan Dr. Sales Girons (1958) di Prancis. Pada mu- lanya  sederhana  dan  belum  menggunakan  listrik. Kemudian Dr. Coolter (1930) menciptakan nebulizer listrik  yang  disebut pnemuostat yang  mengubah  cai- ran  menjadi  aerosol  dengan  kompresor  listrik.  Hal ini menjadi cikal bakal nebulizer kompresor. Seiring kemajuan teknologi, semakin mengarah pada sistem otomatis  yang  efisien,  diantaranya  dilakukan  Ra- madhani (2008) membuat nebulizer kompresor ber- basis  mikrokontroler.  Sumiati  (2009)  merealisasikan nebulizer  kompresor  dengan  pengaturan  waktu de- lay memanfaatkan rangkaian komparator. Fernando dkk  (2016)    merancangan  nebulizer  kompresor dengan  sensor  deteksi  berupa  kawat  tembaga  ber- basis mikrokontroler dilengkapi fungsi timer .
Sensor sangat berperan dalam kemajuan bidang otomatis  seperti  fotodioda  yang  dapat  mengonversi cahaya  menjadi  arus  listrik    (Fraden,  2004).  Gusri- zam dan Wildan (2012) membuat dispenser otoma- tis  dengan  tegangan  keluaran  fotodioda  digunakan untuk menggerakkan motor dc yang akan membuka keran. Hafizur dan Wildian (2015) merancang sistem otomatisasi  wastafel  dengan  rangkaian  fotodioda mendeteksi  tangan  pengguna  ketika  menggunakan air berbasis mikrokontroler. Selanjutnya sistem infus
otomatis oleh Nuryanto (2015) menggunakan sensor fotodioda  dan  led  untuk  pembacaan  cairan  infus dan habisnya cairan infus. Pemanfataan sensor foto- dioda  diaplikasikan  dalam  merealisasikan  berbagai instrumentasi  khususnya  di  bidang  alat  ukur.  Anjar- sari  (2015)  memanfaatkan  fotodioda  untuk  mengu- kur  massa  jenis  pada  zat  cair  dengan  teori  Archi- medes.
Komparator  adalah  rangkaian  pembanding  te- gangan  masukan  dan satu  tegangan keluaran  (Zhu, et al, 2012). Keluaran high dan low dengan  dua ma- sukan yang terdiri dari tegangan  referensi, tegangan masukan (Langi, dkk, 2014). Penggunaannya seperti pembacaan  sensor  garis  pada  robot  dengan  tegan- gan  referensi  diberikan  pada  masukan  pembalik komparator  sedangkan  tegangan  sinyal  dari  sensor diberikan  masukan  tak  membalik  (Amri,  2010).  Pe- manfaatan  lain  komparator  misalnya  untuk  menen- tukan  level  air  tangki  dengan  sistem  kendali.  Jika permukaan  air  menyentuh  kabel  sebagai  sensor maka  sistem  akan  menangkap  adanya  perubahan. Perubahan  dijadikan  masukan  dan  dibandingkan dengan  nilai  referensi.  Saat  kabel  tidak  tersentuh oleh  air  maka  sistem  akan  mengaktifkan  pompa yang  kemudian  mengisi  air  ke  dalam  tangki  (Ach- mat dan Umraeni, 2011). Komparator dapat dirang- kai dengan relay untuk kendali catu daya.
Rangkaian yang berperan dalam pengembangan sistem  otomatis  yaitu  relay.  Bintoro  dan  Wildan (2014)  memanfaatkan  relay  untuk  memutus  dan
N
menyambung  aliran  listrik.  Rozaq  dan  Setyaningsih (2017)  merancang  relay  sebagai  pengganti  mikro- kontroler diharapkan mampu mengendalikan lampu untuk menyala berdasarkan masukan dari LDR dan receiver remote . Penelitian ini bertujuan untuk men- deteksi  cairan  obat  saat  habis  berdasarkan  sensor fotodioda,  rangkaian  komparator,  dan  rangkaian relay sebagai pengendali on/off nebulizer.

## 2 METODE PENELITIAN
Gambar 1 menunjukkan diagram blok rancang ban- gun  pengendali on/off nebulizer  berbasis  fotodioda, komparator, dan relay. Pada penelitian ini dilakukan tiga  macam  pengujian  rangkaian  yaitu  pengujian rangkaian  sensor  fotodioda,  rangkaian  komparator, dan  rangkaian  relay.  Setelah  pengujian  dilakukan seluruh  rangkaian  digabungkan  untuk  membentuk sistem pengendali on/off nebulizer.
Gambar 1. Rancangan On/Off  Nebulizer Diagram blok (b)Sistem sensor
Pada  Gambar  1(a)  menggunakan  kompresor Omron  tipe  NE-C30  dengan  daya  sebesar  192  VA menghasilkan tekanan udara 700  – 1,060 hPa. Catu daya  nebulizer  kompresor  berasal  dari  listrik  PLN 220 V sedangkan rangkaian sensor, komparator, dan relay berasal  dari  baterai Lithium 10.000 mAh den- gan output tegangan sebesar  5 VDC dan arus sebe- sar  1  A.  Gambar  1(b)  adalah  tabung  nebulizer Omron  tipe  NE-C30  yang  menampung  obat  maksi- mum  7  ml  dan  menghasilkan  kabut  dengan  diame- ter  sebesar  3.0  µm. Light  Emitting  Diode (LED)  dan
sensor fotodioda diletakkan secara berdampingan di leher  tabung  hirup  guna  mendeteksi  cairan  obat asma yang keluar.
Gambar 2. Rangkaian Keseluruhan Pengujian  rangkaian  sensor  fotodioda  bertujuan untuk  mengetahui  tanggapan  sensor  fotodioda  ter- hadap  perubahan  intensitas  cahaya  pancaran  LED akibat  perubahan  volume  cairan  obat  asma  hasil nebulizer  yang  melewati  leher  tabung  hirup.  Rang- kaian  sensor  fotodioda  disusun  dalam  bentuk  pem- bagi  tegangan.  Keluaran  sensor  memenuhi  persa- maan:
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑅 𝑓 𝑅 𝑓 + 22.000 Ω ×   𝑉 𝑖𝑛 dengan V out adalah tegangan keluaran (V), 𝑅 𝑓 ada- lah  resistansi  dari  fotodioda  ( Ω )  dan Vin adalah  te- gangan  masukan  pada  rangkaian  sensor  fotodioda (V) (Bishop, 2004). Pengujian rangkaian sensor dila- kukan  dengan  mengukur  tegangan  keluaran  pada titik  A  Gambar  2  menggunakan  voltmeter  dimana nebulizer  kompresor  dalam  keadaan  mati  sampai cairan  obat  asma  habis.  Menggunakan  variasi  vo- lume awal obat asma 2 ml, 3 ml, 4 ml, dan 5 ml.
Pengujian  rangakaian  komparator  dilakukan  un- tuk melihat bagaimana rangkaian komparator beker- ja  membandingkan  tegangan  masukan  dengan  te- gangan  referensi.  Komponen  penyusun  rangkaian komparator terdiri dari  IC Op-amp 741 dan resistor variabel  sebagai pengatur  besar tegangan  referensi. Mengunakan  komparator non inverting (tidak mem- balik).  Pengujian  rangkaian  komparator  dilakukan dengan mengatur tegangan referensi menggunakan resistor  variabel,  kemudian  memberi  tegangan  ma- sukan yang bervariasi pada titik B  di Gambar 2 dan mengukur tegangan di titik B, C, dan D mengguna- kan voltmeter.
Rangkaian relay terdiri dari transistor PNP A733, resistor  330  Ohm  dan  1500  Ohm,  dioda  1N4007, kapasitor 100 nF dan relay. Pengujian rangkaian re- lay berfungsi mengetahui respon rangkaian terhadap
tegangan  yang  diberikan  ke  titik  E  pada  Gambar  2. Tipe rangkaian relay yang digunakan yaitu high input artinya rangkaian relay bekerja jika diberikan tegan- gan masukan high .

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian sensor keseluruhan ditunjukan pada Gambar 3.
Gambar 3. Pengujian rangkaian sensor fotodioda pada penggunaan volume cairan obat asma sebanyak (a)2 ml (b)2 ml (c)4 ml (d)5 ml (e)5 ml
Cahaya LED yang terpantul oleh cairan obat  as- ma  dibaca  sensor  fotodioda  sehingga  menghasilkan perubahan arus. Perubahan arus disebabkan perbe- daan  jarak  antara  sensor  fotodioda  dengan  permu- kaan cairan obat asma. Perubahan jarak menyebab- kan perbedaaan banyaknya kabut yang menghalangi cahaya  dari  LED  ke  fotodioda.  Semakin  banyaknya kabut yang dihasilkan maka jumlah energi foton se- makin  sedikit,  sehingga  dihasilkan  arus  yang  kecil. Hal ini menyebabkan perubahan tegangan keluaran sensor  fotodioda.  Diketahui  tegangan  maksimum terjadi  pada  volume  2  ml  dan  terendah  4  ml.  Se- dangkan waktu maksimum ketika cairan habis pada volume  5 ml dan terendah 2 ml. Hubungan volume berbanding  lurus  terhadap  waktu.  Diperoleh  waktu caran habis rata-rata 722 detik yang dijelaskan pada Tabel 1.
Tabel 1. Pengujian sensor
Volume Cairan (ml)  V max (V)  t caitan habis (s) 2 3,00 450 3 2,98 680 4 2,96 900 5 2,99 1430 Rata-rata 2,98 722
Rata-rata  tegangan  maksimum  sensor  fotodioda mulai  dari  volume  2  ml  sampai  5  ml  yaitu  sebesar 2,98 V yang dijadikan V ref pada rangkaian kompara- tor.
Tabel 2. Pengujian komparator No  Vin (V)  Vout (V) 1 2,90 0 2 2,92 0 3 2,94 0 4 2,96 0 5 2,98 3 6 3,00 3 7 3,02 3 8 3,04 3
Hasil  pengujian  Tabel  2  diketahui,  tegangan  di atas 2,98 V menghasilkan  keluaran 3 V.  Sedangkan tegangan di bawah 2,98 V menghasilkan keluaran 0 V. Sehingga alat nebulizer kompresor akan berhenti bekerja ( off ) ketika tegangan rendah. Tegangan yang dihasilkan  oleh  komparator  akan  diteruskan  ke rangkaian relay.
Keluaran  rangkaian  komparator  dapat  mengen- dalikan  relay. Hasil pengujian Tabel 3 menunjukan apabila  rangkian diberi  tegangan  masukan low 0  V maka relay mati. Sedangkan apabila diberi tegangan masukan high 3  V  maka  relay  menyala.  Kaki  NC
( Normally  Closed )  relay  terhubung  ke  aliran  listrik nebulizer kompresor.
Tabel 3. Pengujian Relay
Vin (V)  Kondisi Relay Normaly Close 0,00 OFF 3,00 ON

## 4 SIMPULAN DAN SARAN
Sensor  fotodioda  dapat  mendeteksi  penurunan  vo- lume cairan obat asma dengan menghasilkan tegan- gan. Rata-rata tegangan maksimum keluaran sensor fotodioda sebelum cairan habis yaitu sebesar 2,98 V sebagai V ref .
Penelitian selanjutnya diharapkan menambahkan rangkaian penguat catu  daya dan IC 741 pada  sen- sor agar diperoleh tegangan sensor yang maksimal.

## REFERENSI _____________________________
[1] Anggela, Abidin. 2002. Mengenal, Mencegah, dan Mengatasi Asma Pada Anak Plus Panduan Senam Asma . Jakarta. Puspa Swara.
[2] Ramadhani, C. 2008. Nebulizer Kompresor Berbasis Mikrokontroler AT89S51 . Skripsi. Politeknik Kesehatan Jakarta.
[3] Sumiati. 2009. Alat Nebululizer dengan Pengaturan Waktu. Skripsi. Politeknik Kesehatan Jakarta.
[4] Fernando, A., Surapati, A., and Hadi, F. 2016. Modifikasi Nebulizer Kompresor dengan Menambahkan Pengaturan Timer dan Detektor Cairan Obat sebagai Batasan Waktu Terapi Pemberian Obat pada Penderita Asma. Teknosia . Vol 2 No 17, Pp 1–11.
[5] Fraden, J. 2004. Handbook of Modern Sensor Physics, Design and Application .   Springer-Verlag. New York.
[6] Gusrizam, Daniel dan Wildian. 2012. Otomatisasi Ke- ran Dispenser Berbasis Mikrokontroler AT89S52 Menggunakan Sensor Fotodioda dan Sensor Ultraso- nik Ping . Jurnal Fisika Unand . Vol 1 No 1 . ISSN
No.2302-8491. Pp 60-65.
[7] Hafizur, Riski dan Wildian. 2015. Rancang Bangun Sistem Westafel Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 dengan menggunakan Sensor Fotodi- oda. Jurnal Fisika Unand .  Vol 4 No 2. ISSN No.2302- 8491. Pp 106-112.
[8] Nuryanto, M. Sherwin, R.U.A. Sompie. Reynold, F.R. 2015. Rancang Bangun Otomatis Sistem Infus Pasien . E-Journal Teknik Elektro dan Komputer .  Vol 4 No 4. ISSN No.2301-8402. Pp 12-22.
[9] Anjarsari, L. A., Arif S dan Amir S. 2015. D esain dan Realisasi Alat Ukur Masa Jenis Zat Cair Berdasarkan Hukum Archimedes Menggunakan Sensor Fotodioda.
Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika . Vol 3 No. 2. Pp 123- 129.
[10] Zhu, Z. Yu, G. Wu, H. Zhang, Y and Yang, Y. 2013. A High Speed Latched Comparator With Low Offset Voltage And Low Dissipation. Analog Integr Circ Sig Process . Vol.7 No.4. Pp 467-471.
[11] Langi, S.I.  Wuwung , J.O. dan  Lumenta, A.S.M. 2014. Kipas Angin Otomatis dengan Menggunakan Sensor Suhu .  E-Journal Teknik Elektro dan Komputer . ISSN : 2301-8402. Pp 41-48.
[12] Amri, Djulil. 2010. Komparasi Rangkaian Sensor Garis dengan LM 741 dan TLC 247 pada Robot Mobil Pengi- kut Garis (Line Follower) dengan Menggunakan Mi- krokontroler ATMega 8535. Jurnal Rekayasa Sriwijaya. Vol 19 No. 1. Pp 39-44.
[13] Achmad, A dan A. Ejah Umraeni. 2011. Penentuan Level Air Tangki dengan Sistem Kendali. Jurnal Ilmiah Elektrikal Enjiniring . Vol 9 No. 2. Pp 78-82.
[14] Bintoro, M.H. dan Wildian. 2014. Sistem Otomatisasi Pengisian dan Penghitungan Jumlah Galon Pada De- pot Air Isi Ulang Berbasis Mikrokontroller ATmega 8535 . Jurnal Fisika Unand . Vol.3 No.3 ISSN 2302-8491. Pp 148-151.
[15] Rozaq, I. A.,  dan Noor, Y. D. S. 2017. Efisiensi Energi Smart Home (Rumah Pintar) Berbasis Remote Relay dan LDR (Light Dipendent Resistant). Jurnal SIMETRIS . Vol 8 No 1. ISSN : 2252-4983. Pp 363-368.
[16] Bishop, Owen. 2004. Dasar-Dasar Elektronika . Jakarta. Erlangga.  _______________________________________