PROJECT SENSOR DAN TRANDUSER LAMPU JALAN OTOMATIS DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................................... 1 1.3 Tujuan ........................................................................................................................ 1 1.4 Manfaat ..................................................................................................................... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 2 BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN .................................................................. 3 3.1 Spesifikasi sistem dan prinsip kerja........................................................................... 3 3.2 Blok diagram ............................................................................................................. 3 3.3 Perancangan sistem .................................................................................................. 3 3.4 Diagram Skematik ..................................................................................................... 5 BAB IV PEMBAHASAN .................................................................................................. 6
4.1 Flowchart pemrograman ..................................................................................... 6 4.2 Implementasi dan Hasil uji .................................................................................. 6 BAB V PENUTUP .......................................................................................................... 8
5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 8 5.2 Saran .................................................................................................................... 8 Daftar Pustaka ............................................................................................................. 9 Lampiran 1: Source code ............................................................................................... 10 Lampiran 2: Datasheet sensor ....................................................................................... 11
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pada abad ke 21 ini persoalan energi listrik menjadi suatu hal penting yang banyak diperbincangkan. Ketergantungan pada Sumber Daya Alam yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi dan batu bara yang semakin tipis membuat krisis energi listrik semakin menghantui kita. Untuk itu mulai banyak dikembangkan pembangkitan energi listrik dari sumber lain yang dapat tersedia selalu dan juga lebih ramah lingkungan. Seperti energi matahari, angin, air atau yang lainnya. Hal ini jelas sangat membantu dari segi produksi energi listrik. Tapi dengan jumlah manusia yang semakin banyak jelas dibutuhkan sumber energi yang banyak pula untuk menghasilkan energi listrik. Untuk itu juga perlu dipikirkan penghematan sebagai pengguna energi listrik dalam memanfaatkan energi listrik yang ada sekarang ini, bukan hanya sekedar penambahan jumlah energi listrik yang dihasilkan. Penerangan manusia pada malam atau pada saat keadaan gelap yang biasa disebut lampu adalah salah satu alat listrik yang banyak digunakan manusia di kehidupan sehari-hari. Hampir semua tempat menggunakan lampu sebagai penerangannya. Penggunaan lampu di jalan raya sering kali terjadi pemborosan energy listrik. Kadang ketika sudah siang dan keadaan sudah terang lampu tetap saja masih menyala, sehingga menyia-nyiakan cahaya lampu yang dihasilkan dan pemborosan energi listrik. Atau juga ketika keadaan sedikit gelap, tetapi jika tidak ada kendaraan yang lewat tetap saja lampu menyala yang seharusnya hal ini bisa dihemat dengan hanya menyalakan lampu sesuai kebutuhan saja. Oleh sebab itu, kami membuat suatu perancangan untuk mengatasi masalah tersebut yaitu lampu penerangan yang dapat menyala dan mati secara otomatis sesuai dengan kebutuhan. Ketika keadaan gelap karena malam maka lampu
1
akan secara otomatis menyala hanya jika terdeteksi ada kendaraan atau seseorang yang melewati jalan tersebut jika tidak ada gerakan dari benda bergerak atau manusia maka lampu ini akan tetap mati . Namun ketika keadaan sudah pagi dan terang karena adanya sinar matahari, maka lampu akan otomatis padam meskipun terdeteksi gerakan dari benda bergerak maupun manusia. Sehingga dengan hal ini kita dapat lebih menghemat energi listrik yang digunakan, karena lampu hanya menyala jika seperlunya saja dan energi listrik yang digunakan juga akan lebih kecil daripada menyalakan keseluruhan lampu.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang, rumusan masalah yang didapat adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana merancang sistem Lampu Jalan Otomatis menggunakan Arduino uno ? 2. Bagaimana cara merubah sinyal analog dari sensor LDR ke dalam sinyal digital ? 3. Bagaimana cara membuat led dalam keadaan hidup atau mati sesuai kondisinya ?
1.3 Tujuan Tujuan yang diharapkan setelah membuat perancangan ini adalah dapat membuat lampu jalan otomatis untuk membantu dalam penghematan energi listrik dan juga memberi penjelasan kepada masyarakat untuk dapat menghemat energi
listrik
dan
membangun
generasi
yang
hemat energi. Dapat juga
mensukseskan program pemerintah untuk dapat menghemat listrik dan program listrik untuk rakyat, sehingga semua lapisan masyarakat dapat memanfaatkan energi listrik dengan lebih bijaksana.
2
1.4 Manfaat Kegunaan
Perancangan
Lampu
Jalan Otomatis
ini adalah untuk dapat
menyalakan dan mematikan lampu secara otomatis. Sehingga alat ini dapat menghemat
energi
listrik
yang
dibutuhkan untuk menerangi suatu jalan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi landasan pustaka yang meliputi tinjauan pustaka dan dasar teori yang diperlukan untuk penelitian. Tinjauan pustaka membahas penelitian yang telah ada dan yang diusulkan. Dasar teori membahas teori yang diperlukan untuk menyusun penelitian yang diusulkan. 2.1 Tinjauan pustaka Penelitian yang dilakukan oleh Sudirman H Sihombing, dkk yang dilakukan pada tahun 2010 dengan judul “Lampu Penerangan Pintar Hemat Energi” ini menggunakan alat tambahan yaitu Op-amp, transistor dan Adaptor. Pada penelitian ini cahaya pada led bisa diatur dengan tambahan alat tersebut, sehingga pencahayaan tersebut bisa memancar sesuai keadaan lingkungan ehingga tidak boros energy listrik.
Penelitian lain yang dilakukan oleh Galih Rakasiwi di tahun 2014 dengan judul “Prototype Pengontrolan Lampu dengan Android Berbasis Arduino via Wifi”. Dimana pada Sistem kendali ini memanfaatkan wifi yang ada dalam Smartphone Android yang terhubung dengan router. Kemudian sinyal yang masuk akan diproses oleh Arduino dan Ethernet shield sebagai pusat kendali. Untuk beberapa ruangan akan menggunakan sensor gerak Passive Infrared Receiver (PIR), yang bertujuan untuk mengotomatiskan status on atau off lampu saat ada atau tidaknya aktifitas pada ruangan tersebut.
4
2.2 Dasar teori Dasar teori membahas teori yang diperlukan untuk menyusun penelitian yang diusulkan. 2.2.1 LDR (Light Dependent Resistor) LDR singkatan dari Light Dependent Resistor adalah resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap.
Gambar 2.1 Sensor LDR Sumber : www.globalsources.com
LDR juga merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperature negative, dimana resistansinya dipengaruhi oleh intrensitas cahaya. LDR dibentuk dari cadium Sulfied (CDS) yang mana CDS dihasilkan dari serbuk keramik. Secara umum, CDS disebut juga peralatan photo conductive, selama konduktivitas atau resistansi dari CDS bervariasi terhadap intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang diterima tinggi maka hambatan juga akan tinggi yang mengakibatkan tegangan yang keluar juga akan tinggi begitu juga sebaliknya disinilah mekanisme proses perubahan cahaya menjadi listrik terjadi. CDS tidak mempunyai sensitivitas yang sama pada tiap panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah. Hal tersebut dinamakan karakteristik respon spectrum dan diberikan oleh pabrik. CDS banyak digunakan dalam perencanaan rangkaian bolak-balik (AC) dibandingkan denagn photo transistor dan photo dioda.
5
2.2.2 Sensor PIR (Passive Infrared Receiver)
PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik.
Gambar 2.2 Sensor PIR Sumber : www.robotshop.com
Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja karena adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran sinar inframerah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan sehingga menyebabkan material pyroelectric
6
bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar inframerah pasif tersebut. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga menghasilkan output.
2.2.3 LED (Light-Emitting Diode) Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat. Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.
Gambar 2.3 LED (Light-Emitting Diode) Sumber : duniaelektro.com
Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk
7
sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf). Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.
8
BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN
3.1 Spesifikasi sistem dan prinsip kerja 3.1.1 Arduino UNO Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet ATmega328). Arduino Uno memiliki 14 digital pin input/output, dimana 6 pin digunakan sebagai output PWM, 6 pin input analog, 16 MHz resonator keramik, koneksi USB, jack catu daya eksternal, header ICSP, dan tombol reset.
14 pin digital Arduino dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Mereka beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (terputus secara default) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi spesial:
Serial: pin 0 (RX) dan 1 (TX) Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung dengan pin ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.
Eksternal Interupsi: Pin 2 dan 3 dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah (low value), rising atau falling edge, atau perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk rinciannya.
PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 Menyediakan 8-bit PWM dengan fungsi analogWrite()
SPI: pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan perpustakaan SPI
9
LED: pin 13. Built-in LED terhubung ke pin digital 13. LED akan menyala ketika diberi nilai HIGH
Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5, yang masing-masing menyediakan resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default mereka mengukur dari ground sampai 5 volt, perubahan tegangan maksimal menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Selain itu, beberapa pin tersebut memiliki spesialisasi fungsi, yaitu TWI: pin A4 atau SDA dan A5 atau SCL mendukung komunikasi TWI menggunakan perpustakaan Wire. Ada beberapa pin lainnya yang tertulis di board:
AREF. Tegangan referensi untuk input analog. Dapat digunakan dengan fungsi analogReference().
Reset. Gunakan LOW untuk me-reset mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset.
Gambar 3.1 Arduino UNO
10
3.2 Blok diagram
Tahap blok diagram sistem ini bertujuan agar perancangan sistem penelitian yang dilakukan menjadi terstruktur. Diagram blok sistem pada penelitian ini seperti Gambar 3.1 berikut: LDR Aduino uno
LED
PIR
Gambar 3.1. Blok diagram sistem
3.3 Perancangan sistem a. Perancangan hardware
Pada perancangan hardware ini menggunakan serial komunikasi pada 9600 bps. Port yang digunakan yaitu A0 sebagai analog pin digunakan untuk LDR, 13 sebagai Output pin dan 7 sebagai input Pin dari sensor PIR yaitu sensor digital. Serial port digunakan sebagai output dari 2 sensor. Pemasangan posisi sensor terdapat pada Gambar 3.2 dengan sensor LDR berada diatas sebagai pendeteksi cahaya yang diterima dan sensor PIR diletakkan dibawah untuk mendeteksi pergerakkan dijalan ketika ada manusia yang berjalan dibawah lampu.
11
Gambar 3.2. Perancangan peletakan sensor lampu jalan otomatis b. Perancangan konversi ADC Perancangan ADC harus dijelaskan untuk pembacaan sensor analog. Uraikan tegangan referensi yg digunakan (Vref), berapa bit ADC yang digunakan, serta jelaskan dalam bentuk tabel contoh hasil pembacaan sensor analog menggunakan ADC. Contoh penggunaan tabel untuk menjabarkan informasi berupa tabulasi data dapat mengacu pada Tabel 3.1. perhatikan bahwa caption tabel berada di atas, sedangkan gambar berada di bawah. Tabel 3.1. Hubungan Nilai Pembacaan sensor dan Hasil Konversi ADC Suhu (°C)
Nilai tegangan (mV)
Hasil konversi ke Nilai digital/numeric
20
200
70
23
230
75
25
250
80
27
270
90
12
3.4 Diagram Skematik
Gambar 3.4. Schematic diagram lampu jalan otomatis D1 : lampu LED R1 : Sensor LDR R2 : Resistor 220 ohm U2 : Sensor PIR
13
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Flowchart pemrograman Diagram flowchart pembuatan lampu jalan otomatis di jelaskan pada Gambar 4.1 berikut. Start
Membaca nilai sensor LDR
Matikan lampu
Nyalakan lampu
Gelap
T Y Membaca nilai sensor PIR
Ada orang
T
Y
Gambar 4.1. Flowchart sistem
4.2 Implementasi dan Hasil uji 4.2.1 Pemasangan Hardware Pada pemasangan hardware berikut ini pin yang digunakan pada arduino sebagai input/output sensor yaitu D13,D7, dan A0. Pada sensor LDR 14
menggunakan pin A0 untuk iput data analog yang dikeluarkan oleh sensor LDR, sensor PIR menggunakan pin D7 unutk menerima data berupa digital dan LED sebagai lampu menggunakan pin D13 untuk output LED secara digital.
4.2.2 Uji Coba Hardware Pada proses uji coba alat ini lampu akan menyala jika sensor dari LDR yang membaca cahaya yang ada diruangan kurang dari 600 melalui serial monitor dan sensor PIR membaca jika ada pergerakan maka yang keluar dari serial monitor bernilai 1. Jika salah salah satu dari sensor tidak memenuhi syarat dari program tersebut maka lampu tidak akan menyala, kedua sensor PIR (digital) dan sensor LDR (analog) saling berhubungan antara kedua sensor tersebut.
15
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pembahasan tentang Perancangan Lampu Jalan Otomatis, maka diambil kesimpulan : 1. Dengan adanya system ini, maka dapat memperkecil peghabisan daya energy listrik. 2. Dengan adanya perancangan lampu ini energy listrik yang dikeluarkan hanya digunakan seperlunya saja sesuai dengan kebutuhan.
5.2 Saran
Untuk pengembangan lebih lanjut maka penulis memberikan saran yang sangat bermafaat dan dapat membantu mahasiswa atau orang yang akan melakukan pengembangan alat untuk masa yang akan datang, yaitu perlunya penambahan pembacaan sensor pir dengan keadaan 180 derajat sehingga sensor dapat mendeteksi keberadaan benda bergerak ataupun manusian dengan sudut 180 derajat.
16
DAFTAR PUSTAKA
Dunia
Elektro.
2016.
“Led
Super
Bright
10mm
Putih”
[online]
(http://duniaelektro.com/product_info.php/led-super-bright-10mm-putih-p-1810) diakses pada 19 Juni 2016. Rakasiwi, Galih. 2014. “PROTOTYPE PENGONTROLAN LAMPU DENGAN ANDROID BERBASIS ARDUINO VIA WIFI” Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah, Surakarta Robot
Shop.
2016.
“Adjustable
PIR
Motion
Sensor”
[online]
(http://www.robotshop.com/en/adjustable-pir-motion-sensor.html) diakses pada 18 Juni 2016 Sudirman H, et all. 2010. “LAMPU PENERANGAN PINTAR HEMAT ENERGI” Universitas Diponegoro, Semarang Zhang, Jane. 2016. “Nanyang Senba Optical and Electronic Co Ltd” [online] (http://www.globalsources.com/si/AS/Nanyang-Senba/6008845094120/pdtl/LDRSensor/1051101072.htm) diakses pada tanggal 19 Juni 2016
17
LAMPIRAN I: SOURCE CODE //Platform yang digunakan adalah Arduino. // These constants won't change. They're used to give names // to the pins used: const int analogInPin = A0; // Analog input pin that the potentiometer is attached to const int OutPin = 13; // Analog output pin that the LED is attached to const int inputPin = 7; int sensorValue = 0;
// value read from the pot
int outputValue = 0;
// value output to the PWM (analog out)
int val = 0;
void setup() { // initialize serial communications at 9600 bps: Serial.begin(9600); pinMode(OutPin, OUTPUT); pinMode(inputPin, INPUT); pinMode(analogInPin, INPUT); }
void loop() { // read the analog in value: sensorValue = analogRead(analogInPin); val = digitalRead(inputPin); if (sensorValue > 600){ digitalWrite(OutPin,LOW);
1
} else{ if (val == HIGH) { digitalWrite(OutPin,HIGH); }else{ digitalWrite(OutPin,LOW); } } // print the results to the serial monitor: Serial.print("pir = "); Serial.print(val); Serial.print("\t LDR = "); Serial.println(sensorValue);
// wait 2 milliseconds before the next loop // for the analog-to-digital converter to settle // after the last reading: delay(2); }
2
LAMPIRAN II: Datasheet Sensor 1. Sensor PIR (RB-Ite-116) Spesifikasi : • Input Voltage: DC 4.5-20V • Static current: 50uA • Output signal: 0,3V or 5V (Output high when motion detected) • Sentry Angle: 110 degree • Sentry Distance: max 7 m • Shunt for setting overide trigger: H - Yes, L – No • Module Type: Sensor • Weight: 15.00g • Board Size: NULL • Version: 1.0 • Operation Level: Digital 5V • Power Supply External: 5V
Sumber
:
http://www.robotshop.com/media/files/pdf/datasheet-
im120628009.pdf
3
2. Sensor LDR Spesifikasi :
Types: GL3516, GL5528, GL4537-1, GL7537-2, GL12539, GL20516,GL20528, GL20537-1, GL20537-2 and GL20539 Voltage: 250V DC Ambient temperature: -30 to 70°C Spectral peak: 540mm Photo resistance (10 lux): 5 to 200k© (can becustomized) Dark resistance: 1 to 8M© (can be customized) R: 0.6 to 0.8 Response time: 30ms, rise time and 30ms decay time Various dimensions and resistances are available Applications: o Camera automatic photometry o Photoelectric control o Indoor ray control o Annunciator o Industrial control o Light control switch o Light control lamp o Electronic toy
Sumber : http://www.globalsources.com/si/AS/NanyangSenba/6008845094120/pdtl/LDR-Sensor/1051101072.htm
4
