Pembuatan Alat Pendeteksi Cahaya dengan Interface LCD LAPORAN Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Fisika Modern
Oleh: Ahmad Samsudin (1127030003) Ajeng Nurmalasari (1127030005) Anti Anti Khoerul Fikriyyah(11270 Fikriyyah(1127030011) 30011) Elis Susilawati (1127030017) Fitri Rahayu (1127030025) Fauzi Nurul Audianto (1127030023)
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI BIDANG UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2013
Abstract Making light intensity measurement tool is intended to determine the working principle of the minimum system gauges the intensity of light , Knowing the workings of light intensity measuring device , Unders Understan tandin dingg the equati equations ons used used in the gauges gauges light light inten intensit sity y , Unders Understand tand the worki working ng princi principle ple of the LCD inter interface face . Mechani Mechani-cal experiments were performed in the making of this light intensity measuring instrument is to make the program an AVR CV which will be put in the minimu minimum m system system microcon microcontrol troller ler . Sismin Sismin we use are ATmeg Tmegaa 16 . The The syst system em is base based d on a micr microco ocont ntrol rolle lerr as a data data process processor or . To be able able to find out informat information ion about the intensi intensity ty of light , it takes a measurement system hardware that comes with the softwa software re . The hardwa hardware re used is a series series of light light sensor sensor LDR ( Light Dependent Resistor ) to detect the intensity of light , and then con converts verts it into into a volt voltage age . The The seri series es of ADC ADC ( Anal Analog og to Digita Digitall Converter ) to convert analog voltage derived from a series of light sensors sensors , measuremen measurementt data to be digital digital . System System microcontroller microcontroller to process and calibrate the measurement data to be displayed on the LCD screen. Keywor Keyword: d: Light Light intens intensity, ity, ATmega Tmega 16 Light Light Sensor Sensor (LDR), (LDR), the LCD
1
Ringkasan Pembuatan alat pengukuran intensitas cahaya ini bertujuan untuk mengetahui prinsip kerja dari sistem minimum alat pengukur intensitas cahaya, Mengetahui cara kerja dari alat pengukur intensitas cahaya, Memahami persamaan yang digunakan dalam alat pengukur intensitas cahaya, Memahami prinsip kerja dari interface LCD. Teknik percobaan yang dilakukan dalam pembuatan alat ukur intensitas cahaya ini yaitu dengan membuat program CV AVR yang nantinya akan di masukkan ke dalam sistem minimum mikrokontroler. Sismin yang kita gunakan adalah ATmega 16. Sistem tersebut berbasis pada mikrokontroler sebagai pengolah data. Untuk dapat mengetahui informasi mengenai intensitas cahaya, maka dibutuhkan suatu sistem perangkat keras pengukuran yang dilengkapi dengan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan yaitu rangkaian sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi intensitas cahaya, kemudian mengkonversikannya menjadi tegangan. Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah tegangan analog yang berasal dari rangkaian sensor cahaya, untuk menjadi data pengukuran digital. Sistem mikrokontroler untuk mengolah dan mengkalibrasi data hasil pengukuran tersebut untuk ditampilkan di layar LCD. Kata Kunci: Intesitas Cahaya, ATmega 16, Sensor Cahaya (LDR) , LCD
2
1 1.1
Pendahuluan Latar Belakang
Cahaya adalah bagian dari spektrum radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh manusi. Sinar putih yang biasa dilihat (sinar tampak/visible light) terdiri dari semua komponen warna dari spektrum cahaya. Spektrum cahaya terbagi berdasarkan range (batasan wilayah) pan jang gelombang. Panjang gelombang yang berbeda-beda diinterpretasikan oleh otak manusia sebagai warna. Cahaya yang berupa spektrum warna disebut cahaya polychromatic, sedangkan yang terdiri atas satu panjang gelombang disebut cahaya monochromatic. Alat ukur intensitas cahaya dapat mengukur baik cahaya monochromatic maupun cahaya polychromatic. Jika mengukur cahaya polycrhromatic. Jika mengukur cahaya polycrhomatic, berarti hasil pengukuran intensitas cahaya merupakan total intensitas semu warna. Untuk merealisasikan rancangan perangkat pengukur intensitas cahaya, dalam tugas projek UAS ini dibuat suatu perangkat alat ukur intensitas cahaya menggunakan sensor cahaya berbasis LDR yang sistem minimumnya menggunakan ATMega 16. Dengan melakukan Pembuatan alat pengukuran intensitas cahaya ini diharapkan kita dapat mengetahui prinsip kerja dari sistem minimum alat pengukur intensitas cahaya, Mengetahui cara kerja dari alat pengukur intensitas cahaya, Memahami persamaan yang digunakan dalam alat pengukur intensitas cahaya, Memahami prinsip kerja dari interface LCD.
3
1.2
Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu: 1. Mengetahui prinsip kerja dari sistem minimum alat pengukur intensitas cahaya. 2. Mengetahui cara kerja dari alat pengukur intensitas cahaya. 3. Memahami persamaan yang digunakan dalam alat pengukur intensitas cahaya. 4. Memahami prinsip kerja LDR sebagai bahan semi kundoktur
1.3 1.3.1
Dasar Teori Cahaya
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dengan mata. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sebagian dari energi ini diubah menjadi cahaya tampak (visible light). Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang elektromagnetik [1]. Kecepatan rambat (v) gelombang elektromagnetik di ruang bebas sama dengan 3108 meter per detik. Jika frekuensi (f) dan panjang gelombang l , maka :
λ =
V f
dengan l adalah panjang gelombang,satuan meter (m), v adalah kecepatan cahaya (m/s), f adalah frekuensi, dengan satuan hertz (Hz) Intensitas dan Kuat Penerangan dari Sumber Cahaya Titik Suatu titik sumber cahaya akan memancarkan fluks cahaya (dU) dengan sudut ruang sebesar (d), seperti terlihat pada Gambar 2.3, maka akan memiliki intensitas penerangan yang dapat dinyatakan dengan formula berikut :
I =
4
dφ dω
dengan I adalah intensitas penerangan,satuan Candela (Cd), dφ adalah fluks cahaya, dengan satuan lumen (lm), dω adalah sudut ruang dengan satuan steradian (st). Untuk sumber penerangan dalam ruang terang (brightness) adalah :
B=
dA dI
dimana B adalah ruang terang, dengan satuan Cd/cm2, dI adalah intensitas penerangan, dengan satuan Candela (Cd), dA adalah luas permukaan, dengan satuan cm2, Bila suatu daerah dengan luas dA diterangi dengan fluks penerangan d, maka kuat penerangan E (lux) adalah : E =
dA dF
dimana E adalah kuat penerangan, dengan satuan lux. Kuat penerangan E adalah : dΦ dA
=
E =
I r2
E =
dengan dω =
dΦ ω dω dA
dA r2
, kita peroleh :
Persamaan ini menjabarkan tentang hukum fotometri tentang jarak. Menurut persamaan ini, kuat penerangan E dari sebuah sumber titik cahaya akan menurun sebanding dengan kuadrat jarak r untuk intensitas penerangan yang konstan. 1.3.2
LDR
Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR 5
terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 M, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 . Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Di bawah cahaya yang terang, lebih banyak elektron dapat melepaskan diri dari atomatom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang mengalirkan muatan listrik. Hal ini disebabkan adanya efek foto elektrik (photoelectric effect) yaitu fenomena quantum elektron (quantum electronic) dimana elektron-elektron dipancarkan atau dilepas oleh suatu bahan setelah menyerap energi dari radiasi gelombang elektromagnetik seperti sinar X (Xray) atau cahaya tampak (visible light). Dalam keadaan ini, bahan bersifat sebagai konduktor yang baik. Tahanan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, dan semakin rendah pula tahanan listik bahan. 1.3.3
LCD(Liquid Crystal Display)
Liquid Crystal Display (LCD) merupakan Sebuah teknologi layar digital yang menghasilkan citra pada sebuah permukaan yang rata (flat) dengan memberi sinar pada kristal cair dan filter berwarna, yang mempunyai struktur molekul polar, diapit antara dua elektroda yang transparan. Bila medan listrik diberikan, molekul menyesuaikan posisinya pada medan, membentuk susunan kristalin yang mempolarisasi cahaya yang melaluinya. Teknologi yang ditemukan semenjak tahun 1888 ini, merupakan pengolahan kristal cair merupakan cairan kimia, dimana molekul-molekulnya dapat diatur sedemikian rupa bila diberi medan elektrik–seperti molekul-molekul metal bila diberi medan magnet. Bila diatur dengan benar, sinar dapat melewati kristal cair tersebut. Tampilan Kristal Cair (bahasa Inggris: Liquid Crystal Display) juga dikenal sebagai LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan 6
kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang misalnya dalam alat-alat elektronik seperti televisi, kalkulator ataupun layar komputer. Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring. 1.3.4
Mikrokontroler
Mikrokontoler mampu melaksanakan semua kerja pemrosesan kompleks yang diperlukan untuk memproses berupa menghitung, memanipulasi, mengkalibrasi dan lain sebagainya suatu data input (atau input-input) dan mengirimkan sistem ke output (atau output-output)-nya Sebuah mikrokontroler seringkali disebut dengan sebutan komputer kecil dalam sebuah chip[8]. Sebutan ini merupakan sebuah deskripsi yang cukup tepat bagi piranti mikrokontroler. Mikrokontroler adalah sebuah rangkaian terpadu tunggal, dimana semua blok rangkaian merupakan unit-unit terpisah di dalam sebuah komputer yang digabung menjadi satu. 1.3.5
ADC(Analog Digital Convert)
ADC adalah kepanjangan dari Analog To Digital Converter yang berfungsi untuk mengubah input analog menjadi kode kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/atau pengujian.Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sen7
sor suhu, cahaya, tekanan atau berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer). Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian diuji, dan bilamana perlu sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan rangkaian yang paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan keluaran D/A merupakan nilai analog yang ekivalen dengan nilai register SAR. Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang ekivalen ke dalam register buffer. Dengan demikian, keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus konversi yang baru.
1.4
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan antara lain: 1. Papan PCB 2. Kapasitor 22pF 3. Kristal 12000MHz 4. IDC female 5. Header 6. LDR 7. Kabel 6 pin 8. ATMega16 9. Resistor 220Ω 10. Resistor 20KΩ 11. Socket IC 40 pin 8
12. LCD 13. Solder 14. Timah 15. Multimeter
1.5
Prosedur Percobaan
Pertama, dilakukan persiapan komponen yang digunakan. Lalu, dilakukan pembuatan alur rangkaian pada PCB. Selanjutnya, komponen disusun pada PCB dan dan dilakukan penyambungan tiap komponen menggunakan timah. Lalu, dibuat program untuk IC mikrokontroler ATMega16 menggunakan software CodeVision AVR. Beberapa logika dimasukan agar rangkaian dapat berjalan. Ketika program selesai dibuat, program tersebut dimasukan pada mikrokontroller ATMega16 menggunakan downloader.Selanjutnya, dilakukan percobaan kalibrasi dengan mengambil 40 data antara sensor cahaya dengan termometer. Data kalibrasi tersebut kemudian dimasukkan dalam excel dan dicari persamaan dari kedua data. Setelah persamaan didapat, nilai dari persamaan yang didapat akan dimasukkan dalam program. Lalu, program yang telah dirubah nilai persamaannya dimasukkan kedalam mikrokontroller dengan downloader. Terakhir, dilakukan uji coba rangkaian sensor cahaya dan analisis hasil yang didapatkan.
9
Persiapan komponen
Pembuatan alur rangkaian
Menyambungkan tiap-tiap komponen yang digunakan
Membuat program pada CodeVision AVR
Memasukan beberapa logika pada program
Memasukan program pada mikrokonttroller
Kalibrasi
Memasukkan data dan membuat pesamaan kalibrasi pada excel
Memasukkan nilai persamaan pada program
Memasukkan program pada mikrokontroller
Uji coba dan anlisis hasil 10
2 2.1
Hasil dan Pembahasan Data Hasil Pengamatan
Percobaan 1 No
X
Y
No
X
Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
140 139 140 138 147 147 148 149 149 150 153 151 151 152 154 155 154 153 155 156
80 79 76 75 108 100 103 107 114 103 113 129 124 125 112 125 128 127 132 136
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
157 159 161 163 159 158 159 159 160 161 160 180 168 175 176 170 166 166 165 161
123 119 116 108 133 140 137 137 123 113 108 153 153 132 147 171 172 177 172 176
Table 1: Data Percobaan 1
11
Keterangan : X= Nilai data pada LCD Y= Nilai data pada Lux Meter
12
Percobaan 2
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
X 174 175 173 173 172 172 173 174 173 172 170 169 169 168 169 168 166 165 169 173
Y No 180 21 179 22 178 23 179 24 179 25 180 26 181 27 181 28 177 29 182 30 176 31 173 32 175 33 171 34 173 35 164 36 163 37 169 38 178 39 1178 40
X 175 174 172 174 175 185 175 185 182 178 186 185 184 176 178 179 180 175 183 178
Y 185 186 179 166 177 196 193 194 191 190 190 190 190 190 189 188 185 184 182 186
Table 2: Data Percobaan 2
13
Keterangan : X= Nilai data pada LCD Y= Nilai data pada Lux Meter
14
2.2
Pembahasan
Prinsip kerja sistem secara keseluruhan adalah dimulai dari menangkap intensitas cahaya oleh rangkaian sensor cahaya (LDR). Intensitas cahaya tersebut kemudian di ubah oleh rangkaian LDR menjadi tegangan. Tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian LDR masih bersifat analog. Oleh karena itu, agar tegangan tersebut dapat diproses secara digital dengan sistem mikrokontroler. Maka tegangan tersebut harus di ubah terlebih dahulu kebentuk digital. Perangkat converter analog ke digital (analog to digital converter) ADC berfungsi untuk mengubah tegangan analog keluaran rangkaian sensor LDR menjadi data digital. Data digital keluaran dari perangkat ADC kemuadian diproses di dalam mikrokontroler dan di kalibrasi untuk kemudian ditampilkan pada layar tampil LCD. Secara keseluruhan sistem terdiri dari enam bagian yaitu rangkaian sensor cahaya LDR, rangkaian ADC, input saklar, mikrokontroler, display LCD dan indikator LED untuk menunjukan kesiapan. 1. Rangkaian sensor cahaya LDR Rangkaian sensor ini digunakan untuk menangkap perubahan intensitas cahaya menjadi tegangan. 2. Rangkaian ADC Integrated Circuit ADC yang digunakan adalah ADC 0804 yang akan mengubah tegangan analog keluaran dari rangkaian sensor menjadi data digital 8 bit. 3. Input saklar 1 Input saklar 1 adalah saklar tekan yang dunakan untuk mengaktifkan mikrokontroler. 4. Input saklar 2 Input saklar 2 adalah saklar rotary (rotary switch) dan saklar tekan yang digunakan untuk memilih warna cahaya yang akan diukur. 5. Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 16 yang 15
akan melakukan proses pengolahan data, perhitungan data, kalibrasi dan melakukan konversi data dari data biner ke data decimal yang akan dikirim ke layar LCD. 6. Sirkit Display LCD Sirkit Display LCD berfungsi untuk menampilkan informasi pengukuran kepada pengguna. LCD yang digunakan adalah LCD tipe M1632, terdiri dari dua baris dan masing-masing baris terdiri dari 16 karakter (biasanya disebut LCD 162). Tiap karakter berukuran 57 dot matrix. 7. Indikator LED Indikator LED berfungsi sebagai indikasi bahwa sistem sedang siap atau beroperasi. Light Emitting Diode (LED) adalah komponen semikonduktor yang dapat memancarkan cahaya pada saat terjadi rekombinasi antara electron dan hole. Rekombinasi ini berkaitan dengan radiasi karena menghasilkan photon cahaya. Banyak sedikitnya photon cahaya yang dihasilkan berhubungan dengan besar kecilnya arus yang diberikan pada LED tersebut. Hal ini dapat diketahui dengan banyak sedikitnya fluks cahaya yang dihasilkan. Suatu datasheet berisi informasi tentang spesifikasi dan karakteristik produk. Untuk dapat memperoleh koefisien kalibrasi (k), maka dilakukan suatu pengetesan pada LED. Pengetesan dilakukan dengan cara menempelkan LED secara garis lurus dengan sensor cahaya dan memberikan arus yang bervariasi pada LED (ILED), mencatat tegangan yang terbentuk pada LED (VLED) yang selanjutnya akan dipergunakan untuk memperoleh besarnya daya LED (PLED), serta mencatat banyaknya fluks cahaya yang tertangkap oleh sensor cahaya yang ditampilkan pada LCD (alat ukur belum terkalibrasi). Banyaknya fluks cahaya yang terukur ini merupakan data biner keluaran dari ADC yang telah didekodekan menjadi data desimal (keluaran ADC). Pengetesan dilakukan dalam ruangan yang gelap agar cahaya yang terukur hanya cahaya dari LED. Arus yang diberikan pada LED bervariasi hanya sampai 20 mA, hal ini karena arus 20 mA adalah karakteristik arus yang dispesifikasikan bahwa LED akan bekerja maksimal dan mengeluarkan 16
cahaya secara maksimal tanpa menimbulkan panas pada LED tersebut. Koefisien kalibrasi diperoleh dengan cara membagi besarnya daya LED dengan data desimal keluaran ADC yang tertampil pada LCD.
17
3
Kesimpulan
Berdasarkanhasilpraktikum yang diperolehmakadapatdisimpulkansebagaiberikut :
18
References [1] Aliah,Hasniah. ”‘ Optimasi Durasi Pelapisan Katalis T iO2 pada PermukaanPolimer Polipropilena serta Aplikasinya dalam Fotodegradasi Larutan Metilen Biru ”.,paper [2] Tim eksperimen Fisika I. ”‘ Modul Eksperimen Fisika I ” .(2013). Bandung [3] Sawitri,Asti. ”‘ FotoDegradasi Pewarna organik Metilen Biru dengan Metode Fotokatalisis menggunakan Katalis Polimer berlapis Titanium oksida( T iO2 ) ”.,Tugas Akhir Berisi daftar literatur yang digunakan sebagai acuan dasar teori. Andabolehmencantumkansumberapasaja di sini, mulaibuku, laporanilmiah, maupun artikel pada suatu situs tertentu. Semakin banyak literatur yang relevan dan berkualitas, maka dasar teori Anda semakin bagus.( minimal 7-10 dafus, modul jangan dimasukan kedaftar pustaka, dafus dari web maximal hanya 2 referensi,
19
LAMPIRAN jika diperlukan
20
