Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014 78 2.

“PROTOTYPE SISTEM PENERANGAN LAMPU OTOMATIS MENGGUNAKAN DS 1307
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16”
Imam Pracoyo Tribowo(1),Sugeng Dwi Riyanto (2), Wahyu Hidayat (3)
(1) Mahasiswa, (2) Staf Pengajar, (3) Staf Pengajar
“Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Cilacap”
Jalan Dr. Soetomo – Sidakaya – Cilacap
2013
Abstract
Technology automated lamps lighting system is a system that aims to conserve electrical power and energy
in a more regular hours setting time and date for more effective use of power listrik. Metode used in making
"automatic lamp lighting system using the RTC-based microcontroller ATmega 16 " is equipped with a 2x16 LCD
and relay driver.
This design consist of hardware and software. The hardware are 12 volt power supply, ATmega 16
minimum system, push button ,2x16 LCD,relay driver,RTC DS 1307to save the date and time, and to set the work
system of the lamp along with the program. The software is Codevision AVR application program. This design was
tested through the circuit voltage measurement tool and the program a microcontroller testing. The result of this
testing showed that the tool worked well out of the 5 times trial.
Keywords: automatic lights Lighting, ATmega 16 minimum system, RTC DS 1307, push button, relay driver, and a
2x16 LCD.
1. Pendahuluan
Perkembangan teknologi pada saat ini telah berkembang sangat pesat. Hampir semua bidang aplikasi
menggunakan aplikasi menggunakan peralatan secara otomatis yang digunakan untuk membantu menyelesaikan
pekerjaan manusia agar lebih efisien. Penemuan- penemuan teknologi ini memunculkan banyak peranan penting
dalam kehidupan manusia. Penemuan-penemuan teknologi ini memunculkan banyak peranan penting dalam
kehidupan manusia diantaranya traffic light, berbagai jenis robot, jam digital, mesin konveyor dan masih banyak
lainnya.
Sistem penerangan lampu otomatis adalah sistem penerangan listrik yang mempergunakan waktu dan tanggal
sebagai alat untuk mengatur nyala dan mati lampu dengan menggunakan suatu program software untuk menjalankan
cara kerja sistem penerangan lampu.Sistem ini bertujuan untuk menghemat daya energi listrik dan penggunaan cara
kerja lampu sesuai dengan kebutuhan. Salah satu contoh penyebab pemborosan penggunaan daya energi listrik pada
sistem penerangan lampu ruangan pada umumnya menggunakan prinsip on/off yaitu menyalakan lampu pada saat
ruangan gelap, dan mematikan lampu pada saat ruangan terang.
Pada penelitian Penelitian ini penulis merancang suatu alat yang memanfaatkan sistem kerja dari RTC DS
1307, Yaitu berjudul
Prototype Sistem penerangan otomatis menggunakan RTC DS 1307”Berbasis
Mikrokontroler ATmega16.
2.
Landasan Teori
RTC DS 1307
IC DS 1307 merupakan suatu chip yang memiliki fungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. DS 1307
merupakan real time clock (RTC) menggunakan jalur data seminggu, dan tahun valid hingga 2100. Secara otomatis
bulan dan tanggal akan disesuaikan untuk bulan yang kurang dari 31 hari termasuk untuk tahun yang akan datang.
Operasi jam baik 24 jam atau 12 jam dengan format indicator AM/PM. DS 1307 memiliki built-in power sense
circuit dapat mendeteksi kegagalan daya (power filure), dan secara otomatis berpindah kesuplai cadangan.
Komunikasi dengan RTC DS 1307 adalah serial dengan 1 kabel (I2C) ,dimulai ketika terjadi perubahan kondisi
SDA “1” ke “0” dengan kondisi SCL “1” dan berakhir pada saat kondisi SDA berubah dari “0” ke “1” dengan
kondisi SCL “1”.
IC DS 1307 dengan jalur data parallel yang memiliki antar muka Inter Integrated Circuit (I2C), sinyal
keluaran gelombang kotak terpogram (Programable squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power fail) dan
rangkaian switch, konsumsi daya kurang dari 500mA menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional
Oscillator. Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40ºC hingga + 85ºC. tersedia dalam kemasan 8-pin DIP
atau SOIC.[7
2.1.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
78
Gambar 1. RTC DS 1307
2.2.
Mikrokontroler ATmega16
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu chip. Mikrokontroler lebih dari sekedar
sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write
Memory), beberapa port masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC
(Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. Salah satu mikrokontroler
yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR.
a. Arsitektur ATmega16
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data,
baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan
(concurrent), adapun blog diagram arsitektur ATmega16. Secara garis besar mikrokontroler ATmega16 terdiri
dari :
1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz.
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte
3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
5. User interupsi internal dan eksternal
6. Port antarmuka SPI dan Port USART sebagai komunikasi serial.
7. Fitur Peripheral.
b. Konfigurasi Pin ATmega16
Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega16 dengan kemasan 40. Dari gambar dibawah ini dapat terlihat
ATmega16 memiliki 8 Pin untuk masing-masing Port A, Port B, Port C, dan Port D.
Gambar 2. Konfigurasi pin ATmega16
2.3.
LCD (Liquid Crystal Display)
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
79
LCD adalah suatu jenis media penampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada lcd
berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair
sebagai suatu titik cahaya. Disebut sebagai titik cahaya karena karena kristal cair ini tidak memancarkan cahaya
sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang
susunan kristal cair tadi.[10]
Dibandingkan dengan seven segment, memang LCD lebih dianggap rumit oleh sebagian orang, akan tetapi
ada pula orang yang lebih suka memakai LCD karena pemakaian daya yang sangat rendah, selain itu juga karena
jumlah karakter yang ditampilkan semakin banyak.. Konfigurasi pin LCD karakter 2x16 ada pada Tabel 1 dibawah
ini.
Gambar 3. Konfigurasi pin LCD 16x2
2.4.
Catu Daya
Catu daya atau power supply merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus bolak- balik (AC)
menjadi arus searah (DC). Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektronika yang berfungsi sebagai sumber
tenaga listrik misalnya pada baterai atau aki.Catu daya atau power supply juga dapat digunakan sebagai perangkat
yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik.
Dengan kata lain fungsi Catu daya (Power Supply) adalah perangkat keras yang berfungsi untuk menyuplai
tegangan langsung kekomponen dalam casing yang membutuhkan tegangan, misalnya mikrokontrloer, modul
bluetooth, motor servo, motor dc, solenoid dll.
Input power supply berupa arus bolak-balik (AC) sehingga power supply harus mengubah tegangan AC
menjadi DC (arus searah).[7] Pada catu daya menggunakan regulator IC 7809 dan IC 7812.. Regulator tersebut
sebagai penstabil tegangan supaya didapat output yang maksimal. IC 7809 dn IC 7812 berfungsi sebagai penstabil
tegangan output sebesar 9 dan 12 volt DC[8].
D
D
IN
40
02
02
40
IN
D
D
2
0
40
IN
2
IN
40
0
D
IN
D
40
IN
02
D
IN
40
2
02
0
40
D
IN
40
02
Gambar 4. Catu daya (Power Supply)
2.5.
Saklar Tekan (Push Button)
Sesuai dengan nama fungsinya saklar push button digunakan untuk memutuskan dan menghubungkan
aliran listrik dengan cara ditekan bagian tombolnya. Pada bagian atasnya terdapat knop yang berfungsi sebagai area
penekan (warna merah), lalu disamping kiri dan kanan terdapat terminal, kontak normally open (NO) dan normally
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
80
close (NC) berfungsi sebagai terminal wiring untuk dihubungkan dengan alat listrik lainnya, lalu mempunyai
kapasitas beban sekitar 5 A. Gambar rangkaian push button ada pada gambar dibawah ini. [12]
Saklar tekan ini befungsi sebagai pemberi sinyal masukan pada rangkaian listrik, ketika/selama bagian
knop ditekan maka alat ini akan bekerja sehingga kontak-kontaknya akan terhubung untuk jenis normally open dan
akan terlepas untuk jenis normally close, dan sebaliknya ketika knopnya dilepas kembali maka kebalikan dari
sebelumnya, untuk membuktikannya pada terminalnya bisa digunakan alat ukur ohm meter. Pada umumnya
pemakaian terminal jenis NO (Normally Open) digunakan untuk menghidupkan rangkaian dan terminal jenis NC
(Normally Close) digunakan untuk mematikan rangkaian, namun semuanya tergantung dari kebutuhan penggunaan
push button.
Gambar 6. Push Button
2.6.
Relay
Relay merupakan Sebuah saklar yang digunakan untuk menghubungkan atau memutus aliran listrik yang
dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya. Relay biasanya hanya memiliki hanya
mempunyai satu kumparan tetapi relay dapat mempunyai beberapa kontak.Pada dasarnya,konstruksi dari relay
terdiri dari lilitan kawat (koil) yang dililitkan pada inti besi lunak.
Jika lilitan kawat mendapatkan aliran arus, inti besi lunak kontak menghasilkan medan magnet dan
menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya fisik magnet sehingga berpindah posisi kutub lain atau
terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay, dan relay akan
kembali keposisi semula,bila tidak lagi arus yang mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay
yang digunakan.
Relay terdiri dari coil dan contact coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact
adalah sejenis saklar yang pergerakanya tergantung pada ada tidaknya arus listrik di coil.Secara prinsip kerja dari
relay yaitu ketika coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik
armature yang berpegas, dan contact akan menutup.[9]
Gambar 7. Relay
2.7.
Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitutransmitter dan receiver yaitu antara
bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah.Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar
elektrik, yang bekerja secara otomatis.Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (Coupling) yang bekerja
berdasarkan picu cahaya optik sebagai on/offnya.
Optocoupler terdiri dari 2 bagian yaitu :
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
81
1.
2.
Pada transmitter dibanguan dari sebuah LED inframerah.
Jika dibandingkan dengan menggunakan led biasa, led inframerah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap
sinyal yang tampak.Cahaya yang dipancarkan oleh LED inframerah tidak terlihat oleh mata telanjang.
Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor.
Gambar 8. Optocoupler
2.8.
Lampu Pijar
Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen
yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi
udara untuk berhubungan denganya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi. Lampu pijar
dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan (voltase) kerja yang bervariasi mulai dari 1,25
volt hingga 300 volt. Energi listrik yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar
dibandingkan dari sumber cahaya buatan lainya, seperti lampu pendar dan dioda cahaya , maka secara bertahap pada
beberapa negara peredaran lampu mulai dibatasi.
Gambar 9. Lampu Pijar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Keterangan gambar :
Bola lampu.
Argon, neon, nitrogen.
Filamen wolfram.
Kawat penghubung tengah.
Kawat penghubung ke ulir.
Kawat penyangga.
7. Kaca penyangga
8. Kontak listrik di ulir.
9. Sekrup ulir
10. Isolator
11.Kontak listrik di kaki tengah
3.
Perancangan dan Pembuatan Sistem
Blok diagram menjelaskan push button digunakan untuk mengatur waktu dan tanggal dan mengatur dan
mati lampu sesuai dengan settingan programmer yang telah diprogram kedalam sistem minimum ATmega 16.
Untuk mengendalikan nyala dan mati lampu sesuai dengan program dibutuhkan sebuah rangkaian driver relay. Dan
seluruh program yang telah disetting oleh push button ditampilkan dalam LCD 16x2.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
82
Gambar 8. Diagram blok sistem
a.
Perancangan rangkaian RTC DS 1307
Gambar 9. Rangkaian RTC DS 1307
Rangkaian ini menggunakan RTC DS 1307 yang berfungsi untuk menyimpan waktu dan tanggal setelah di
download pada program. IC DS 1307 merupakan Real Time Clock (RTC)dengan jalur data parallel yang memiliki
antar muka Inter Integrated Circuit(I2C),sinyal keluaran gelombang kotak terpogram (Programable squarewave),
deteksi otomatis kegagalan daya (power fail) dan rangkaian switch, konsumsi daya kurang dari 500mA
menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional Oscillator. Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu:
-40ºC hingga + 85ºC. tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC.
b.
Rangkaian driver relay
Motor DC merupakan bagian utama penggerak mekanik yang difungsikan untuk membuka dan menutup
gas. Motor DC yang digunakan membutuhkan tegangan 12V. Keluaran mikrokontroler ATmega16 hanyalah sekitar
5V dengan daya kecil, untuk itu dibutuhkan rangkaian driver yang terbuat dari Relay 12V untuk mencatu sumber
tegangan motor DC. Optocoupler digunakan untuk mentrigger transistor NPN TIP41 yang digunakan untuk
mencatu relay. Ketika optocoupler aktif maka transistor akan tertrigger sehingga arus akan mengalir dari collector
ke emitor yang menyebabkan relay aktif. Untuk dapat menggerakan sebuah motor DC diperlukan 2 (dua) buah.
Dengan menghubungkan kaki NC pada relay ke ground dan NO pada sumber 12V maka dapat digunakan untuk
mengendalikan nyala/mati dan arah putar dari motor DC.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
83
4.
Gambar 10. Rangkaian driver relay
Pengujian dan analisa
a. Pengujian RTC (Real Time Clock)
4.2.1 Tujuan
Pengujian RTC (Real Time Clock) ini bertujuan untuk mengetahui input waktu dihasilkan oleh RTC DS 1307
saat tanpa baterai dan diberi baterai. Untuk melakukan pengujian tersebut dibutuhkan beberapa alat yaitu Sistem
Minimum ATmega 16, LCD.
Untuk melakukan pengujian rangkaian tersebut, memerlukan langkah- langkah sebagai berikut :
a. Rangkai rangkaian seperti pada gambar Uji.
b. Hubungkan RTC ke mikrokontroler ATmega 16.
c. Pada RTC diberi baterai 3 volt.
d. Catat Output yang dihasilkan RTC pada tampilan LCD.
Adapun gambar rangkaian pengujian ditunjukan pada Gambar 4.2 dibawah ini.
Gambar 12 . Pengujian Rangkaian RTC DS 1307
Tabel 4.2 Hasil uji rangkaian RTC (Real Time Clock)
Tegangan Baterai
0
1
Aksi pada LCD
Tidak dapat menyala dan tidak dapat
mereset waktu dan tanggal yang
telah.diatur program Codevision AVR.
Dapat menyala dan dapat mereset waktu
dan tanggal yang telah diatur .program
Codevision AVR.
4.4 Pengujian Sistem Minimum ATmega 16
4.4.1 Tujuan
Tujuan dari sistem kerja Sistem Minimum ATmega 16 adalah untuk mengetahui kinerja alat dapat bekerja baik.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
84
Rangkaian Uji Sistem Minimum ditunjukan pada gambar 4.4 dibawah ini:
Gambar 4.4 Pengujian Sistem Minimum ATmega 16
Cara Pengujian:
Pengujian dilakukan untuk mengetahui sistem minimum bekerja dengan baik, maka jalur-jalur port pada
mikrokontroler ATmega 16 ditester lebih dahulu.
Proses pengujian:
1. Mempersiapkan voltmeter untuk mengukur level tegangan tiap port dari mikrokontroler.
2. Membuka program yang akan dites, kemudian meng-compilernya.
3. Mendownload program kedalam mikrokontroler ATmega 16 dengan menggunakan ISP downloader
Listing program menyalakan semua port (Set tiap port sebagai output). PORT A=PORT B=PORT C= PORT D =
0XFF. Hasil yang diperoleh adalah semua port akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt, sehingga bisa dipastikan
sistem minimum dapat bekerja dengan baik.
4.3 Pengujian Catu Daya( Power Supply)
Rangkaian Uji Catu daya atau power supply ditunjukan pada gambar 4.3 dibawah ini:
a.
b.
c.
d.
Gambar 4.3 Rangkaian Uji Catu Daya
Tujuan :
Pengujian catu daya bertujuan untuk mengetahui besar output teganga yang digunakan untuk mensuplai
suatu rangkain listrik.Untuk melakukn pengujian tersebutdibutuhkan beberapa alat yaitu multimeter digital mupun
analog. Didalam melakukan pengujian tersebut dibutuhkan beberapa langkah diantaranya:
Hubungkan multimeter terhadap catu daya atau power supply.
Atur Multimeter jarum positif (warna merah) dihubungkan ke + 9 volt pada catu daya dan jarum negative (warna
hitam) dihubungkan ke Ground pada Catu daya.
Atur Multimeter jarum positif (warna merah) dihubungkan
ke + 12 volt pada catu daya dan jarum negative (warna hitam) dihubungkan ke Ground pada Catu daya.
Catat hasil besarnya nilai output tegangan yang tertampil pada multimeter.
Tabel 4.3 Nilai Output tegangan catu daya
TitikPengukuran
Tegangan
Input Trafo 2 A
220 Volt ( AC)
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
85
4.6
Output trafo 2 A
11,9 Volt (DC)
Output IC LM 7809
Output IC LM 7812
9 Volt (DC)
12 volt (DC)
Output Catu daya 9 volt
8,9 volt (DC)
Output Catu daya 12 volt
12 Volt (DC)
Pengujian Alat secara keseluruhan
4.6.1 Tujuan
Mengintegrasikan semua bagian dari alat yang sudah bisa bekerja tiap bagian. Sehingga tujuan akhir dapat
terlihat dan dapat dianalisa.
4.6.2 Peralatan yang dibutuhkan
a. Power Supply
b. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 16
c. Rangkaian RTC DS 1307
d. Rangkaian Driver Relay
e. LCD 16
4.6.3 Hasil pengujian
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Rangkaian Keseluruhan alat
Waktu uji lampu
Lampu 1
Lampu 2
06.00 s/d 16.59
Mati
Mati
17.00 s/d 23.59
Menyala
Menyala
00.00 s/d 05.59
Menyala
Mati
Setelah melakukan percobaan seluruh rangkaian maka diperoleh hasil yaitu pada waktu uji lampu 1 pada jam
06.00 pagi s/d 16.59 kondisi lampu luar mushola (mati) dan kondisi lampu dalam mushola (mati). Pada uji lampu 2
pada jam 17.00 s/d23.59 kondisi pada lampu luar mushola (menyala) dan kondisi pada lampudalam mushola
(menyala). Pada waktu uji lampu 3 pada jam 00.00 s/d 05.59 kondisi pada lampu luar mushola (menyala) dan kondisi
lampu dalam mushola (mati). Siklus nyala dan mati lampu dapat diatur sesuai dengan push button.
5.
Kesimpulan
Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan sistem yang selanjutnya dilakukan tahap pengujian
dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
1.
Berdasarkan hasil alat yang telah dibuat, alat ini digunakan untuk menyalakan dan mematikan (ON/OFF) lampu
1dan lampu 2 yang sesuai dengan settingan jam dan tanggal yang dibuat pada program aplikasi Codevision AVR.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
86
2.
Alat ini menggunkan push button sebagai alat untuk mengatur pada pengaturan jam dan tanggal dan pengaturan
ON/OFF lampu 1 dan lampu 2. Dan menggunakan LCD 16x2 yang digunakan menampilkan hasil tampilan
eksekusi program.
3.
Sistem penerangan lampu ini berfungsi untuk penerangan lampu pada dalam dan luar ruangan yanng menggunkan
IC RTC DS 1307 yang berfungsi untuk menyimpan waktu dan tanggal secara otomatis dalam mengatur nyala dan
mati lampu.
Daftar Pustaka
[1].
Aggraini,Dian.2011.”JurnalAplikasiMikrokontrolerATmega 16 SebagaiPengontrolSistem
Emergency LampuDilengkapi Sensor Cahaya (LDR).”
[2].
Keyzanovianti, Cristinilubis. 2010.“Jurnal PerancanganPrototype
SistemPeneranganOtomatisRuanganBerjendelaBerdasarkanIntensitasCahayaBerbasisATmega
16”.
[3].
Hadi,M.Sholihul.2007.Mengenal Mikrokontroler AVR Atmega16, Ilmu Komputer.
[4].
Andrianto, Heri.2007.BukuPemrogramanMikrokontrolerATmega16.Bandung.
[5].
Artikel Wikipedia BahasaIndonesia,TentangLampuPijar.
[6].
DataSheetATmega16.
[7].
Data sheet IC DS1307.
[8].
Thooley,Michael. 2003.“Buku RangkaianElektronikaPrinsip Dan Aplikasi.”Jakarta.
[9].
[10].
Maryono,”ArtikelTentangPengertian Relay Dan Saklar Manual Dalam Pengedalian Mesin”,
Yogyakarta.
Delta Elektronik,M1632 Module LCD 16x2 Baris (M1632).
[11].
Data Sheet Optocoupler P521.
Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014
87