sistem pengendalian cahaya ruangan berbasis

SISTEM PENGENDALIAN CAHAYA RUANGAN BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
H.Lukman Abdul Fatah M.Si., M.T 1, Abdul Aziz Effiyatna 2
1
Manajemen Informatika PKN LPKIA
2
Program Studi Teknik Informatika STMIK LPKIA
Jln. Soekarno Hatta No. 456 Bandung 40266, Telp. 022-7564282, . 022-7564283, Fax. 022-7564282
Email : [email protected] & [email protected]
Abstrak
Alat penghemat energi listrik untuk penerangan ruangan dengan sensor cahaya merupakan suatu bentuk alat
penghemat energi listrik yang mempunyai kelebihan dalam hal penerangan. Selain itu, alat penghemat energi listrik
untuk penerangan ruangan dengan sensor cahaya ini juga membuat manusia lebih mudah mengontrol biaya listrik
karena otomatis sesuai keadaan biasanya.
Sistem terdiri atas perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras terdiri atas mikrokontroler ATMega 8535,
Solid State Relay (SSR), Light Depending Resistor (LDR) atau sensor cahaya, Liquid Crystal Display (LCD) dan
Lampu AC. Perangkat lunak mikrokontroler dalam penelitian ini dibuat dengan menggunakan bahasa Basic
menggunakan BASCOM. Sistem ini bekerja ketika sensor cahaya menangkap intensitas cahaya pada suatu ruangan,
kemudian mikrokontroler akan menerima data dari sensor cahaya yang akan mempengaruhi keadaan keluaran oleh
PWM yang sudah ada dalam komponen mikrokontroler ATMega 8535, hasil besaran proses mikrokontroler akan di
tampilkan pada LCD dan nyalanya suatu lampu akan dijembatani oleh Solid State Relay (SSR) yang berfungsi
sebagai saklar elektronik dan menghindari percikan api. Sehingga Sistem ini telah terealisasi dan dapat
mempengaruhi arus dan tegangan listrik pada lampu AC.
Kata kunci : Mikrokontroler,SSR LDR, Lampu AC, LCD
1. Pendahuluan
Energi bersifat abstrak dan sukar dibuktikan, tetapi
dapat dirasakan adanya. Menurut hukum kekekalan
energi, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan, dapat dikonversikan atau berubah dari
bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain,
misalnya pada kompor di dapur, energi yang
tersimpan dalam minyak tanah diubah menjadi api.
Berdasarkan pengertian diatas, energi adalah
kemampuan dari suatu sistem untuk melakukan kerja
pada sistem yang lain.
Penghematan energi memang sudah menjadi hal yang
patut diperhatikan. Apalagi pemerintah sudah
mengeluarkan Instruksi Presiden (Inpres) no 13 tahun
2011 tentang penghematan energi dan air. Melalui
Inpres itu, anda harus mulai menghemat energi dalam
bentuk apapun, termasuk penggunaan di dalam
ruangan. Tingginya biaya hidup akhir-akhir ini cukup
memberatkan
sebagian
kalangan, khususnya
masyarakat
menengah
ke
bawah.Hal
ini
menyebabkan
semakin
lama
beban
hidup
masyarakat menengah ke bawah semakin hari
semakin
berat
saja. Untuk itu
kita
perlu
melakukan berbagai macam penghematan. Salah
satunya adalah hemat listrik dalam ruangan.
Disamping itu Penghematan pemakaian listrik
juga
termasuk ke dalam gaya hidup ramah
lingkungan. Penerangan cahaya sangat dibutuhkan
oleh banyak orang untuk menerangi di dalam suatu
kondisi ruangan atau tempat yang gelap, tetapi
masalahnya penerangan cahaya harus membutuhkan
sumber daya listrik untuk mengaktifkannya. PLN,
merupakan salah satu perusahaan yang bernaung atas
badan pemerintahan yang bertanggung jawab atas
pengelolaan segala sumber daya listrik di Indonesia.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan,
penulis mengidentifikasikan beberapa permasalahan
sebagai berikut :
1. Kurangnya kesadaran masyarakat tentang
penghematan
energi
listrik
(seperti
menyalakan lampu di siang hari) sementara
biaya listrik semakin mahal.
2. Adanya peraturan pemerintah tentang
penghematan listrik.
Untuk memfokuskan penelitian,
maka dibatasi
permasalahan hanya mencakup sebagai berikut:
1. Pada pembuatan program alat penghemat
energi listrik untuk penerangan ruangan
menggunakan sensor cahaya.
2. Menggunakan mikrokontroler ATMega8535.
3. Program dibuat dengan
menggunakan BASCOM.
bahasa
basic
sel. Dan yang sering digunakan dalam literature
adalah foto-resistor atau foto-sel.[7]
Dari identifikasi masalah di atas maka penulis
memiliki maksud dan tujuan, adalah sebagai berikut :
1. Menciptakan suatu alat yang dapat
mengontrol pemakaian listrik terhadap
penerangan ruangan.
2. Untuk memenuhi kebutuhan pemerintah
diharapkan alat ini dapat mengontrol
pemakaian listrik.
2.4 PWM (Modulasi Lebar Pulsa)
PWM (Pulse Width Modulation) adalah sebuah
metode pengendalian motor dengan cara mengatur
lebar pulsa yang dikirimkan pada frekuensi yang
tetap ke motor. Sinyal pengendali hanya berupa
sinyal on dan off. Dengan mengatur perbandingan
lamanya sinyal on dan off yang diberikan, maka dapat
diperoleh perubahan kecepatan pada motor, atau yang
dikenal dengan duty cycle. Duty cycle adalah waktu
sinyal pada kondisi on dibandingkan dengan periode
sinyal.[8]
2. Dasar Teori
2.1 Teori Arsitektur Komputer
Mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan
instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya,
bagian terpenting dan utama dari suatu sistem
terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang
dibuat oleh seorang programmer. Program ini
menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk
melakukan tugas yang lebih kompleks yang
diinginkan oleh programmer.[4]
Gambar 2.4 Duty Cycle .[8]
Gambar II.2. Alur Kerja Mikrokontroler.[4]
2.2 Solid State Relay (SSR)
Sebuah solid state relay (SSR) adalah saklar
elektronik, yang tidak seperti sebuah relay
elektromekanis tidak berisi bagian yang bergerak.
Jenis SSR adalah foto-coupled SSR, transformercoupled SSR, dan hibrida SSR Sebuah fotodigabungkan SSR dan dikontrol oleh sinyal tegangan
rendah yang terisolasi secara optik dari beban. Sinyal
kontrol dalam foto yang biasanya digabungkan
dengan SSR energi adalah sebuah LED yang
mengaktifkan sebuah foto-dioda sensitif. Dioda
berputar pada back-to-back thyristor, silikon
penyearah terkendali, atau MOSFET transistor untuk
mengaktifkan beban.
2.3 Sensor Cahaya
LDR atau Light Dependent Resistor, yaitu resistor
yang besar resistensinya bergantung terhadap
intensitas cahaya yang menyelimuti permukannya
LDR, dikenal dengan banyak nama foto-resistor,
foto-konduktor, sel foto-konduktif, atau hanya foto-
Gambar 2.4 menunjukkan contoh sinyal PWM untuk
beberapa tingkat duty cycle. Duty cycle 100%
menandakan motor bekerja pada kecepatan
maksimal, sedangkan nilai duty cycle yang semakin
kecil menyebabkan penurunan kecepatan putaran
motor yang dihasilkan.
2.5 LCD
Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah alat
peraga untuk menampilkan suatu karakter yang
dibangun dari dot pattern pada permukaan yang
terdiri dari liquid crystal fluid diantara dua lapisan
gelas (two of glass whose inner surface). Pada saat
diberi tegangan, cahaya diserap oleh crystal fluid dan
kemudian membentuk dot pattern. Pembentukan pola
disesuaikan dengan pemberian tegangan masingmasing dot pattern. Sedangkan Liquid Crystal
Display Module (LCM) adalah sebuah LCD yang
telah dilengkapi pengontrol dan memori sebagai
penyimpan pola karakter. LCM memberikan
kemudahan
dalam
pemakaiannya.
Untuk
menampilkan sebuah karakter, pemakai hanya
mengisikan data dan kontrol pada memori buffer
melalui pin dari LCM. LCD yang berkarakter dengan
jumlah 2 x 16 memiliki 2 baris yang masing-masing
terdiri dari 16 karakter. LCD ini memiliki 8-bit untuk
port data (D0 - D7), 3-bit control (RS, R/W, dan E), 3
Pin catu daya (VDD, V0, VSS) dan 2 pin untuk
backlight. Berikut ini contoh gambar bentuk dan
diagram blok internal LCD.
2.6 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
berhubungandengannya sehingga filamen tidak akan
langsung rusak akibat teroksidasi.
2.7 Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM
BASCOM-8535 adalah program BASIC compiler
berbasis Windows untuk mikrokontroler keluarga
8535 seperti AT89C51, AT89C2051, dan yang
lainnya.BASCOM-8535 merupakan pemrograman
dengan bahasa tingkat tinggi BASIC yang
dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS
Elektronik.Kita akan membahas penggunaan karakter,
tipe data, variable, konstanta, operasi-operasi
aritmatika dan logika, array, dan control
program.(Afrie Setiawan :2011).
2.8 Definisi UML
Menurut (Dennis, Wixom, Tegarden, 2009) yang di
kutip pada buku Systems Analysis Design UML
Version 2.0 An Object-Oriented Approach
menerangkan :“UML menyediakan kosa kata umum
istilah object-oriented dan teknik diagram yang
cukup kaya untuk model proyek pengembangan
sistem dari analisis melalui implementasi“.
3. Analisis Dan Perancangan Perangkat Lunak
3.1 Aliran Proses
3.1.1 Use Case Diagram
Use case diagram digunakan untuk memodelkan dan
menyatakan unit fungsi/layanan yang disediakan oleh
system.Use case dibawah akan memperlihatkan
hubungan fungsionalitas sistem dengan fungsional
lainnya ataupun dengan aktor.
Tabel 3.1.1.1 Deskripsi Use Case Menerima
Intensitas Cahaya.
Nama Use Case
: Menerima Intensitas Cahaya
Deskripsi
: Digunakan cahaya untuk menerima
intensitas cahaya ruangan kemudian di proses dan
mengeluarkan output.
Aktor yang terlibat : Cahaya
Kondisi awal
: Mendeteksi Cahaya
Skenario
Aktor
Reaksi Sistem
1. Menerima Intensitas 2. Memproses Intensitas
Cahaya
Cahaya
3. Mengeluarkan output
Kondisi Akhir
: Mengeluarkan output dan
mengirim data intensitas cahaya
Tabel 3.1.1.2 Deskripsi Use Case Kondisi
Lampu.
Nama Use Case
Deskripsi
intensitas cahaya.
Aktor yang terlibat
Kondisi awal
: Kondisi Lampu
: Kondisi lampu akan menyesuaikan
: Cahaya
: Mendeteksi Cahaya
Skenario
Aktor
Reaksi Sistem
1. Menerima Intensitas
2. Kondisi lampu akan
Cahaya.
menyesuaikan
intensitas cahaya.
Kondisi Akhir
: Kondisi lampu akan menyesuaikan
intensitas cahaya.
Tabel 3.1.1.3 Deskripsi Use Case
Menampilkan Informasi Intensitas Cahaya .
Nama Use Case
: Menampilkan Informasi Intensitas
Cahaya
Deskripsi
: Digunakan pengguna untuk
melihat informasi intensitas cahaya
Aktor yang terlibat : Pengguna
Kondisi awal
: Menerima data intensitas cahaya
Skenario
Aktor
Reaksi Sistem
3
Melihat informasi
1. Menerima data
intensitas cahaya
2. Menampilkan data
Kondisi Akhir
: Menampilkan data
3.2 Struktur Organisasi Obyek dan Pesan
Menggambarkan aspek keterurutan waktu dari pesan
yang disampaikan, atau menggambarkan aspek
struktur organisasi objek yang mengirim dan
menerima pesan dimodelkan dengan Sequence
Diagram.
Gambar 3.1.1 Use Case Diagram Sistem
Pengendalian Cahaya Ruangan.
4. Ananlisis Dan Perancangan Perangkat Keras
4.1 Blok Diagram
Bab ini menjelaskan mengenai komponen yang
membangun alat penghemat energi listrik dengan
sensor cahaya berbasis mikrokontroler berdasarkan
landasan teori. Gambar 4.1 merupakan diagram blok
keseluruhan dari sistem.
Sensor
Cahaya
LCD(Liquid
Crystal Display)
Gambar 3.2.1 Sequence Diagram Mendeteksi
Cahaya Ruangan.
Mikrokontroler
ATMEGA 8535
PWM (Pulse
Width
SSR (Solid
State Relay)
Lampu
Pijar
Gambar 4.1 Blok Diagram Sistem Pengendalian
Cahaya Ruangan.
Gambar3.2.2 Sequence Diagram Menampilkan Data.
3.3 Pemodelan Perilaku Sistem
Pemodelan perilaku sistem menggambarkan perilaku
dari sistem secara spesifik berdasarkan respon suatu
kondisi yang diterima oleh suatu objek dalam sistem.
3.3.1 State Diagram
Gambar 3.3.1 State Diagram Sistem Pengendalian
Cahaya Ruangan.
4.2 Subsistem Perangkat Input
4.2.2 Sistem Kendali Alat
Sistem minimum mikrokontroler adalah sistem
elektronika yang terdiri dari komponen-komponen
dasar yang dibutuhkan oleh suatu mikrokontroler
untuk dapat berfungsi dengan baik. Pada umumnya,
suatu mikrokontroler membutuhkan dua elemen
(selain power supply) untuk berfungsi: Kristal
Oscillator (XTAL), dan rangkaian RESET. Analogi
fungsi Kristal Oscillator adalah jantung pada tubuh
manusia. Perbedaannya, jantung memompa darah dan
seluruh kandungannya. Sedangkan XTAL memompa
data. Dan fungsi rangkaian RESET adalah untuk
membuat
mikrokontroler
memulai
kembali
pembacaan program, hal tersebut dibutuhkan pada
saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam
meng-eksekusi program. Pada sistem minimum AVR
khususnya ATmega 8535 terdapat elemen tambahan
(optional), yaitu rangkaian pengendalian ADC:
AGND(=GND ADC), AVCC(VCC ADC), dan
AREF(=Tegangan Referensi ADC). Jangan lupa
tambahkan konektor ISP untuk mengunduh
(download) program ke komputer.
Gambar 4.2.2 Layout Rangkaian Sensor.
4.4 Mekanisme Keseluruhan
Gambar 4.2.1 Layout Posisi Komponen ATmega
8535
4.3 Subsitem Perangkat Output
4.2.1 LCD
Proyektor LCD bekerja berdasarkan prinsip
pembiasan cahaya yang dihasilkan oleh panel-panel
LCD. Panel ini dibuat terpisah berdasarkan warnawarna dasar, merah, hijau dan biru (R-G-B) sehingga
terdapat tiga panel LCD dalam sebuah proyektor.
Warna gambar yang dikeluarkan oleh proyektor
merupakan hasil pembiasan dari panel-panel LCD
tersebut yang telah disatukan oleh sebuah prisma
khusus.
Keterangan
:
1. Sensor Cahaya atau LDR (Light Dependent
Resistor)
2. ATMega 8535
3. LCD 2 X 16 (Liquid Crystal Display)
4. Lampu Pijar
5. SSR (Solid State Relay)
5.2 Pengujian Perangkat Input
5.2.1 Pengujian Sensor
Gambar 4.2.1 Hubungan LCD16x2 dengan
Mikrokontroler.
4.2.2 Sensor Cahaya
Sensor cahaya berbasis LDR (Light Dependent
Resistor) atau biasa juga disebut dengan
photoresistor, yaitu komponen elektronika yang
bersifat resistif yang resistansi berubah jika
kecerahan cahaya yang mengenai permukaannya
berubah.
Gambar IV.2.1 Pengujian sensor ke LCD.
5.3 Pengujian Perangkat Output
5.3.1 Pengujian LCD
Gambar 5.3.1 Pengujian rangkaian LCD
6. Kesimpulan Dan Saran
Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan sistem
kemudian dilakukan pengujian dan analisanya, maka dapat
diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Tanggapan sensor terus berubah-ubah dikarenakan
cuaca pada lingkungan sekitar berubah tiba-tiba
dari terang menjadi mendung
2. Pengujian Sensor dimana hasil dari analisa dapat
bekerja dengan baik pada saat mendeteksi cahaya
dan memberikan hasil posisi output yang tertuju
pada LCD.
Adapun saran tambahan yang diperlukan dalam
meningkatkan kemampuan alat adalah sebagai berikut :
1. Pengembangan selanjutnya diharapkan tidak hanya
menggunakan satu lampu saja.
2. Selanjutnya alat ini akan dikembangkan dengan
menambahkan perangkat smartphone untuk
mengetahui dan memantau informasi kinerja alat
pengendalian cahaya dari jarak jauh via sms.
DAFTAR PUSTAKA
Buku :
Afrie,
Setiawan.
(2011).
20
Aplikasi
Mikrokontroler ATMEGA8535, ATMEGA16
menggunakan BASCOM-AVR. Yogyakarta: ANDI
Offset
Internet :
[1] Instruksi Presiden (Inpres) no 13 tahun 2011
tentang penghematan energi.
http://prokum.esdm.go.id/inpres/2011/Inpres%20
013%202011.pdf diakses pada tanggal 10
Agustus 2014 pukul 12.57
[2]Anonim,
http://www.pengertianahli.com/2013/08/pengertia
n-sistem- menurut-para-ahli.html diakses pada
tanggal 10 Agustus 2014 pukul 10.57
[3] Anonim, http://id.shvoong.com/businessmanagement/management/2290028-pengertiandan-definisi-controlling-pengendalian/
diakses
pada tanggal 20 Agustus 2014 pukul 10.57
[4]Hermawan
Sutanto,
http://mikrokontroler.tripod.com/6805/bab1.htm
diakses pada tanggal 15 Agustus 2014 pukul
14.57
[5]Anonim,
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchwor
d=ATMEGA8535 diakses pada tanggal 15
Agustus 2014 pukul 16.53
[6]Anonim,
https://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=&esr
c=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=
0CEAQFjAD&url=http%3A%2F%2Funhas.ac.id
%2Ftahir%2FBAHANKULIAH%2FELIN%2Ftugas2011%2FMuflih%2FSOLID%2520STATE%252
0RELAY.docx&ei=oHzwU46xLseeugSCs4CYD
A&usg=AFQjCNGTBlLKwUfxeeYzXVEmIZO
wE-S4Yw diakses pada tanggal 15 Agustus 2014
pukul 16.53
[7]Anonim,
http://depokinstruments.com/2011/07/29/teoridasar-ldr-dan-rangkaian-ldr-dalampengembangan/#more-1482 diakses pada tanggal
15 Agustus 2014 pukul 17.03
[8]Anonim, http://depokinstruments.com/?s=pwm
diakses pada tanggal 16 Agustus 2014 pukul
17.05
[9]Anonim,
http://id.wikipedia.org/wiki/Lampu_pijar diakses
pada tanggal 16 Agustus 2014 pukul 17.05
[10]Dennis,
Wixom,
Tegarden,
2009
http://tmohammed.files.wordpress.com/2011/10/s
ystem-analysis-and-design-with-uml-version-20.pdf diakses pada tanggal 18 Agustus 2014 pukul
01.29