BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB III
PERANCANGAN ALAT
Dalam perancangan tugas akhir ini, terdapat dua bagian yaitu bagian
hardware dan bagian software. Pada bagian hardware sendiri mempunyai dua
kondisi yaitu tegangan AC dan tegangan DC. Sementara pada sisi perancangan
bagian software merupakan bahasa pemrograman untuk mikrokontroler AVR yaitu
dengan menggunakan bahasa pemrograman BASCOM AVR.
Gambar-3.1. Diagram Blok Perancangan Light Dimmer
Dari diagram blok pada Gambar-3.1 tersebut, proses kerja alat dapat dijelaskan
sebagai berikut :

Sensor objek (dummy sensor) sebagai input mikrokontroler merupakan
saklar utama dari proses ini. Jika mikrokontroler menerima sinyal dari
sensor objek yang berarti adanya objek yang terdeteksi, maka prosesproses selanjutnya akan berjalan. Dan jika tidak ada sinyal dari sensor
objek, maka proses-proses selanjutnya tidak dilaksanakan.

Sensor cahaya (LDR) sebagai input analog mikrokontroler pada port A.
Input sinyal ini kemudian diolah oleh ADC mikrokontroler menjadi data
yang berupa angka 0 – 1023 level kuantisasi. Dari data/angka yang didapat
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
kemudian dibagi menjadi tiga kategori, yaitu keadaan gelap, redup, atau
terang. Misal data/angka tersebut adalah : 0 – 500 dikategorikan gelap,
501 – 650 dikategorikan redup, dan >>650 dikategorikan terang.

Output dari mikrokontroler ada tiga, yaitu output untuk mengendalikan
PWM (IC TL494CN), output untuk mengaktifkan switching transistor, dan
output ke LCD.

Untuk mengendalikan PWM, yaitu dari mikrokontroler ke pin DTC (Dead
Time Control), bergantung pada kondisi gelap, redup, atau terang.
Sehingga nilai tegangan menuju pin DTC akan berbeda-beda dan
menyebabkan lampu menyala redup atau terang atau tidak menyala.

Untuk switching transistor bergantung pada sensor objek, bila ada objek
maka switching transistor akan aktif dan meng-On-kan optoisolator dan
juga sebaliknya bila tidak ada objek maka switching transistor akan Off.

Optoisolator berfungsi sebagai isolator antara rangkaian DC dan rangkaian
AC. Jika optoisolator (MOC3020) On, maka akan mengaktifkan Gate
Triac (BTA12) sehingga arus AC akan mengalir menuju lampu dan lampu
akan menyala, sebaliknya jika optoisolator Off maka Triac juga akan Off
dan lampu akan padam.

LCD berfungsi sebagai penampil karakter-karakter dari status yang sedang
terjadi pada alat tersebut.
3.1.
Hardware
Pada bagian hardware terdiri atas rangkaian DC dan AC. Rangkaian DC
beroperasi pada level tegangan input +5Vdc dan +12Vdc (atau +24Vdc),
sementara rangkaian AC dengan tegangan input jala-jala listrik 220Vac. Berikut
bagian-bagian perancangan dari sisi hardware.
3.1.1. Voltage Regulator
Pada dasarnya, perancangan alat tugas akhir ini menggunakan power
supply +12Vdc atau +24Vdc, tetapi karena beberapa komponen menggunakan
+5Vdc maka dirancanglah rangkaian voltage regulator +5Vdc menggunakan IC
http://digilib.mercubuana.ac.id/
28
regulator 7805. Berikut merupakan gambar skematik rangkaian voltage regulator
+5Vdc.
Gambar-3.2. Voltage Regulator +5Vdc
3.1.2. IC TL494CN
IC TL494CN merupakan IC pengatur PWM. Pada perancangan alat ini, IC
ini berperan dalam mengatur on/off lampu, yaitu dengan mengatur tegangan
masukan pada DTC antara 0 – 5.25Vdc. DTC (Dead Time Control) yaitu untuk
mengatur agar keluaran pada E1 dan E2 menjadi 0 (nol) atau tegangan minimal
(mendekati nol). Tegangan operasional IC ini, yaitu Vcc menggunakan tegangan
+12Vdc, sementara tegangan referensi (Vref) yaitu +5Vdc. Berikut merupakan
rangkaian skematik IC TL494CN.
Gambar-3.3. Rangkaian IC TL494CN
Pada Gambar-3.3 di atas merupakan rangkaian yang dirancang untuk
mengatur besar kecilnya tegangan pada DTC. Terlihat bahwa terdapat port
http://digilib.mercubuana.ac.id/
29
Optional. Port Optional tersebut terhubung pada pin 4 (DTC) yang berfungsi
untuk memilih beberapa tipe pengontrolan tegangan pada DTC tersebut.
Sementara output IC TL494CN yang digunakan untuk mengendalikan operasional
Triac yaitu E1 dan E2. Pada Gambar-3.4, output E1 dan E2 ini dihubungkan ke IC
MOC3020 yaitu sebuah IC optocouplers/optoisolators.
Gambar-3.4. Koneksi TL494CN dengan MOC3020
3.1.3. IC MOC3020 dan TRIAC BTA 12
IC ini merupakan IC optocoupler/optoisolator yang mampu bekerja pada
kondisi DC dan AC sekaligus. Fungsi MOC adalah sebagai isolator bagian DC
dari rangkaian kendali agar tidak terhubung secara langsung ke jaringan AC. Pada
sisi DC dikoneksikan dengan perangkat kendali seperti mikrokontroler sementara
pada sisi AC dikoneksikan dengan Triac BTA 12.
Gambar-3.5. Skematik MOC3020
Fungsi isolator dari MOC3020 ini ditunjukkan pada Gambar-3.6 berikut ini.
Gambar-3.6. Koneksi MOC3020 dengan TRIAC
http://digilib.mercubuana.ac.id/
30
Pada Gambar-3.6 terlihat bagian AC dari rangkaian tersebut yaitu yang terhubung
pada pin 6 dan pin 4 IC MOC3020, diantaranya dikoneksikan dengan Triac,
tegangan jala-jala 220 Vac dan lampu pijar. Sementara pada pin 1 dan pin 2
terhubung dengan IC TL494CN (pada Gambar.3-4) yang merupakan bagian DC.
3.1.4. Switching Transistor
Karena tegangan output dari mikrokontroler adalah DC dengan nilai
+5Vdc, maka untuk mengatur On/Off lampu pijar yang mempunyai tegangan AC
digunakanlah sistem switching transistor. Rangkaian switching ini terdiri dari
transistor dan relay 12 Vdc. Berikut gambar rangkaian switching transistor.
Gambar-3.7. Rangkaian Switching Transistor dan Relay
Pada Gambar-3.7, keluaran dari mikrokontroler yang berupa tegangan +5Vdc
dihubungkan ke basis transistor. Sementara kolektor dari transistor dihubungkan
ke koil relay +12Vdc kemudian dipasang secara parararel dioda 1N4148, dan
emitor dihubungkan ke ground. Untuk relay, switch pada relay dihubungkan ke
rangkaian MOC3020 yang dipasang antara pin 2 MOC3020 dengan ground.
Fungsinya yaitu untuk menyambungkan atau memutuskan arus ke ground.
Prinsip kerja dari rangkaian switching transistor ini yaitu ketika output
dari mikrokontroler high (biner = 1) yang sama dengan +5Vdc lalu akan mengalir
menuju basis transistor. Sehingga arus dari kolektor akan mengalir ke emitor
menuju ground. Proses ini mengakibatkan koil relay dialiri arus listrik sehingga
menjadi aktif (On). Aktifnya koil relay ini menyebabkan switch/saklar relay
http://digilib.mercubuana.ac.id/
31
menjadi aktif, dimana NO menjadi terhubung dan NC menjadi terputus. Pada
rangkaian di atas saklar yang digunakan yaitu NO. Dan ketika output
mikrokontroler kembali menjadi low (biner 0) maka keadaan relay akan kembali
seperti semula (Off).
Gambar-3.8. Rangkaian Kontak Relay
Pada Gambar-3.8, ketika relay On, maka OnRly_1 dan OnRly_3 akan
tersambung, sehingga pin 2 MOC terhubung ke Ground. Dan ketika relay Off,
maka OnRly_1 dan OnRly_3 terputus, sehingga pin 2 MOC juga terputus dari
Ground.
3.1.5. Sensor Cahaya
Gambar-3.9. Bentuk Fisik LDR
http://digilib.mercubuana.ac.id/
32
Untuk mengidentifikasi intensitas cahaya, maka digunakan sensor cahaya.
Dalam perancangan alat ini, sensor cahaya menggunakan LDR (Light Dependent
Resistor) karena relatif murah dan mudah didapatkan. Berikut merupakan gambar
skematik rangkaian sensor cahaya menggunakan LDR.
Gambar-3.10. Rangkaian Sensor Cahaya
Pemasangan sensor cahaya ini terdapat dua pilihan. Pilihan tersebut diantaranya :

Pertama, memasang sensor cahaya (LDR) langsung dengan IC TL494CN
pada pin 4 yaitu pada port DTC. Dengan dihubungkannya pada DTC ini
maka nilai output IC TL494CN pada port E1 dan E2 akan berubah seiring
berubahnya nilai tegangan DTC antara 0 – 5.25Vdc. Perubahan ini
bergantung pada diterimanya banyak atau sedikitnya intensitas cahaya
oleh LDR. Berikut gambar skematik rangkaiannya.
Gambar-3.11. Koneksi Rangkaian Sensor Dengan TL494CN
http://digilib.mercubuana.ac.id/
33

Kedua, memasang sensor cahaya (LDR) sebagai masukan/input
mikrokontroler AVR ATMega pada port ADC (Port A). Dengan demikian
nilai tegangan atau perubahan tegangan yang terjadi pada LDR sebagai
masukan ADC. Setelah diubah menjadi data digital oleh ADC, data ini
kemudian menjadi output mikrokontroler pada Port B. Pada pilihan kedua
ini, diperlukan rangkaian tambahan yaitu dua buah rangkaian switching
transistor yaitu untuk mengidentifikasikan kondisi redup atau gelap suatu
ruangan. Sementara untuk kondisi terang, output dari mikrokontroler
langsung dikoneksikan ke IC TL494CN. Untuk mendapatkan intensitas
cahaya yang tepat pada kondisi redup dan gelap tersebut yaitu dengan
mengatur besarnya variabel resistor yang akan mempengaruhi nilai DTC
(Dead Time Control) pada IC TL494CN. Variabel Resistor 1 (VR1) untuk
mengatur pada kondisi redup sedangkan Variabel Resistor 2 (VR2) untuk
mengatur pada kondisi gelap. VR1 untuk mendapatkan nilai input DTC
yang relatif kecil, sementara VR2 untuk mendapatkan nilai input DTC
yang maksimal. Berikut gambar skematik rangkaiannya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
34
Gambar-3.12. Koneksi Rangkaian Sensor dengan Mikrokontroler
http://digilib.mercubuana.ac.id/
35
Dari kedua pilihan tersebut, penulis akhirnya memilih perancangan alat yang
kedua dimana sensor cahaya sebagai input pada mikrokontroler dan dibagi
menjadi tiga kelompok yaitu gelap, redup, dan terang. Sedangkan untuk pilihan
perancangan pertama cukup kesulitan dalam pemilihan sensor cahaya yang cukup
stabil, dikarenakan LDR cukup sensitif terhadap perubahan cahaya dimana nilai
yang didapat LDR selalu berubah dengan cepat dan tidak stabil.
3.1.6. Sensor Objek
Untuk mengidentifikasi adanya manuasia (objek), maka digunakanlah
sensor objek yaitu diantaranya infra merah ataupun ultrasonic. Tetapi karena
untuk menekan biaya pengerjaan, maka sensor objek ini diganti dengan limit
switch atau push button sehingga dinamai dengan Dummy Sensor. Prisnsip kerja
dari rangkaian ini cukup sederhana yaitu ketika saklar (limit switch / push button)
ini ditekan berarti menandakan adanya objek (manusia) dan jika saklar terlepas
menandakan tidak adanya objek. Kemudian saklar ini sebagai masukan (input)
mikrokontroler AVR ATMega pada Port D yang berfungsi sebagai perintah
interupsi pada mikrokontroler. Data output dari sensor objek ini yaitu pada port B
mikrokontroler. Berikut merupakan gambar skematik rangkaian sensor objek
(Dummy Sensor).
Gambar-3.13. Rangkaian Sensor Objek (Dummy Sensor)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
36
3.1.7. Mikrokontroler AVR ATMega
Sebagai pengontrol atau pengendali dari alat tugas akhir ini yaitu
menggunakan mikrokontroler AVR ATMega 32. Pada gambar-gambar sebelumnya
terlihat bahwa mikrokontroler dikoneksikan dengan sensor cahaya, sensor objek,
switching transistor, dan juga IC TL494CN. Ini membuktikan bahwa peran
mikrokontroler dalam kendali dan pengolahan data dari alat ini lebih dominan.
Dan berikut merupakan gambar skematik mikrokontroler dengan LCD sebagai
tampilan status.
Gambar-3.14. Rangkaian Mikrokontroler AVR dan LCD
Dari Gambar-3.14 di atas, terlihat koneksi antara mikrokontroler AVR dan LCD
yang dihubungkan pada Port C. LCD ini berfungsi sebagai tampilan status kerja
alat yang sedang beroperasi. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, Port A sebagai
masukan ADC yang digunakan untuk input dari sensor cahaya, sementara Port B
sebagai output yang dikoneksikan dengan switching transistor, dan Port D
digunakan untuk input dari sensor objek (dummy sensor). Dengan demikian
semua port-port pada mikrokontroler sebagiannya terpakai baik sebagai input
maupun output. Mikrokontroler ini sendiri bekerja pada tegagangan input +5Vdc
yang berasal dari voltage regulator.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
37
3.2. Software
Pada perancangan bagian software ini merupakan pemrograman pada
mikrokontroler AVR ATMega 32. Bahasa pemrograman menggunakan bahasa
basic yaitu BASCOM AVR. Di dalam perancangan software ini, dikelompokan
menjadi beberapa bagian, diantaranya :

Pengolahan data ADC, yaitu input dari sensor cahaya menuju Port A.

Input data dari Port D, yaitu input dari sensor objek (dummy sensor), dan
ini dapat dikatakan sebagai saklar utama, dimana jika tidak ada objek yang
terdeteksi maka langkah-langkah selanjutnya tidak dapat berjalan/running.

Output data Port B, yaitu untuk memberikan sinyal aktif pada switching
transistor, yang selanjutnya akan mengaktifkan IC MOC3020 dan IC
TL494CN.

Output data Port C, yaitu untuk tampilan status operasional alat pada LCD.
Flowchart untuk proses kerja alat ini ditunjukkan pada Gambar-3.15 berikut ini.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
START
MICROCONTROLLER
& SENSOR
ON
LCD DISPLAY
“ STAND BY “
N
ADA OBJEK
?
N
SELESAI
?
Y
Y
MICROCONTROLLER
& SENSOR
OFF
LCD DISPLAY
“LIGHT
DIMMER ON”
END
N
GELAP
?
Y
REDUP
?
N
Y
LAMPU MENYALA
PENUH
LAMPU MENYALA
REDUP
LAMPU TIDAK
MENYALA
LCD DISPLAY
“ DARK ”
LCD DISPLAY
“LOW LIGHT”
LCD DISPLAY
“ BRIGHT ”
Gambar-3.15. Flowchart Sistem Otomatisasi Light Dimmer
http://digilib.mercubuana.ac.id/
39
Dari flowchart tersebut :

Ketika alat di-On-kan, maka mikrokontroler dan perangkat lainnya seperti
sensor akan aktif dan LCD display akan menampilkan karakter “STAND
BY”.

Lalu eksekusi program berlanjut ke sebuah decision pertama yaitu apakah
terdeteksi “adanya objek?”, jika tidak (N) akan ke decision selanjutnya
yaitu mengulang atau selesai.

Jika ya (Y) eksekusi program ke tahap selanjutnya yaitu LCD display
menampilkan karakter “LIGHT DIMMER ON”.

Dan berlanjut ke decision : “Gelap?” atau “Redup?” atau “tidak keduaduanya?” .

Jika “Gelap” berarti lampu akan menyala terang (penuh) dan LCD display
menampilkan karakter “DARK”.

Jika “Redup” berarti lampu akan menyala redup atau kurang lebih
setengah dari menyala penuh dan LCD display menampilkan karakter
“LOW LIGHT”.

Jika tidak kedua-duanya berarti kondisi ruangan dalam keadaan terang dan
tidak membutuhkan pencahayaan lampu sehingga lampu tidak menyala
atau mati. LCD display akan menampilkan karakter “BRIGHT”.

Dari ketiga kondisi di atas akan kembali lagi pada decision pertama yaitu
apakah terdeteksi “ada objek?” dan begitu seterusnya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/