Document

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Lampu kamar mandi otomatis menggunakan PIR dan Infra merah, dalam pembuatannya
merupakan penggabungan dua bidang, yaitu: Mekanik dan Bahasa pemograman C yang
menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 16. Sebuah mekanik tentu tidak dapat beroperasi
dengan sendirinya tanpa adanya sebuah bahasa pemograman atau modul-modul yang mengatur
pergerakannya. Dalam bab dua ini, akan dijelaskan komponen-komponen pembentuk rangkaian
elektronika sebagai pengontrol sistem mekanik dalam pembuatan laporan akhir.
2.1. Sensor
Sensor merupakan sebuah alat yang dapat menghasilkan sinyal-sinyal tertentu pada
kondisi tertentu. Sensor yang baik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
1) Linieritas
Hasil dari keluaran sensor (konversi) terhadap masukan harus betul-betul proporsional.
Jadi karakteristik konversi harus linier.
2) Tidak Tergantung Dengan Temperatur
Keluaran konversi tidak boleh tergantung dengan temperatur di sekitar kecuali sensor
suhu.
3) Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian rupa, sehingga pada nilai-nilai masukan yang
ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran cukup besar.
4) Waktu Tanggapan
Waktu tanggapan dalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai
akhir pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus berubah cepat
bila nilai masuk pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
5) Stabilitas Waktu
Untuk nilai masukan tertentu, sensor harus dapat memberikan keluaran yang tepat
nilainya dalam waktu yg lama.
2.2. Sensor Infra Merah
Pada alat ini dibutuhkan sebuah sensor untuk mendeteksi manusia apabila masuk dan
keluar kamar mandi tanpa melalui sakelar lagi. Penulis menggunakan sensor infra merah
sebagai pendeteksinya. Sensor infra merah akan menghasilkan sinyal (pulsa elektronik)
apabila sinar infra merah yang dikirim terhambat oleh sebuah benda.
Sistem sensor ini menggunakan LED (Light Emiting Diode) infra merah yang
menghasilkan sinar infra merah, dan sebuah penerima sinar infra merah yaitu photo
transistor.
Photo transistor akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah,
menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinar infra
merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya
cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka sinyal pulsa yang
dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah yang diterima intensitasnya lemah maka infra
merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (Light Colector) yang cukup baik dan
sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan.
Pada prakteknya sinyal infra merah ini yang diterima intensitasnya sangat kecil
sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka
sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus difilter pada frekuensi sinyal
carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz. Photodiode maupun transistor disebut juga
sebagai photo detector.
Faktor yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah “active
area” dan “respon time”. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka
semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas
cahaya dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik “received bias”
semakin besar.
Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin
besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga
semakin besar pula. Begitu pula dengan respon dengan frekuensi, semakin besar area
penerimaannya maka respon frekuensinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya
kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik.
Gambar 2.1 Respon Penerimaan Sensor Infra merah
2.3 Sinar Infra Merah
Sinar infra merah adalah radiasi elektromagnetik yang merupakan sinar tidak tampak,
berada pada spectrum warna merah. Infra merah ini berarti “bawah merah”, berasal dari
bahsa latin infra yang berarti bawah. Dapat dikatakan bahwa 80% dari cahaya matahari
adalah sinar infra merah, karena lebarnya jangkauan gelombang sinar ini 0.75 – 100 micron.
Sinar inframerah dikelompokan menjadi:
1. Near Infra Red (NIR): 0.75 – 14 m pada panjang gelombang, umumnya digunakan pada
kombinasi fiber optic karena rugi atenuasi yang rendah pada medium kaa SiO2 (silica).
2. Short Wavelength Infra Red (SWIR):1.4 - 3µm.
3. Mid Wavelength Infra Red (MWIR): juga intermediate IR (IIR):3 -8µm
4. Long Wavelength Infra Red (LWIR):8 – 15 µm.
5. Far Infra Red (FIR): 15 - 1000µm.
2.3.1. Spektrum Sinar Infra Merah
Spektrum sinar matahari terdiri dari sinar tampak dan sinar tidak tampak, sinar
yang tampak meliputi: merah, orange, kuning, hijau dan ungu. Sinar yang tak tampak
antara lain: sinar ultraviolet, sinar X, sinar gamma, sinar kosmik, sinar microwave,
gelombang listrik dan sinar inframerah. Gelombang elektromagnetik di antara sinar
tampak dan sinar microwave dinamakan sinar infra merah, dengan karakteristik adalah
tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar, reaktif atau dapat
dipantulkan oleh beberapa objek.
Tabel 2.1 Tabel Spektrum Cahaya Tampak dan Cahaya Infra Merah
2.3.2. Pemancar Infra Merah
Pemancar yang digunakan adalah sebuah LED infra merah. LED adalah diode
semi konduktor khusus yang dirancang untuk memancarkan cahaya apabila arus
melaluinya. LED bekerja pada forward bias, yaitu kondisi saat anoda mendapat
tegangan lebih positif dari katoda. Saat katoda forward bias diberikan pada LED,
potensial penghalang menjadi rendah akibat adanya elektron tipe N akan melewati
sambungan P-N untuk bergabung dengan tipe N akan melewati sambungan P-N untuk
bergabung dengan tipe P.
Jika terjadi penggabungan berarti elektron turun ke tingkat yang lebih rendah
sehingga LED dapat mengemisi atau memancarkan cahaya. LED infra merah
merupakan LED biasa, tetapi radiasi yang memancarkan akibat adanya arus forward
tidak dapat di lihat mata, karena radiasi yang dipancarkan tersebut berada pada daerah
infra merah.
Bahan semikonduktor yang digunakan LED infra merah (Infra Red Emiting
Dioda = IRED) adalah Ga As (Galium Arsenit), bahan semikonduktor ini
memancarkan radiasi sinar infra merah. Tabel berikut memperlihatkan bahan
pembentuk LED infra merah.
Gambar 2.2 Kontruksi LED Infra Merah
2.4. Mikrokontroler ATMega16
AVR merupakan seri microcontroler CMOS 8 bit buatan Atmel, berbasis arsitektur
RISC (Reduced Instruction Set Computer). Atmel merupakan salah satu vendor yang
bergerak dibidang mikroelektronika, telah mengembangkan AVR (Alf and Vegard’s Risc
processor) sekitar tahun 1997. Berbeda dengan microcontroller MCS51, AVR
menggunakan arsitektur RISC yang mempunyai lebar bus data 8 bit, perbedaan ini bisa
dilihat dari frekuensi kerjanya. MCS51 memiliki frekuensi kerja seperduabelas kali
frekuensi oscillator sedangkan frekuensi kerja AVR sama dengan frekuensi oscillator. Jadi
dengan frekuensi oscillator yang sama, kecepatan AVR duabelas kali lebih cepat dibanding
kecepatan MCS51. Secara umum AVR dibagi menjadi 4 kelas, yaitu Attiny, AT90Sxx,
ATMega dan AT86RFxx. Perbedaan antar tipe AVR terletak pada fitur-fitur yang
ditawarkan, sementara dari segi arsitektur dan set instruksi yang digunakan hampir sama.
Spesifikasi yang dimiliki dari ATMega16 adalah sebagai berikut:

Microcontroller AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah.

Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz.

Memiliki kapasitas Flash memori 16 KByte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 KByte.

Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

CPU yang terdiri atas 32 buah register.

Unit interupsi internal dan eksternal.

Port USART untuk komunikasi serial.

Fitur Peripheral.
a. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
1. 2(dua) buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah dan Mode Compare.
2. 1(satu) buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode Compare, dan
Mode Capture.
b. Real Time Counter dengan Oscillator tersendiri.
c. 4 channel PWM.
d. 8 channel, 10 bit ADC.
1. 8 Single-ended Channel.
2. 7 Differential Channel hanya pada kemasan TQFP.
3. 2 Differential Channel dengan Programmable Gain 1x, 10x, atau
200x.
e. Byte-oriented Two-wire Serial Interface.
f. Programmable Serial USART.
g. Antarmuka SPI.
h. Watchdog Timer dengan oscillator internal.
i. On-chip analog Comparator.
Gambar 2.3 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega16
2.5 Relay
Relay adalah sebuah saklar magnetic yang menggunakan medan magnet dan sebuah
kumparan untuk membuka dan menutup satu atau beberapa kontak saklar pada saat relay
dialiri arus. Pada dasarnya relay terdiri dari besi lunak yang selanjutnya berubah menjadi
magnet yang menarik atau menolak suatu pegas sehingga kontak pun menutup membuka.
Relay sering digunakan pada sistem elektronik sebagai sistem antar muka antara sistem
kendali dengan peralatan yang dikendalikan.
2.5.1 Parameter Relay
Relay memiliki parameter-parameter. Di antaranya sebagai berikut:
1.
Resistansi Kumparan
Resistansi kumparan ditentukan oleh tebal kawat dan jumlah lilitan.
2.
Arus Driver
Arus driver adalah arus yang diperlukan untuk mengaktifkan relay, arus ini
merupakan ketetapan pabrik atau sudah ditentukan oleh pembuat relay tersebut.
Jika restansi kecil maka diperlukan arus driver yang besar.
3.
Tegangan Driver
Tegangan driver adalah tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan sebuah
relay, besarnya tegangan adalah sebagai berikut:
V=IxR
Dimana : I = Arus yang mengalir
R = Resistansi
V = Tegangan
4. Daya Driver
Daya driver adalah perkalian antara arus dan tegangan driver. Daya ini
merupakan daya yang diperlukan untuk mengaktifkan relay. Dalam penggunaan
relay perlu diode pelintas tegangan balik.
2.5.2 Sifat-Sifat Relay
Sifat-sifat relay antara lain:
1.
Besarnya tahanan.
2.
Kuat arus diperlukan guna pengoperasian relay. Besar arus ditentukan oleh
pabrik pembuatnya relay dengan perlawanan kecil memerlukan arus kecil.
3.
Daya yang diperlukan untuk menggerakan suatu relay (daya yang akan dipakai
relay) sama dengan tegangan dikalikan arus delay.
4.
Banyaknya kontak-kontak dimana jangkar dapat menyambungkan lebih dari
satu kontak sekaligus. Oleh karena itu, relay dijual di pasaran ada yang
membuka dan menutup satu kontak saja. Tetapi ada juga relay yang membuka
atau mengontak sekaligus.
2.6 Transistor
Transistor adalah contoh paling penting dari sebuah komponen aktif yaitu suatu alat
yang dapat memperkuat, menghasilkan sinyal output dengan daya lebih besar di dalamnya
dibandingkan dengan sinyal inputnya. Dari banyak tipe-tipe transistor modern pada awalnya
ada dua tipe dasar transistor, Bipolar Junction Transistor (BJT atau Transistor Bipolar) dan
Field–Effect Transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor merupakan versi modern dari tabung hampa. Ditemukannya transistor
mampu merubah kemajuan dunia elektronika. Sebagaimana diode, transistor juga
merupakan alat semi konduktor. Secara sederhana, transistor merupakan penggabungan 2
buah dioda. Transistor memiliki dasar kegunaan sebagai berikut:
a. Sebagai penguat (Amplifier)
b. Sebagai penghantar-pemutus arus (SwitcIh)
Gambar 2.4 Simbol Transistor NPN dan PNP
Berdasarkan susunan bahan semi konduktornya, maka transistor dibagi menjadi dua
transistor PNO (Positif – Negatif - Positif) dan Transistor NPN (Negatif – Positif – Negatif)
memiliki 3 kali yang masing-masing diberi nama: emitor, basis dan kolektor.
2.7 Resistor
Resistor merupakan komponen yang paling sering dipakai dalam rangkaianrangakaian elektronik. Resistor merupakan suatu komponen pengatur tegangan dan alat
pendeteksi sinyal yang mengatur jalanya operasi rangkaian. Bentuk, ukuran, bahan dan
resistansinya beragam tapi mudah dikenali. Dalam elekronik, resistor diproduksi juga untuk
menghasilkan tegangan tertentu dan sebagai beban pada rangkaian elektronik dimana
terdapat tegangan beban yang makin lama makin membesar.
Besarnya resistansi dinyatakan dalam satuan Ohm. Kilo Ohm dan mega Ohm
dicantumkan pada setiap resistor dalam bentuk lambang bilangan cincin kode warna. Untuk
menyatakan resistansi sebaiknya disertakan batas kemampuan dayanya.
Berbagai macam resistor dibuat dari bahan yang berbeda dengan sifat-sifat yang
berbeda pula. Resistor dalam teori dan prakteknya ditulis degan huruf R.
RESISTOR
VARIABEL RESISTOR
Gambar 2.5 Simbol Resistor
Gambar 2.6 Resistor
Tahanan adalah komponen dengan sifat yang tertentu menghambat arus elektron
sesuai dengan perilakunya dalam tahanan listrik. Tahanan dapat dibagi menurut tahanan
linier dan tahanan non-linier.
(a)
(b)
(a) Pengukuran tahanan linier
(b)Grafik tahanan Linier I-V
Tahanan linier adalah tahanan dengan grafik pengenalanya adalah I-V arus
tegangan itu berlaku persamaan:
I = V/R
Dimana:
V : Tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
R : Tahanan (Ohm)
R = V/I
dan
2.8 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektonika yang mempunyai kemampuan untuk
menyimpan elektron-elektron atau energi listrik selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor
berbeda dengan battery atau akumulator dalam menyimpan muatan listrik, terutama tidak
terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor.
Kemampuan dari suatu kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitansi.
Besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam satuan Farad. Ada dua
kelompok utama dari kapasitor yaitu:
a. Kapasitor yang bisa diubah – ubah kapasitansinya (Variabel Kapasitor)
b. Kapasitor yang tidak bisa diubah – ubah kapasitansinya.
Gambar 2.7 Kapasitor
Suatu kapasitor dibuat dari buah lempengan atau alat paralel yang bisa menghantarkan
arus, yang dipisahkan oleh suatu penyekat yang disebut dielektrik untuk memperoleh suatu
harga kapasistansi yang masuk akal maka luas plat harus cukup besar, permivitas relatifnya
harus cukup tinggi dan tebal dielekriknya harus kecil. Jadi kekuatan dielektriknya ini
merupakan faktor penting yang tidak boleh diabaikan.
Kapasitor terbuat dari 2 buah lempengan (plat) paralel yang dapat menghantarkan arus
listrik dipisahkan oleh suatu penyekat yang disebut dielektrik. Rumus yang dipakai dalam
mencari kapasitansi dari kapasitor adalah sebagai berikut:
C = Eo.Er. A/D
Dimana :
Eo = Permivitas absolute ( E = 858x10-12)
Er = Permivitas relative ( konstanta dielektrik )
A = Luas dari plat ( m2)
D = jarak antara dua plat yaitu totalnya dielektrik (cm)
Kapasitor tidak konstan tetapi kapasitansinya akan berubah–ubah dengan tegangan dan
frekuensi yang diberikan padanya. Dengan menaikkan temperatur perbesaran bahan
dielektriknya dan perubahan yang terjadi dalam permivitas dielektrik, akan mengakibatkan
perubahan kapasitansi dari suatu kapasitor. Kapasitor juga mempunyai muatan, muatan pada
tegangan-tegangan lain dengan mengandalkan muatan per IV dengan perbedaan tegangan
yang ada. Bila kapasitas dari kapasitor µC, sehingga dapat dituliskan dalam bentuk rumus
berikut ini (Albert P.Malvino, 1984):
Q=CxV
Dengan: V = Tegangan (Volt)
C = Kapasitansi kapasitor (Farad)
Q = Muatan Kapasitor (Satuan coloumb)
Dari rumus diatas, dapat diketahui bahwa nilai muatan pada suatu kapasitor
merupakan hasil kali antara tegangan dengan kapasitansi kapasitas.
2.9 Sensor PIR (Passive Infra Red)
Pyroelectric ("Passive") Infra Red sensors (PIR) adalah sensor PIR memungkinkan
kita untuk mendeteksi adanya gerakan, digunakan untuk mendeteksi apakah manusia/benda
telah bergerak atau keluar dari jangkauan sensor.
Sensor PIR kecil, murah, berdaya rendah, mudah digunakan dan tidak mudah rusak.
Itu alasan mereka banyak digunakan dalam peralatan rumah dan gadget. Mereka sering
disebut sebagai PIR, "Pasif Infra Red", "Piroelektrik", atau "Motion IR" sensor.
PIR pada dasarnya terbuat dari sensor piroelektrik (seperti gambar di atas, seperti
logam bulat dengan kristal segi empat di tengah), yang dapat mendeteksi tingkat radiasi infra
merah. Sensor PIR memancarkan sejumlah radiasi tingkat rendah, dan panas. Sensor dalam
pendeteksi gerak sebenarnya terbagi dalam dua bagian untuk mendeteksi gerakan
(perubahan). Kedua bagian ini berkabel sehingga mereka dapat berhubungan satu sama lain.
Jika salah satu mendeteksi radiasi Infra merah dari yang lainnya, maka menghasilkan output
yang bernilai High atau Low.
Sensor piroelektrik adalah sekumpulan pendukung rangkaian, resistor dan kapasitor.
Sebagian kecil penghobi sensor menggunakan BISS0001 ("Micro Power PIR Detector IC"),
karena harga yang sangat murah. IC ini mengambil output dari sensor dan melakukan
pengolahan (proses) kecil dan mengeluarkan (output) berupa pulsa output digital dari sensor
analog.
Gambar 2.8 Sensor PIR
Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran
sinar infra merah 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 infra merah
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. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik,
Hal ini dikarenakan pancaran sinar infra merah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya
hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.
Mengapa sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja, Hal ini disebabkan
karena adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar infra merah pasif. IR
Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infra merah 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.
Jadi, ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran
sinar infra merah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang
berbeda
dari
lingkungan
sehingga
menyebabkan
material
pyroelectric
bereaksi
menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar infra merah
pasif tersebut. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang
kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga menghasilkan output.
Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka sensor PIR
akan menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh manusia tersebut. Panjang
gelombang yang konstan ini menyebabkan energi panas yang dihasilkan dapat digambarkan
hampir sama pada kondisi lingkungan disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan,
maka tubuh manusia itu akan menghasilkam pancaran sinar infra merah pasif dengan
panjang gelombang yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang
menyebabkan
sensor
merespon
dengan
cara
menghasilkan
arus
pada
material
Pyroelectricnya dengan besaran yang berbeda-beda. Karena besaran yang berbeda inilah
comparator menghasilkan output.
Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output apabila sensor ini dihadapkan dengan
benda panas yang tidak memiliki panjang gelombang infra merah antar 8 sampai 14
mikrometer dan benda yang diam seperti sinar lampu yang sangat terang yang mampu
menghasilkan panas, pantulan objek benda dari cermin dan suhu panas ketika musim panas.
Gambar 2.9 Tampilan Reaksi Sensor pada Tubuh Manusia
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Lampu kamar mandi otomatis menggunakan PIR dan Infra merah, dalam pembuatannya
merupakan penggabungan dua bidang, yaitu: Mekanik dan Bahasa pemograman C yang
menggunakan Mikrokontroler ATMEGA 16. Sebuah mekanik tentu tidak dapat beroperasi
dengan sendirinya tanpa adanya sebuah bahasa pemograman atau modul-modul yang mengatur
pergerakannya. Dalam bab dua ini, akan dijelaskan komponen-komponen pembentuk rangkaian
elektronika sebagai pengontrol sistem mekanik dalam pembuatan laporan akhir.
4.1. Sensor
Sensor merupakan sebuah alat yang dapat menghasilkan sinyal-sinyal tertentu pada
kondisi tertentu. Sensor yang baik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:
6) Linieritas
Hasil dari keluaran sensor (konversi) terhadap masukan harus betul-betul proporsional.
Jadi karakteristik konversi harus linier.
7) Tidak Tergantung Dengan Temperatur
Keluaran konversi tidak boleh tergantung dengan temperatur di sekitar kecuali sensor
suhu.
8) Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian rupa, sehingga pada nilai-nilai masukan yang
ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran cukup besar.
9) Waktu Tanggapan
Waktu tanggapan dalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai
akhir pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus berubah cepat
bila nilai masuk pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
10) Stabilitas Waktu
Untuk nilai masukan tertentu, sensor harus dapat memberikan keluaran yang tepat
nilainya dalam waktu yg lama.
4.2. Sensor Infra Merah
Pada alat ini dibutuhkan sebuah sensor untuk mendeteksi manusia apabila masuk dan
keluar kamar mandi tanpa melalui sakelar lagi. Penulis menggunakan sensor infra merah
sebagai pendeteksinya. Sensor infra merah akan menghasilkan sinyal (pulsa elektronik)
apabila sinar infra merah yang dikirim terhambat oleh sebuah benda.
Sistem sensor ini menggunakan LED (Light Emiting Diode) infra merah yang
menghasilkan sinar infra merah, dan sebuah penerima sinar infra merah yaitu photo
transistor.
Photo transistor akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah,
menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinar infra
merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya
cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka sinyal pulsa yang
dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah yang diterima intensitasnya lemah maka infra
merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (Light Colector) yang cukup baik dan
sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan.
Pada prakteknya sinyal infra merah ini yang diterima intensitasnya sangat kecil
sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka
sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus difilter pada frekuensi sinyal
carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz. Photodiode maupun transistor disebut juga
sebagai photo detector.
Faktor yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah “active
area” dan “respon time”. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka
semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas
cahaya dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik “received bias”
semakin besar.
Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin
besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga
semakin besar pula. Begitu pula dengan respon dengan frekuensi, semakin besar area
penerimaannya maka respon frekuensinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya
kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik.
Gambar 2.1 Respon Penerimaan Sensor Infra merah
2.3 Sinar Infra Merah
Sinar infra merah adalah radiasi elektromagnetik yang merupakan sinar tidak tampak,
berada pada spectrum warna merah. Infra merah ini berarti “bawah merah”, berasal dari
bahsa latin infra yang berarti bawah. Dapat dikatakan bahwa 80% dari cahaya matahari
adalah sinar infra merah, karena lebarnya jangkauan gelombang sinar ini 0.75 – 100 micron.
Sinar inframerah dikelompokan menjadi:
6. Near Infra Red (NIR): 0.75 – 14 m pada panjang gelombang, umumnya digunakan pada
kombinasi fiber optic karena rugi atenuasi yang rendah pada medium kaa SiO2 (silica).
7. Short Wavelength Infra Red (SWIR):1.4 - 3µm.
8. Mid Wavelength Infra Red (MWIR): juga intermediate IR (IIR):3 -8µm
9. Long Wavelength Infra Red (LWIR):8 – 15 µm.
10.
Far Infra Red (FIR): 15 - 1000µm.
4.3.1. Spektrum Sinar Infra Merah
Spektrum sinar matahari terdiri dari sinar tampak dan sinar tidak tampak, sinar
yang tampak meliputi: merah, orange, kuning, hijau dan ungu. Sinar yang tak tampak
antara lain: sinar ultraviolet, sinar X, sinar gamma, sinar kosmik, sinar microwave,
gelombang listrik dan sinar inframerah. Gelombang elektromagnetik di antara sinar
tampak dan sinar microwave dinamakan sinar infra merah, dengan karakteristik adalah
tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar, reaktif atau dapat
dipantulkan oleh beberapa objek.
Tabel 2.1 Tabel Spektrum Cahaya Tampak dan Cahaya Infra Merah
4.3.2. Pemancar Infra Merah
Pemancar yang digunakan adalah sebuah LED infra merah. LED adalah diode
semi konduktor khusus yang dirancang untuk memancarkan cahaya apabila arus
melaluinya. LED bekerja pada forward bias, yaitu kondisi saat anoda mendapat
tegangan lebih positif dari katoda. Saat katoda forward bias diberikan pada LED,
potensial penghalang menjadi rendah akibat adanya elektron tipe N akan melewati
sambungan P-N untuk bergabung dengan tipe N akan melewati sambungan P-N untuk
bergabung dengan tipe P.
Jika terjadi penggabungan berarti elektron turun ke tingkat yang lebih rendah
sehingga LED dapat mengemisi atau memancarkan cahaya. LED infra merah
merupakan LED biasa, tetapi radiasi yang memancarkan akibat adanya arus forward
tidak dapat di lihat mata, karena radiasi yang dipancarkan tersebut berada pada daerah
infra merah.
Bahan semikonduktor yang digunakan LED infra merah (Infra Red Emiting
Dioda = IRED) adalah Ga As (Galium Arsenit), bahan semikonduktor ini
memancarkan radiasi sinar infra merah. Tabel berikut memperlihatkan bahan
pembentuk LED infra merah.
Gambar 2.2 Kontruksi LED Infra Merah
4.4. Mikrokontroler ATMega16
AVR merupakan seri microcontroler CMOS 8 bit buatan Atmel, berbasis arsitektur
RISC (Reduced Instruction Set Computer). Atmel merupakan salah satu vendor yang
bergerak dibidang mikroelektronika, telah mengembangkan AVR (Alf and Vegard’s Risc
processor) sekitar tahun 1997. Berbeda dengan microcontroller MCS51, AVR
menggunakan arsitektur RISC yang mempunyai lebar bus data 8 bit, perbedaan ini bisa
dilihat dari frekuensi kerjanya. MCS51 memiliki frekuensi kerja seperduabelas kali
frekuensi oscillator sedangkan frekuensi kerja AVR sama dengan frekuensi oscillator. Jadi
dengan frekuensi oscillator yang sama, kecepatan AVR duabelas kali lebih cepat dibanding
kecepatan MCS51. Secara umum AVR dibagi menjadi 4 kelas, yaitu Attiny, AT90Sxx,
ATMega dan AT86RFxx. Perbedaan antar tipe AVR terletak pada fitur-fitur yang
ditawarkan, sementara dari segi arsitektur dan set instruksi yang digunakan hampir sama.
Spesifikasi yang dimiliki dari ATMega16 adalah sebagai berikut:

Microcontroller AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah.

Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz.

Memiliki kapasitas Flash memori 16 KByte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 KByte.

Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

CPU yang terdiri atas 32 buah register.

Unit interupsi internal dan eksternal.

Port USART untuk komunikasi serial.

Fitur Peripheral.
j. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
1. 2(dua) buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah dan Mode Compare.
2. 1(satu) buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode Compare, dan
Mode Capture.
k. Real Time Counter dengan Oscillator tersendiri.
l. 4 channel PWM.
m. 8 channel, 10 bit ADC.
1. 8 Single-ended Channel.
2. 7 Differential Channel hanya pada kemasan TQFP.
3. 2 Differential Channel dengan Programmable Gain 1x, 10x, atau
200x.
n. Byte-oriented Two-wire Serial Interface.
o. Programmable Serial USART.
p. Antarmuka SPI.
q. Watchdog Timer dengan oscillator internal.
r. On-chip analog Comparator.
Gambar 2.3 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega16
2.5 Relay
Relay adalah sebuah saklar magnetic yang menggunakan medan magnet dan sebuah
kumparan untuk membuka dan menutup satu atau beberapa kontak saklar pada saat relay
dialiri arus. Pada dasarnya relay terdiri dari besi lunak yang selanjutnya berubah menjadi
magnet yang menarik atau menolak suatu pegas sehingga kontak pun menutup membuka.
Relay sering digunakan pada sistem elektronik sebagai sistem antar muka antara sistem
kendali dengan peralatan yang dikendalikan.
2.5.1 Parameter Relay
Relay memiliki parameter-parameter. Di antaranya sebagai berikut:
5.
Resistansi Kumparan
Resistansi kumparan ditentukan oleh tebal kawat dan jumlah lilitan.
6.
Arus Driver
Arus driver adalah arus yang diperlukan untuk mengaktifkan relay, arus ini
merupakan ketetapan pabrik atau sudah ditentukan oleh pembuat relay tersebut.
Jika restansi kecil maka diperlukan arus driver yang besar.
7.
Tegangan Driver
Tegangan driver adalah tegangan yang diperlukan untuk mengaktifkan sebuah
relay, besarnya tegangan adalah sebagai berikut:
V=IxR
Dimana : I = Arus yang mengalir
R = Resistansi
V = Tegangan
8. Daya Driver
Daya driver adalah perkalian antara arus dan tegangan driver. Daya ini
merupakan daya yang diperlukan untuk mengaktifkan relay. Dalam penggunaan
relay perlu diode pelintas tegangan balik.
2.5.2 Sifat-Sifat Relay
Sifat-sifat relay antara lain:
5.
Besarnya tahanan.
6.
Kuat arus diperlukan guna pengoperasian relay. Besar arus ditentukan oleh
pabrik pembuatnya relay dengan perlawanan kecil memerlukan arus kecil.
7.
Daya yang diperlukan untuk menggerakan suatu relay (daya yang akan dipakai
relay) sama dengan tegangan dikalikan arus delay.
8.
Banyaknya kontak-kontak dimana jangkar dapat menyambungkan lebih dari
satu kontak sekaligus. Oleh karena itu, relay dijual di pasaran ada yang
membuka dan menutup satu kontak saja. Tetapi ada juga relay yang membuka
atau mengontak sekaligus.
2.6 Transistor
Transistor adalah contoh paling penting dari sebuah komponen aktif yaitu suatu alat
yang dapat memperkuat, menghasilkan sinyal output dengan daya lebih besar di dalamnya
dibandingkan dengan sinyal inputnya. Dari banyak tipe-tipe transistor modern pada awalnya
ada dua tipe dasar transistor, Bipolar Junction Transistor (BJT atau Transistor Bipolar) dan
Field–Effect Transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor merupakan versi modern dari tabung hampa. Ditemukannya transistor
mampu merubah kemajuan dunia elektronika. Sebagaimana diode, transistor juga
merupakan alat semi konduktor. Secara sederhana, transistor merupakan penggabungan 2
buah dioda. Transistor memiliki dasar kegunaan sebagai berikut:
c. Sebagai penguat (Amplifier)
d. Sebagai penghantar-pemutus arus (SwitcIh)
Gambar 2.4 Simbol Transistor NPN dan PNP
Berdasarkan susunan bahan semi konduktornya, maka transistor dibagi menjadi dua
transistor PNO (Positif – Negatif - Positif) dan Transistor NPN (Negatif – Positif – Negatif)
memiliki 3 kali yang masing-masing diberi nama: emitor, basis dan kolektor.
2.7 Resistor
Resistor merupakan komponen yang paling sering dipakai dalam rangkaianrangakaian elektronik. Resistor merupakan suatu komponen pengatur tegangan dan alat
pendeteksi sinyal yang mengatur jalanya operasi rangkaian. Bentuk, ukuran, bahan dan
resistansinya beragam tapi mudah dikenali. Dalam elekronik, resistor diproduksi juga untuk
menghasilkan tegangan tertentu dan sebagai beban pada rangkaian elektronik dimana
terdapat tegangan beban yang makin lama makin membesar.
Besarnya resistansi dinyatakan dalam satuan Ohm. Kilo Ohm dan mega Ohm
dicantumkan pada setiap resistor dalam bentuk lambang bilangan cincin kode warna. Untuk
menyatakan resistansi sebaiknya disertakan batas kemampuan dayanya.
Berbagai macam resistor dibuat dari bahan yang berbeda dengan sifat-sifat yang
berbeda pula. Resistor dalam teori dan prakteknya ditulis degan huruf R.
RESISTOR
VARIABEL RESISTOR
Gambar 2.5 Simbol Resistor
Gambar 2.6 Resistor
Tahanan adalah komponen dengan sifat yang tertentu menghambat arus elektron
sesuai dengan perilakunya dalam tahanan listrik. Tahanan dapat dibagi menurut tahanan
linier dan tahanan non-linier.
(a)
(b)
(c) Pengukuran tahanan linier
(d)Grafik tahanan Linier I-V
Tahanan linier adalah tahanan dengan grafik pengenalanya adalah I-V arus
tegangan itu berlaku persamaan:
I = V/R
Dimana:
V : Tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
R : Tahanan (Ohm)
R = V/I
dan
2.8 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektonika yang mempunyai kemampuan untuk
menyimpan elektron-elektron atau energi listrik selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor
berbeda dengan battery atau akumulator dalam menyimpan muatan listrik, terutama tidak
terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor.
Kemampuan dari suatu kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitansi.
Besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam satuan Farad. Ada dua
kelompok utama dari kapasitor yaitu:
c. Kapasitor yang bisa diubah – ubah kapasitansinya (Variabel Kapasitor)
d. Kapasitor yang tidak bisa diubah – ubah kapasitansinya.
Gambar 2.7 Kapasitor
Suatu kapasitor dibuat dari buah lempengan atau alat paralel yang bisa menghantarkan
arus, yang dipisahkan oleh suatu penyekat yang disebut dielektrik untuk memperoleh suatu
harga kapasistansi yang masuk akal maka luas plat harus cukup besar, permivitas relatifnya
harus cukup tinggi dan tebal dielekriknya harus kecil. Jadi kekuatan dielektriknya ini
merupakan faktor penting yang tidak boleh diabaikan.
Kapasitor terbuat dari 2 buah lempengan (plat) paralel yang dapat menghantarkan arus
listrik dipisahkan oleh suatu penyekat yang disebut dielektrik. Rumus yang dipakai dalam
mencari kapasitansi dari kapasitor adalah sebagai berikut:
C = Eo.Er. A/D
Dimana :
Eo = Permivitas absolute ( E = 858x10-12)
Er = Permivitas relative ( konstanta dielektrik )
A = Luas dari plat ( m2)
D = jarak antara dua plat yaitu totalnya dielektrik (cm)
Kapasitor tidak konstan tetapi kapasitansinya akan berubah–ubah dengan tegangan dan
frekuensi yang diberikan padanya. Dengan menaikkan temperatur perbesaran bahan
dielektriknya dan perubahan yang terjadi dalam permivitas dielektrik, akan mengakibatkan
perubahan kapasitansi dari suatu kapasitor. Kapasitor juga mempunyai muatan, muatan pada
tegangan-tegangan lain dengan mengandalkan muatan per IV dengan perbedaan tegangan
yang ada. Bila kapasitas dari kapasitor µC, sehingga dapat dituliskan dalam bentuk rumus
berikut ini (Albert P.Malvino, 1984):
Q=CxV
Dengan: V = Tegangan (Volt)
C = Kapasitansi kapasitor (Farad)
Q = Muatan Kapasitor (Satuan coloumb)
Dari rumus diatas, dapat diketahui bahwa nilai muatan pada suatu kapasitor
merupakan hasil kali antara tegangan dengan kapasitansi kapasitas.
2.9 Sensor PIR (Passive Infra Red)
Pyroelectric ("Passive") Infra Red sensors (PIR) adalah sensor PIR memungkinkan
kita untuk mendeteksi adanya gerakan, digunakan untuk mendeteksi apakah manusia/benda
telah bergerak atau keluar dari jangkauan sensor.
Sensor PIR kecil, murah, berdaya rendah, mudah digunakan dan tidak mudah rusak.
Itu alasan mereka banyak digunakan dalam peralatan rumah dan gadget. Mereka sering
disebut sebagai PIR, "Pasif Infra Red", "Piroelektrik", atau "Motion IR" sensor.
PIR pada dasarnya terbuat dari sensor piroelektrik (seperti gambar di atas, seperti
logam bulat dengan kristal segi empat di tengah), yang dapat mendeteksi tingkat radiasi infra
merah. Sensor PIR memancarkan sejumlah radiasi tingkat rendah, dan panas. Sensor dalam
pendeteksi gerak sebenarnya terbagi dalam dua bagian untuk mendeteksi gerakan
(perubahan). Kedua bagian ini berkabel sehingga mereka dapat berhubungan satu sama lain.
Jika salah satu mendeteksi radiasi Infra merah dari yang lainnya, maka menghasilkan output
yang bernilai High atau Low.
Sensor piroelektrik adalah sekumpulan pendukung rangkaian, resistor dan kapasitor.
Sebagian kecil penghobi sensor menggunakan BISS0001 ("Micro Power PIR Detector IC"),
karena harga yang sangat murah. IC ini mengambil output dari sensor dan melakukan
pengolahan (proses) kecil dan mengeluarkan (output) berupa pulsa output digital dari sensor
analog.
Gambar 2.8 Sensor PIR
Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran
sinar infra merah 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 infra merah
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. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik,
Hal ini dikarenakan pancaran sinar infra merah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya
hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.
Mengapa sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja, Hal ini disebabkan
karena adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar infra merah pasif. IR
Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infra merah 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.
Jadi, ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran
sinar infra merah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang
berbeda
dari
lingkungan
sehingga
menyebabkan
material
pyroelectric
bereaksi
menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar infra merah
pasif tersebut. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang
kemudian dibandingkan oleh comparator sehingga menghasilkan output.
Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka sensor PIR
akan menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh manusia tersebut. Panjang
gelombang yang konstan ini menyebabkan energi panas yang dihasilkan dapat digambarkan
hampir sama pada kondisi lingkungan disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan,
maka tubuh manusia itu akan menghasilkam pancaran sinar infra merah pasif dengan
panjang gelombang yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang
menyebabkan
sensor
merespon
dengan
cara
menghasilkan
arus
pada
material
Pyroelectricnya dengan besaran yang berbeda-beda. Karena besaran yang berbeda inilah
comparator menghasilkan output.
Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output apabila sensor ini dihadapkan dengan
benda panas yang tidak memiliki panjang gelombang infra merah antar 8 sampai 14
mikrometer dan benda yang diam seperti sinar lampu yang sangat terang yang mampu
menghasilkan panas, pantulan objek benda dari cermin dan suhu panas ketika musim panas.
Gambar 2.9 Tampilan Reaksi Sensor pada Tubuh Manusia