ABSTRAK PENDAHULUAN

RANCANG BANGUN ALAT PENDINGIN RUANGAN OTOMATIS
BERBASIS KEBERADAAN MANUSIA DAN SUHU RUANGAN
Taufik Hidayat
Jl. Merpati Blok Z No.5, Mekarsari, Cimanggis, Depok.
[email protected]
ABSTRAK
Penghematan energi listrik merupakan hal yang sangat diperlukan.
Dampak dari kota metropolitan salah satunya adalah kebutuhan listrik yang kian
meningkat akibat banyaknya kaum urban untuk menuntut ilmu dan mencari
nafkah. Untuk itu perlu adanya solusi alternatif peralatan listrik yang dapat
menghemat energi. Tujuan penelitian ini adalah merancang sebuah kipas angin
yang mampu mengatur kecepatan secara otomatis berdasarkan pada keberadaan
manusia dan suhu ruangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa bahwa alat ini
bekerja sesuai dengan rancangannya, dimana jika tidak terdeteksi adanya gerakan
maka kipas akan diam, dan jika terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan
bekerja.
Kata Kunci: Hemat Listrik, Deteksi Suhu, Deteksi Gerak, Otomatis, Kipas Angin
PENDAHULUAN
Belum lama ini isu mengenai pemanasan global dibicarakan oleh seluruh
orang di dunia. Iklim yang tidak menentu, meningkatnya tinggi permukaan air
laut, dan meningkatnya suhu di seluruh penjuru bumi merupakan beberapa efek
yang timbul dari pemanasan global. Peristiwa ini terjadi karena meningkatnya
konsentrasi gas-gas rumah kaca seperti karbon dioksida, akibat aktivitas manusia,
sehingga radiasi matahari yang seharusnya dipantulkan kembali dari bumi setelah
masuk ke bumi, menjadi terperangkap.
Ada dua pendekatan utama untuk memperlambat semakin bertambahnya
gas rumah kaca. Pertama, mencegah karbon dioksida dilepas ke atmosfer dengan
menyimpan gas tersebut atau komponen karbon-nya di tempat lain, yang
disebut carbonsequestration (menghilangkan karbon). Kedua, mengurangi
produksi gas rumah kaca. Salah satu cara yang bisa dilakukan untuk mengurangi
produksi gas rumah kaca adalah dengan menghemat penggunaan energi listrik.
Oleh karena itu, keinginan yang kuat serta kesabaran yang tinggi sangat
diperlukan dalam melakukan kegiatan penghematan energi listrik ini, yaitu saat
mematikan alat-alat listrik yang tidak digunakan, contohnya mematikan kipas
angin saat tidak ada orang yang menggunakan, atau mengurangi kecepatan putar
kipas angin saat udara tidak terlalu panas. Namun, tidak semua orang mau
melakukan hal yang mudah ini karena malas, lupa dan sebagainya, sehingga
membiarkan kipas angin menyala, dan tidak hemat listrik. Untuk itu,
dibutuhkanlah sebuah kipas angin yang mampu menyala dan mati, serta mengatur
kecepatan putar kipasnya secara otomatis agar mampu menangani masalah
pemborosan energi listrik tersebut.
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam pembuatan kipas angin otomatis ini, terdapat beberapa teori-teori
dasar. Teori-teori tersebut meliputi komponen utama alat dan software-nya.
Komponen utama alat ini terdiri dari mikrokontroler ATMEGA8535, motor DC,
sensor PIR, sensor LM35, serta software-nya berupa pemrograman bahasa C.
Mikrokontroler ATMEGA8535 sebagai Prosessor
Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 merupakan mikrokontroler yang
memiliki arsitektur RISC 8 bit, yaitu sebuah arsitektur komputer dengan instruksiinstruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Pada mikrokontroler
ATMEGA8535, semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit dan sebagian besar
instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. Berikut ini adalah gambar
skematik mikrokontroler ATMEGA8535.
Gambar Skematik mikrokontroler ATMega8535
Motor DC sebagai Penggerak Kipas Angin
Motor DC, pada alat ini, digunakan sebagai penggerak kipas angin. Motor
DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan
jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Motor DC
terdapat dalam berbagai ukuran dan kekuatan, masing masing didesain untuk
keperluan yang berbeda-beda namun secara umum memiliki fungsi dasar yang
sama yaitu mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik.
Sebuah motor DC sederhana dibangun dengan menempatkan kawat yang
dialiri arus di dalam medan magnet. Kawat yang membentuk loop ditempatkan
sedemikian rupa di antara dua buah magnet permanen. Bila arus mengalir pada
kawat, arus akan menghasilkan medan magnet sendiri yang arahnya berubah-ubah
terhadap arah medan magnet permanen sehingga menimbulkan putaran.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Terdapat 2 cara untuk mengatur tingkat
kecepatan putar motor DC, yaitu dengan meningkatkan tegangan dinamo maka
kecepatan putar kipas akan meningkat, dan dengan menurunkan arus medan maka
akan kecepatan putar kipas.
Gambar Struktur motor DC
Sumber: http://pictureofgoodelectroniccircuit.blogspot.com/2011/02/dc-motor-
which-has-three-main.html
IC L293 sebagai Motor Driver
IC L293D ini adalah suatu bentuk rangkaian daya tinggi terintegrasi yang
mampu melayani 4 buah beban dengan arus nominal 600 mA hingga maksimum
1.2 A. Keempat channel inputnya didesain untuk dapat menerima masukan level
logika TTL. Biasa dipakai sebagai driver relay, motor DC, motor steper maupun
pengganti transistor sebagai saklar dengan kecepatan switching mencapai 5kHz.
Driver tersebut berupa dua pasang rangkaian h-bridge yang masing-masing
dikendalikan oleh enable 1 dan enable 2.
Gambar Skematik IC L293
Passive Infrared Receiver sebagai Pendeteksi Manusia
Passive Infrared Receiver (PIR) merupakan sebuah sensor berbasis
infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR
LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai
dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar
inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap objek bergerak yang terdeteksi olehnya.
Gambar Rangkaian sensor PIR
Sumber: http://bagusrifqyalistia.wordpress.com/2008/09/12/cara-kerja-sensor-pir/
Pada gambar di atas terdapat rangkaian penyusun sensor PIR yang terdiri
dari lensa Fresnel, IR filter, pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator. Sensor
PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja disebabkan karena adanya IR
Filter yang menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR
Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar
inframerah 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 inframerah pasif yang dipancarkan
oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan. Pancaran
sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang
merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor
yang terdiri dari galium nitride, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan
arus listrik. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut
yang kemudian dibandingkan oleh komparator sehingga menghasilkan output.
LM35 sebagai Pendeteksi Suhu
Sensor LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.
Suhu
Gambar Cara Kerja sensor LM35
Sumber: http://ilham99.ngeblogs.com/2009/10/04/pengertian-sensor/
Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan dan
ditangani dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran.
Seperti sensor suhu jenis RTD PT100 atau PT1000 misalnya, komponen ini tidak
boleh dieksitasi oleh arus melebihi 1 miliampere, jika melebihi, maka sensor akan
mengalami self-heating yang menyebabkan hasil pengukuran senantiasa lebih
tinggi dibandingkan suhu yang sebenarnya.
Liquid Crystal Display sebagai Layar Tampilan
Liquid Crystal Display (LCD) dapat dengan mudah dihubungkan dengan
mikrokontroller seperti ATMEGA8535. Sesuai standarisasi yang cukup terkenal
digunakan banyak vendor LCD, yaitu HD44780, yang memiliki chip kontroler
Hitachi 44780. LCD bertipe ini memungkinkan pemrogram untuk
mengoperasikan komunikasi data secara 8 bit atau 4 bit. Berikut adalah rangkaian
interface LCD dan susunan umum kaki LCD bertipe HD44780.
Gambar Skematik Rangkaian Interface LCD
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi
beberapa tahap, yaitu:
· Merencanakan penelitian dengan cara menentukan permasalahan apa yang
akan dipecahkan dalam penelitian ini, serta merencanakan solusi dari
permasalahan tersebut.
· Merencanakan kebutuhan penelitian, berupa pengumpulan informasi dan
literatur yang berkaitan dengan penelitian, serta komponen-komponen yang
diperlukan dalam penelitian.
· Membuat alat dengan cara mendesain bentuk alat tersebut, menyusun
komponen-komponen yang dibutuhkan dan menanamkan program ke
dalamnya.
· Menguji alat untuk mengetahui apakah alat bekerja sesuai yang direncanakan,
dan membandingkan hasil uji tersebut dengan logika pemrogramannya. Lalu,
menguji coba kipas angin otomastis ini dengan kipas angin konvensional
untuk membandingkan penggunaan energi listriknya.
· Menganalisa hasil uji coba kinerja alat dari nilai kesalahan rata-rata alat.
· Menarik kesimpulan dari penelitian ini berdasarkan hasil analisa penelitian.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan pengujian terhadap 2 komponen masukan dan 1
komponen keluaran, maka pengujian terakhir adalah pengujian kerja kipas angin
otomatis secara keseluruhan. Pengujian ini dilakukan dengan menggabungkan
seluruh pengujian sebelumnya untuk mengetahui bahwa alat kipas angin otomatis
ini bekerja sesuai dengan pemrograman yang ditanamkan ke dalamnya. Hasil dari
pengujiannya tertera pada tabel berikut ini.
Tabel Pengujian kerja kipas angin otomatis
Keberadaan Manusia
Jarak
Jenis
Ada /
deteksi gerakan Tidak
Suhu
Aksi yang
seharusnya
Aksi yang
terjadi
Hasil
1
30 cm
Diam
Tidak
25°C
Kipas diam &
LCD mati
Kipas diam &
LCD mati
Tepat
2
50 cm
Diam
Ada
26°C
Kipas diam &
LCD mati
Kipas diam &
LCD mati
Tepat
Kipas diam &
LCD
menampilkan
“suhu= 27°C
kipas mati”
Kipas diam &
LCD
menampilkan
“suhu= 28°C
kipas pelan”
Kipas pelan &
LCD
menampilkan
“suhu= 29°C
kipas pelan”
Kipas diam &
LCD
menampilkan
“suhu= 27°C
kipas mati”
Kipas diam &
LCD
menampilkan
“suhu= 28°C
kipas pelan”
Kipas pelan &
LCD
menampilkan
“suhu= 29°C
kipas pelan”
30°C
Kipas pelan &
LCD
menampilkan
“suhu= 30°C
kipas pelan”
Kipas pelan &
LCD
menampilkan
“suhu= 30°C
kipas pelan”
Tepat
31°C
Kipas sedang &
LCD
menampilkan
“suhu= 31°C
kipas sedang”
Kipas sedang &
LCD
menampilkan
“suhu= 31°C
kipas sedang”
Tepat
Kipas sedang &
LCD
menampilkan
“suhu= 32°C
kipas sedang”
Kipas kencang
& LCD
menampilkan
“suhu= 33°C
kipas kencang”
Kipas sedang &
LCD
menampilkan
“suhu= 32°C
kipas sedang”
Kipas kencang
& LCD
menampilkan
“suhu= 33°C
kipas kencang”
No.
3
70 cm
Pelan
Ada
27°C
4
100 cm
Sedang
Ada
28°C
5
130 cm
Pelan
Ada
29°C
6
7
160 cm
180 cm
Cepat
Cepat
Ada
Ada
8
200 cm
Pelan
Ada
32°C
9
210 cm
Sedang
Ada
33°C
Tepat
Tepat
Tepat
Tepat
Tepat
10
240 cm
sedang
Ada
34°C
Kipas kencang
& LCD
menampilkan
“suhu= 34°C
kipas kencang”
Kipas kencang
& LCD
menampilkan
“suhu= 34°C
kipas kencang”
Tepat
Analisis Rangkaian secara Detail
Rangkaian alat ini menggunakan tegangan atau catu daya DC (Direct
Current) sebesar 12 Volt. Tahapan kerja alat ini dimulai dari pemberian sumber
tegangan 12 Volt untuk Vcc driver motor L293 dan regulator, dimana tegangan
ini kemudian diubah menjadi tegangan 5 Volt menggunakan regulator.
Selanjutnya, tegangan 5 Volt digunakan sebagai sumber tegangan
ATMEGA8535, L293, PIR, dan LM35.
Sensor PIR dan sensor suhu LM35 berfungsi sebagai input ke
mikrokontroler ATMEGA8535. Pada saat sensor PIR aktif maka sensor PIR akan
mengirimkan sinyal digital berlogika 0 dengan tegangan 0 Volt ke
mikrokontroler, atau berlogika 1 dengan tegangan 5 Volt jika PIR tidak aktif.
Sedangkan sensor LM35 mengirimkan besar suhu yang diterimanya dalam bentuk
sinyal analog ke mikrokontroler, dan ATMEGA8535 mengkonversinya ke sinyal
digital dengan bantuan ADC pada port A.
Pada mikrokontroler ATMEGA8535, sinyal clock dibangkitkan dari Xtal
yang terhubung ke pin Xtal1 & Xtal2. Kemudian, input dari sensor PIR & suhu
diolah untuk ditentukan output yang sesuai dengan pemrograman bahasa C yang
ditanamkan ke dalam mikrokontroler. Output ini selanjutnya dikirim ke port C.0
& port C.1, sedangkan port C.2 digunakan untuk mengirim sinyal PWM (Pulse
Width Modulator). Untuk menggerakkan kipas angin, ATMEGA8535 akan
mengirimkan sinyal digital berlogika 0 ke port C.0, dan logika 1 ke port C.1.
Lalu, output dari mikrokontroler, yang berupa nilai logika 0 atau 1, masuk
ke port 10 & 15 L293 untuk memutar motor kipas angin. L293 memanfaatkan
sumber tegangan 12 Volt untuk menguatkan putaran motor kipas angin. Jika
kutub positif (+) kipas angin menerima logika 1 & kutub negatifnya (-) menerima
logika 0, maka kipas angin akan berputar. Sedangkan, jika kutub positif (+)
menerima logika 0 & kutub negatifnya (-) menerima logika 0, maka kipas angin
akan berhenti. Sedangkan, Kecepatan putar kipas angin ditentukan dengan nilai
PWM yang masuk ke port 9 (Enable2) L293. Nilai PWM ini dipengaruhi oleh
besarnya suhu yang diterima sensor suhu. Sedangkan keluaran mikrokontroler
untuk LCD berupa tampilan nilai suhu pada baris pertama LCD dan tampilan
kecepatan putar kipas pada baris kedua LCD.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan perancangan dan pengujian alat kipas angin otomatis ini,
maka dapat ditarik simpulan, beserta saran yang diperlukan untuk mengatasi
kelemahan dari alat.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil uji coba, menunjukkan bahwa alat ini bekerja sesuai
dengan rancangannya, dimana jika tidak terdeteksi adanya gerakan maka kipas
akan diam, dan jika terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan bekerja. Jarak
pendeteksian gerakan antara 10 cm hingga 240 cm, dan jika lebih dari 240 cm
maka semakin susah untuk mendeteksi gerakan. Selanjutnya, pergerakan kipas ini
dipengaruhi oleh suhu, dimana jika suhu ruangan meningkat maka kecepatan
putaran kipas angin juga akan semakin meningkat.
Kekurangan pada alat ini yaitu terletak pada tidak adanya jeda waktu
dalam putaran kipas sehingga kipas hanya dapat berputar sebentar setelah
terdeteksi gerakan. Tanpa adanya gerakan yang terus menerus menyebabkan kipas
mudah mati. Hal ini dikarenakan jeda waktu dalam pemrogramannya digunakan
untuk pembacaan suhu agar pembacaan suhunya terjadi secara langsung. Jika jeda
waktu dimasukkan ke pergerakan kipas, maka tampilan pada LCD bisa
berlangsung cepat atau menunggu jeda waktu kipas selesai terlebih dahulu.
Saran
Dalam pembuatan alat ini ada beberapa saran yang perlu diperhatikan
sebagai solusi terhadap kelemahan alat. Saran dalam perancangan dan pembuatan
alat yaitu ditanamkannya pemrograman yang lebih tepat agar alat ini mampu
memutar kipas dengan jeda waktu yang lama sekaligus pembacaan suhu yang
terjadi secara cepat.
DAFTAR PUSTAKA
Lingga Wardhana. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535
Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta. Penerbit Andi. 2006.
Ardi Winoto. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya
dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung. Penerbit Informatika. 2008.
Prihono. Jago Elektronika secara Otodidak. Jakarta. Kawan Pustaka. 2009.
Wasito S. Vandemekum Elektronika. Jakarta. Gramedia Pustaka Utama. 1992.
Widodo Budiharto. 10 Proyek Robot Spektakuler. Jakarta. Elex Media
Komputindo.
Tri Wibowo. Sensor Kehadiran Orang Sebagai Saklar Otomatis Suatu Ruangan.
Semarang. Teknik Elektro Fakultas Teknik UNDIP. 2011.
Didik Wiyono, S.T. Panduan Praktis Mikrokontroler Keluarga AVR
Menggunakan DT-Combo AVR-51 Starter Kit dan DT-Combo AVR Exercise Kit.
Surabaya. Innovative Electronics. 2007.