Rumah memegang peranan yang sangat penting bagi kehidupan penghuninya, karena dirumahlah tempat manusia berlindung, melakukan kegiatan, membina keluarga, dan beristirahat.
Rumah juga dapat menunjukkan eksistensi dan menggambarkan karakter sang penghuni . Oleh karena itu, rumah harus memberikan rasa nyaman, rileks dan tentram untuk mendukung fungsi rumah tersebut bagi penghuninya. Rumah juga merupakan salah satu jenis kebutuhan pokok yang harus dipenuhi oleh semua orang disamping sandang dan pangan. Fungsi rumah tinggal tidak hanya sekedar untuk berlindung dari segala gangguan alam dan iklim, akan tetapi juga untuk berkarya dan mengembangkan kreatifitas serta profesi.
Rumah biasa di jl Sahabat III no 15 kecamatan Tamalanrea Kota Makassar memiliki Ruangan di dalam yang rumah terbagi menjadi beberapa ruang yang berfungsi secara spesifik, seperti kamar
tidur, kamar mandi, ruang makan, dapur, ruang keluarga, ruang tamu, dan teras yang pada setiap ruang tersebut memakai lampu listrik sebagai penerangan buatan.
Gambaran umum rumah biasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini:.
Gambar.4.1.Denah Rumah Biasa.
Masing-masing ruangan yang ada telah diberikan lampu listrik untuk menerangi dengan watt yang sesuai dengan kondisi ruang tersebut. Hal ini agar meciptakan kenyamanan ketika pemilik rumah berada dalam ruang tersebut. Akibat dari penggunaan lampu yang tidak sesuai dengan ruang mengakibatkan suasana ruang akan tampak silau. Intensitas cahaya mengandung simbol yang dapat mempengaruhi aktivitas[12]. Kebutuhan lampu pada rumah biasa dapat dilihat pada table 4.1. dibawah ini:
Tabel.4.1. Jumlah Lampu dan Lama Nyala
Lokasi Jumlah Daya
Waktu Nyala
Konsumsi Energi
Lampu (watt) (jam) (Wh)
R. Tamu 1 60 6 360
R. Keluarga 1 60 6 360
Kamar Tidur 2 18 8 288
Kamar Mandi 3 18 6 324
Dapur 1 60 6 360
Dengan jumlah lampu yang ada pada table 4.1 diatas, rumah biasa menggunakan saklar manual untuk meng ON/OFF kan lampu lampu tersebut, hal ini membuat sehingga sering kali lampu yang seharusnya tidak perlu menyala pada saat tertentu masih tetap menyala akibat dari kelalaian pemilik rumah.
Pemakaian listrik pada Rumah Biasa cukup besar pembayaran tagihan rekening PLN setiap bulannya. Data dibawah ini adalah data pembayaran listrik pada rumah Biasa sejak bulan Januari 2012 – Februari 2013.
Nilai pada table 4.2. diatas adalah penyalaan lampu normal (belum menggunakan alat sistem Kendali yang dirancang). Dengan jumlah
pembayaran tagihan rekening diatas, dianggap masih terlalu besar oleh pemilik rumah, selaian itu dengan menggunakan saklar manual untuk menghidupkan dan mematikan lampu juga sebagai penyebab pomborosan pemakaian energy listrik, mengapa? Karena lampu teras yang seharusnya dimatikan pada jam 6.00 sering kali dimatikan jam 6.30 saat pemilik rumah bangun tidur.
2. Penempatan dan Prinsip Kerja Sistem
Dengan permasalahan di atas penulis telah merancang sebuah alat sistem kendali pemakaian listrik yang dapat membantu pemilik rumah dalam rangka meng ON/OFF kan lampu listrik. Selain meng ON/OFF lampu, sistem ini juga dapat membantu menekan pemakaian kWh pada rumah biasa.
Sistem tersebut menggunakan sensor gerak PIR, sensor cahaya LDR, dan remote Control. Dengan menggunakan sistem ini dapat membantu mengatasi pemakaian listrik yang sering kali menyala pada saat yang tidak tepat dan juga membantu pemilik rumah dalam mengontrol lampu apabila pemilik rumah lupa untuk mematikannya.
Memilih menggunakan sensor gerak dan sensor cahaya pada system ini sangat tepat karena bila di lihat dari prinsip kerja dari kedua sensor ini maka, pemilik rumah akan sangat terbantu dalam pengontrolan lampu yang digunakan. Pemasangan alat kendali tersebut di dalam rumah berjarak 150 cm di atas lantai pada ruang keluarga sehingga terhindar dari jangkauan anak-anak. Pemasangan alat sistem kendali tersebut dapat menghemat penggunaan energi listrik karena penggunaan dari alat tersebut dapat mengontrol energi listrik di dalam rumah. Kemampuan dari alat kendali tersebut yaitu 220V AC. Tidak semua peralatan listrik yang ada di dalam rumah dapat dikontrol dengan alat kendali seperti kulkas, agar bahan makanan dan minuman tetap terjaga suhunya.
Penempatan serta prinsip kerja sistem kendali dapat dilihat pada gambar 4.2 dibawah ini:
Gambar.4.2.Penempatan sensor dan sistem kendali
B. Sistem Kendali Penyalaan Lampu 1. Rancangan Perangkat Keras
Piranti utama dari sitem kendali pemakaian listrik pada rumah biasa adalah mikrokontroler beserta beberapa sensor yang menjadi device input dan output. Untuk perancangan system kendali secara keseluruhan dapat dilihat pada bagan kotak sistem berikut ini:
Gambar.4.3.bagan kotak keseluruhan sistem
Gambar.4.4. Rangkaian alat pengendali lampu.
Gambar.4.5.Sistem Kendali listrik
C. Perangkat Input (input device) 1. Sensor PIR (Pasive Infra Red)
Sensor PIR memungkinkan kita untuk mendeteksi adanya gerakan pada jarak tertentu, sensor ini 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 mengapa sensor ini banyak digunakan dalam peralatan rumah dan gadget.
Infra merah yang dalam bahasa teknis disebut PIR (Pasissve Infra Red) atau infra merah pasif. Sensor ini hanya mendeteksi saja sehingga disebut pasisf.
Sensor infra merah memiliki keuntungan dari sisi penguasaan area dimana sensor ini mempunyai jarak radius 5m/90° dan biasanya dipasang di tempat strategis untuk mendeteksi gerakan seperti pintu kamar mandi. 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 320C, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada 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 nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar infra merah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenal solar cell.
Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia. Hal ini 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 sehingga menyebabkan material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar inframerah 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 inframerah 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.
Pengujian sensor PIR dilakukan dengan melihat sensitifitas sensor terhadap jarak tempuh. Hasilnya adalah pada jarak 5 meter sensor ini dapat mendeteksi gerakan manusia maka lampu akan menyala, namun bila lebih dari 5 meter maka sensor PIR tidak dapat mendeteksi karena sensor PIR bukan hanya untuk mengamati pergerakan manusia saja, akan tetapi juga mendeteksi pancaran sinar inframerah pasife dari tubuh manausia yang melewati sensor tersebut. Cara kerja sensor dapat dilihat pada gambar 4 dibawah ini:
Gambar.4.6 . cara kerja sensor PIR Tabel 4.3. Pengujian sensitifitas PIR pada jarak
objek Jarak
Intensitasn Kepekaan PIR pada objek
Terdeteksi Tidak
1 Meter √
2 Meter √
3 Meter √
4 Meter √
5 Meter √
6 Meter √
7 Meter √
Umumnya jarak jangkauan komponen sensor gerak ini dapat mencapai 5 meter. cukup efektif dijadikan sebagai sensor gerak. lihat juga gambar langkah kerja PIR di atas, sensor ini tidak dapat mendeteksi sebarapa banyak jumlah orang yang ada di area jangkauan sensor, namun hanya dapat merasakan perubahan energi panas atau infra red saja.
Gambar.4. 7.Blok diagram Pengukuran Sensor PIR
PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan 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 benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.
Di dalam sensor PIR ini terdapat bagian-bagian yang mempunyai perannya masing-masing, yaitu Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator.
Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah 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 inframerah 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? Karena pancaran sinar inframerah 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 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 sehingga menyebabkan material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas
yang dibawa oleh sinar inframerah 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 inframerah 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 inframerah 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.4.8. skematic rangkaian sensor gerak
Sensitifitas modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak 5 meter sangat cocok digunakan pada sistem kendali pemakaian listrik tersebut. Karena bila ingin digunakan untuk mengaktifkan lampu, maka tinggal di buat driver untuk memberikan sumber tegangan ke lampu. Modul sensor gerak PIR memiliki output yang langsung bisa di hubungkan dengan komponen digital TTL atau CMOS dan juga dapat lansung dihubungkan ke mikrokontroler. Keluaran dari modul sensor gerak ini adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH.
Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik.
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.4.9.Flowchart Lampu Otomatis menggunakan PIR
2. Sensor Light Dependent Resistor (LDR)
Sensor cahaya yang dirancang memiliki masukan tegangan 5V dan akan memiliki Output 5V saat dalam keadaan gelap, dan memiliki output 0 V pada saat keadaan terang. Sensor LDR dilakukan dengan mengukur tegangan yang ada pada kaki LDR dengan suatu kondisi intensitas cahaya tertentu. Semakin besar cahaya yang diterima maka semakin kecil nilai resistansi yang ada pada LDR. Hal ini disebabkan karena LDR terbuat dari bahan semikonduktor yang terbuat dari cadmium sulfida (CdS) dan cadmium seleneida (CdSe) yang mana bahan-bahan ini sangat sensitive terhadap cahaya. Semakin besar Resistansi maka tegangan LDR juga akan semakin besar pula. Dan ketika tegangan sudah mencapai 2,3V atau lebih maka lampu akan menyala. Nilai 2,3 Volt adalah batas bawah untuk lampu menyala setelah kondisi awal mati sedangkan nilai 2,7 Volt adalah batas bawah saat lampu menyala dan kemudian mati. inilah yang dinamakan histerysis. Dengan fungsi Hysterisis maka tidak akan terjadi kondisi bouncing pada lampu.
Gambar.4.10. Sistem kerja sensor LDR
Gambar di atas menunjukkan bahwa ketika ada cahaya, perlawanan dari LDR jatuh, sehingga arus melewatinya. Ketika tingkat cahaya 1000 lux (cahaya terang) diarahkan ke arah itu, resistensi adalah 400 (ohm). Ketika tingkat cahaya 10 lux (tingkat cahaya yang sangat rendah) yang diarahkan ke
arah itu, perlawanan telah meningkat drastis menjadi 10.43M (10.430.000 ohm).
Gambar.4.11. Rangkaian LDR
Prinsip kerja dari rangkaia LDR adalah ketika ada resistansi LDR akan rendah jadi penurunan tegangan POT R2 akan tinggi, hal ini membuat transistor TR1 ON. TR1( BC107) digabungkan kebasis TR2(SL100) jadi TR2 akan OFF, begitupun dengan relay maka lampu juga akan OFF. Ketika gelap ketahanan LDR meningkat untuk membuat tegangan melintasi POT R2 menurun 0.06V. hal ini membuat transistor TR1 OFF yang pada gilirannya turns ON, estate TR2 akan diberi energy dan lampu akan menyala. POT R2 dapat digunakan untuk mengatur sensitivitas sirkuit. Keadaan transistor dapat dilihat pada table berikut:
Tabel. 4. 4. Keadaan Transistor
TR1 TR2 TR3 Relay Kondisi Lampu
ON OFF OFF OFF Padam
OFF ON ON ON Nyala
Gambar 4.8 di atas menunjukkan bahwa ketika ada cahaya, perlawanan dari LDR jatuh, sehingga arus melewatinya. Ketika tingkat cahaya terang diarahkan ke arah sensor maka lampu akan mati, namun ketika tingkat
cahaya yang sangat rendah yang diarahkan ke arah sensor maka, perlawanan telah meningkat drastis menjadikan lampu teras menyala.
Tabel.4.5. Pengukuran intensitas cahaya pada LDR
Iluminasi ( LUX)
Resistansi LDR
Tegangan
LDR Relay
(ohm) Volt ON/OFF
925 600 1.07 OFF
900 800 1.3 OFF
850 1620 2.1 OFF
800 1810 2.25 OFF
750 2260 2.5 ON
650 2900 2.84 ON
500 4500 3.35 ON
300 5550 3.58 ON
220 6250 3.69 ON
20 9000 4.01 ON
3. Remote Control
Mengendalikan dengan menggunakan remote Control inframerah merupakan fasilitas yang harus dimiliki semua perangkat elektronik untuk saat ini. Bisa kita lihat bahwa sebagian besar TV, Audio, Tape Recorder, VCD, DVD sudah dilengkapi dengan remote control. Teknologi ini sebenarnya bisa diaplikasikan dimana saja termasuk untuk mengendalikan lampu dalam rumah, sehingga apabila menyalakan atau mematikan lampu tanpa harus menekan saklar yang terdapat pada dinding tapi cukup dengan remote control saja. Hal ini dikarenakan kecenderungan manusia untuk selalu mencari kemudahan dengan memanfaatkan teknologi. Pemilihan remote control pada sistem ini sangatlah penting, mengingat keadaan dalam rumah biasa ada satu penghuni telah lanjut usia, hal ini membuat sehingga lampu di kamar tidur dan kamar mandi sering kali lupa dimatikan pada saat siang hari maupun pada
maka pengoperasian listrik dapat dilakukan oleh pemilik rumah khususnya pemilik yang telah lanjut usia tersebut sehingga dengan menggunakan remote control dapat mengatasi pemborosan pemekaian energy listrik.
Cara kerja dari remote control ini adalah dengan mengirim sejenis
“tone” melalui led infra red yang kemudian diterima oleh reciver untuk dekodekan yang kemudian akan di jalankan sesuai perintah yang diterima.
Reciver akan bekerja pada saat mendengarkan tone tersebut. Rangkaian remote control ini terbagi menjadi dua bagian, yang pertama adalah bagian pengirim dan yang kedua adalah bagian penerima. Dengan menggunakan remote control maka pemilik rumah dapat mengendalikan lampu dari jarak jauh. Rangkaian remote control untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini.
Gambar.4.12. Blog Diagram Remote Control
Gambar 4.13..Flow chart Program pada Rangkaian Alat Pendeteksi Data Remote