i
Simulasi Pengontrol Intensitas Cahaya Pada Lahan
Parkir P2a Bekasi Cyber Park Dengan Kontrol On-Off
Disusun Oleh: David Putra (0922020)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email: david.putra@hotmail.com
ABSTRAK
Sebuah lampu biasanya tidak membutuhkan daya yang besar untuk menyalakannya. Tetapi, jika lampu dinyalakan pada saat daerah yang diteranginya masih cukup terang, tentu penggunaan lampu tersebut menjadi tidak efektif dan konsumsi energi listrik untuk menyalakan lampu tersebut menjadi tidak efisien. Kejadian seperti ini, banyak terjadi pada gedung-gedung yang cukup besar dan menggunakan banyak lampu, salah satunya yang terjadi pada gedung Bekasi Cyber Park.
Pada tugas akhir ini, dirancang sebuah simulasi sistem yang mengatur lampu-lampu yang harus menyala untuk lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park pada waktu tertentu. Lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park dimodelkan pada maket berskala 1:100. Sensor berjumlah 4 buah yang masing-masing dihubungkan ke ATMega16 untuk mengirimkan nilai intensitas cahaya yang terbaca sensor ke komputer sebagai pusat kontrol. Pengontrol membandingkan intensitas cahaya yang dibaca sensor cahaya dengan set point intensitas cahaya. Sistem dibuat dan dapat ditinjau dengan GUI dengan program Flowstone. Komunikasi antara sistem dan pusat kontrol menggunakan protokol RS485. Urutan kelompok lampu yang menyala dibuat dengan dua kondisi berbeda yaitu Kondisi I dan Kondisi II. Pada Kondisi I, kelompok lampu yang menyala terlebih dahulu adalah kelompok lampu pada sebelah kiri sensor dan yang menyala terakhir adalah kelompok lampu pada sebelah kanan sensor. Pada Kondisi II, kelompok lampu yang menyala terlebih dahulu adalah kelompok lampu pada sebelah kanan sensor dan yang menyala terakhir adalah kelompok lampu pada sebelah kiri sensor.
Berdasarkan percobaan dan perhitungan yang dilakukan dalam Tugas Akhir ini, sistem dapat mengontrol intensitas cahaya ruangan maket agar tetap mendekati set point intensitas cahaya. Intensitas cahaya yang terbaca pada penyalaan kelompok lampu Kondisi II lebih stabil daripada intensitas cahaya yang terbaca pada penyalaan kelompok lampu Kondisi I. Tetapi, penyalaan kelompok lampu Kondisi I dapat menghemat daya lebih besar daripada penyalaan kelompok lampu Kondisi II.
ii
Light Intensity Controller Simulation at Bekasi Cyber Park
P2a Parking Area using On-Off Control
Composed By: David Putra (0922020)
Electrical Engineering Department Maranatha Christian University Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia
Email: david.putra@hotmail.com
ABSTRACT
A lamp usually need not big power to turn it on. But, if lamps turns on
when the area is still bright enough, the use of that lamp isn’t effective and the power consumption for that lamp isn’t efficient. This occurrence happens to big
buildings that use the big number of lamp, for example, it happen in Bekasi Cyber Park Building.
In this final project, a simulation system is designed to control lamps that must be turned on in Bekasi Cyber Park P2a Parking Area in a specific time. Bekasi Cyber Park P2a Parking Area is modelled at 1:100 scale mock-up. There are 4 sensors connected to ATMega16 to send the light intensity value that read by sensors to computer. Controller will compare the light intensity from sensor with set point light intensity. Beside that, system made and can be reviewed through GUI through Flowstone program. The communication between system and control centre use the RS485 protocol. The group of lamps will be turned on by order by two different condition which is 1st Condition and 2nd Condition. At the 1st Condition, the lamp group that turned on first is the lamp group at the left to sensor and the lamp group that turned on last is lamp group at the right to sensor. At the 2nd Condition, the lamp group that turned on first is the lamp group at the right to sensor and the lamp group that turned on last is lamp group at the left to sensor.
Based on the experiment and calculation in this final project, system can control the room light intensity in order to stay close to set point light intensity. The light intensity which is read at 2nd Condition lamp group activation is more stable than light intensity which is read at 1st Condition lamp group activation. But, 1st Condition lamp group activation can keep more power consumption than 2nd Condition lamp group activation.
iii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah ... 1
I.2 Perumusan Masalah ... 2
I.3 Tujuan ... 3
I.4 Pembatasan Masalah ... 3
I.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI II.1 Kontrol Lup Tertutup (closed-loop control) ... 5
II.2 Aksi Kontrol Dua Posisi atau “on-off”... 6
II.3 Photodioda ... 7
II.3.1 Photodioda SP45ML ... 9
II.4 Protokol RS485 ... 10
II.5 Pengontrol Mikro ATMega16 ... 13
II.5.1 Spesifikasi ATMega16 ... 13
II.5.2 Deskripsi Pin ATMega16 ... 14
iv
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
III.1 Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 21
III.2 Intensitas Cahaya Set Point dan Kontrol On-Off ... 24
III.3 Simulasi Pengontrolan Intensitas Cahaya Leahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 25
III.3.1 Maket Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 26
III.3.2 Rangkaian Signal Conditioning Photodioda SP45ML... 28
III.3.3 Rangkaian LED Driver ... 30
III.3.4 Rangkaian ATMega16 ... 31
III.3.5 Rangkaian Protokol RS485 ... 33
III.3.6 Perancangan dan Realisasi GUI (Graphical User Interface) Program Flowstone ... 35
III.3.6.1 Penerima dan Pengirim Data ... 37
III.3.6.2 Konversi Nilai Digital ke Intensitas Cahaya ... 39
III.3.6.3 Pengolah Data ... 40
III.3.6.4 Tampilan GUI pada Flowstone ... 41
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS IV.1 Pengujian Protokol RS485 pada Jarak Jauh (37 meter) ... 44
IV.2 Pengujian Respon Rangkaian Sensor Photodioda SP45ML terhadap Intensitas Cahaya ... 48
IV.3 Data Pengamatan dan Analisa Intensitas Cahaya pada Simulasi Maket Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 53
IV.3.1 Data Pengamatan dengan Penyalaan Kelompok LED Kondisi I ... 54
IV.3.2 Data Pengamatan dengan Penyalaan Kelompok LED Kondisi II ... 60
v
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ... 69 V.2 Saran ... 69 DAFTAR PUSTAKA ... 70 LAMPIRAN A DATASHEET PHOTODIODA SP45ML
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Lup Tertutup ... 5
Gambar 2.2 Hubungan m(t) dan e(t) pada Kontrol on-off ... 6
Gambar 2.3 Hubungan m(t) dan e(t) pada Kontrol on-off dengan celah diferensial ... 7
Gambar 2.4 Konstruksi Photodioda ... 8
Gambar 2.5 Photodioda SP45ML ... 9
Gambar 2.6 Grafik sensitivitas SP45ML terhadap panjang gelombang ... 9
Gambar 2.7 Grafik perbandingan panjang kabel dan kecepatan pengiriman data ... 11
Gambar 2.8 Topologi Bus ... 12
Gambar 2.9 Topologi Bus full-duplex ... 12
Gambar 2.10 Topologi Bus half-duplex ... 13
Gambar 2.11 Pinout ATMega16 ... 15
Gambar 2.12 Blok Diagram ATMega16 ... 16
Gambar 2.13 Connectors ... 17
Gambar 2.14 Input dan Ouput Connector ... 18
Gambar 2.15 Link yang menghubungkan antar component ... 18
Gambar 2.16 Link lebih dari satu pada connector ... 18
Gambar 2.17 Komponen-komponen pada Flowstone... 19
Gambar 2.18 Tampilan Flowstone ... 20
Gambar 3.1 Denah Instalasi Penerangan Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 22
Gambar 3.2 Area Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park (I) ... 23
Gambar 3.3 Area Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber park (II) ... 24
Gambar 3.4 Blok diagram simulasi pengontrolan intensitas cahaya pada maket lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park ... 26
vii
Gambar 3.6 Skematik Rangkaian I to V converter sensor SP45ML ... 28
Gambar 3.7 Rangkaian satu kelompok LED ... 30
Gambar 3.8 Skematik Rangkaian ATMega16 ... 33
Gambar 3.9 Skematik Rangkaian RS485 ... 34
Gambar 3.10 Diagram alir program Flowstone ... 36
Gambar 3.11 Program penerima dan pengirim data pada Flowstone ... 37
Gambar 3.12 Program memanipulasi data keluaran COM Port ... 38
Gambar 3.13 Program pemisah data sensor ... 39
Gambar 3.14 Program pengolah data pada Flowstone ... 40
Gambar 3.15 Tampilan GUI pada Flowstone ... 42
Gambar 4.1 Grafik perbandingan tegangan output hasil percobaan terhadap tegangan output hasil perhitungan ... 52
Gambar 4.2 Grafik Intensitas Cahaya Maket Kondisi I (I) ... 55
Gambar 4.3 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi I (II) ... 55
Gambar 4.4 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi I (III)... 56
Gambar 4.5 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi I (IV) ... 56
Gambar 4.6 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi I (V) ... 57
Gambar 4.7 Tampilan GUI program Flowstone dengan cahaya luar 100 lux (I) ... 58
Gambar 4.8 Tampilan GUI program Flowstone dengan cahaya luar 200 lux (I) ... 58
Gambar 4.9 Tampilan GUI program Flowstone dengan cahaya luar 300 lux (I) ... 59
Gambar 4.10 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi II (I) ... 61
Gambar 4.11 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi II (II)... 61
Gambar 4.12 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi II (III) ... 62
Gambar 4.13 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi II (IV) ... 62
Gambar 4.14 Grafik Intensitas Cahaya Maket dengan Kondisi II (V) ... 63
viii
Gambar 4.16 Tampilan GUI program Flowstone dengan cahaya luar 200 lux (II) ... 64 Gambar 4.17 Tampilan GUI program Flowstone dengan cahaya luar 300 lux
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Nilai digital yang terbaca oleh komputer dengan tegangan input
ADC ATMega16 sebesar 1 V ... 45
Tabel 4.2 Nilai digital yang terbaca oleh komputer dengan tegangan input ADC ATMega16 sebesar 1.5 V ... 46
Tabel 4.3 Nilai digital yang terbaca oleh komputer dengan tegangan input ADC ATMega16 sebesar 2 V ... 47
Tabel 4.4 Tegangan output rangkaian sensor terhadap intensitas cahaya ... 49
Tabel 4.5 Tegangan output rangkaian sensor hasil perhitungan teori ... 51
Tabel 4.6 Data Pengamatan Intensitas Cahaya Maket (I) ... 54
Tabel 4.7 Data Pengamatan Intensitas Cahaya Maket (II) ... 60
Tabel 4.8 Data Konsumsi Daya pada Maket ... 67
1
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Sebuah lampu biasanya tidak membutuhkan daya yang besar untuk menyalakannya, jika dibandingkan daya yang dibutuhkan untuk memutar sebuah motor / mesin. Tetapi, jika lampu dinyalakan pada saat daerah yang diteranginya masih cukup terang, tentu penggunaan lampu tersebut menjadi tidak efektif dan konsumsi energi listrik untuk menyalakan lampu tersebut menjadi tidak efisien. Kejadian seperti ini, banyak terjadi pada gedung-gedung yang cukup besar dan menggunakan banyak lampu, salah satunya yang terjadi pada gedung Bekasi Cyber Park.
Gedung Bekasi Cyber Park memiliki bagian lahan parkir dalam gedung yang masih dapat dimasuki cahaya matahari dari luar. Salah satu lahan parkir tersebut dinamakan P2a. Pada lahan parkir P2a, pada saat siang hari, lahan parkir tersebut cukup terang karena cahaya dari luar dan tidak perlu menyalakan lampu untuk menerangi tempat parkir tersebut. Jika lampu-lampu dinyalakan saat itu, cahaya lampu tidak terlalu berpengaruh dan penggunaan lampu menjadi tidak efektif. Tetapi terkadang, saat cuaca mendung, terdapat daerah-daerah tertentu pada lahan parkir P2a tersebut yang gelap dan memerlukan cahaya lampu karena cahaya dari luar tidak cukup terang. Karena ketidakpastian perubahan cuaca tersebut, dibutuhkan sebuah sistem untuk mengendalikan waktu dan letak lampu yang menyala agar penggunaan lampu menjadi lebih efektif. Selain itu, dibutuhkan sebuah GUI (Graphical User
Interface) untuk memudahkan peninjauan pada sistem, dan karena daerah yang
dikontrol cukup luas, dibutuhkan suatu protokol komunikasi data yang memungkinkan untuk komunikasi data jarah jauh dengan kabel dan tahan terhadap
BAB I. PENDAHULUAN 2
Universitas Kristen Maranatha Pada tugas akhir ini, dirancang sebuah simulasi sistem yang mengatur waktu dan letak lampu yang harus menyala untuk lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park. Lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park dimodelkan pada maket berskala 1:100. Pengontrol akan membandingkan intensitas cahaya yang dibaca sensor cahaya dengan set point intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang dibaca sensor jauh lebih kecil daripada set point intensitas cahaya, maka pengontrol akan menyalakan lampu-lampu pada maket lahan parkir P2a tersebut hingga intensitas cahayanya sesuai atau mendekati nilai set point intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang dibaca sensor jauh lebih besar daripada set point intensitas cahaya, maka pengontrol akan mematikan lampu-lampu pada maket lahan parkir P2a tersebut sehingga intensitas cahayanya sesuai atau mendekati nilai set point intensitas cahaya. Komunikasi antara sistem dan pusat kontrol menggunakan protokol RS485 yang memungkinkan untuk komunikasi jarak jauh menggunakan kabel dan tahan terhadap (noise).
Pada simulasi ini, sistem mulai bekerja dari pukul 10.00 hingga pukul 22.00. Dari pukul 18.00 hingga pukul 22.00, semua lampu pada lahan parkir tersebut menyala dan dari pukul 22.00 hingga pukul 10.00, sistem akan off dan lampu dapat dioperasikan secara manual dengan mematikan sistem dari GUI pada komputer sebagai pusat kontrol. Pemindahan ke mode manual pun dapat dilakukan saat sistem tengah beroperasi. Mode manual adalah ketika lampu-lampu dapat dinyalakan melalui saklar, tanpa ada pengaruh sistem. Pengaturan waktu ini sesuai dengan jam operasional Bekasi Cyber Park. Pembuatan program sistem dan GUI dibuat dengan software Flowstone.
I.2 Perumusan Masalah
Masalah yang diidentifikasi dalam tugas akhir ini adalah:
BAB I. PENDAHULUAN 3
Universitas Kristen Maranatha 2. Bagaimana merealisasikan tampilan GUI (Graphical User Interface) dengan
program Flowstone?
I.3 Tujuan
Tujuan dilaksanakannya tugas akhir ini adalah :
1. Mengontrol intensitas cahaya maket lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park dengan kontrol on-off pada lampu maket.
2. Membuat tampilan GUI untuk lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park yang dapat dioperasikan dari jarak yang cukup jauh menggunakan kabel.
I.4 Pembatasan Masalah
Dalam tugas akhir ini, hal-hal yang dibatasi adalah :
1. Jumlah sensor yang digunakan ada 4 buah sensor photodioda SP45ML.
2. Daerah yang dikontrol merupakan maket dari lahan parkir P2a Bekasi Cyber Park dengan perbandingan 1:100.
3. Tinggi maket 7 cm berdasarkan perbandingan lampu yang dipakai. 4. Lampu yang digunakan pada maket adalah LED 5mm berwarna putih.
5. Cahaya dari luar disimulasikan dengan memberikan cahaya sebesar 100 lux, 200 lux, dan 300 lux.
I.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II. LANDASAN TEORI
BAB I. PENDAHULUAN 4
Universitas Kristen Maranatha Fotometri, photodioda SP45ML, protokol RS485, ATMega16, dan Program Flowstone.
BAB III. PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini dijelaskan tentang perancangan dan realisasi sistem kerja pengontrolan cahaya, perancangan dan realisasi rangkaian sensor dan pengontrol, serta alogritma pemrograman pengontrol mikro dan pemograman Flowstone.
BAB IV. DATA PENGAMATAN DAN ANALISI DATA
Pada bab ini ditampilkan data-data intensitas cahaya dari sistem pada maket saat siang, sore dan malam beserta GUI, dan pengujian RS485 pada jarak sistem ke pusat kontrol.
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
69
Universitas Kristen Maranatha BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik pada Tugas Akhir Simulasi Pengontrol Intensitas Cahaya pada Lahan Parkir P2a Bekasi Cyber Park dengan Kontrol On-Off adalah sebagai berikut:
1. Secara keseluruhan, baik dengan penyalaan kelompok LED Kondisi I atau Kondisi II, sistem dapat menjaga intensitas cahaya maket agar tetap mendekati intensitas cahaya set point dengan menyalakan atau mematikan kelompok-kelompok LED.
2. Intensitas cahaya yang terbaca saat menggunakan penyalaan LED Kondisi II lebih stabil daripada penyalaan LED Kondisi I. Tetapi konsumsi daya penyalaan kelompok LED dengan Kondisi I lebih kecil daripada penyalaan kelompok LED Kondisi II. Itu berarti konsumsi daya yang dihemat pada Kondisi I lebih besar daripada Kondisi II.
3. Protokol RS485 dapat digunakan untuk komunikasi data antara sensor dan pusat kontrol melalui kabel twisted-pair dengan jarak 37 meter.
V.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk pengembangan selanjutnya mengenai Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Sistem sebaiknya dilengkapi dengan indikator jika ada lampu yang rusak / putus.
70
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. ATMEL. _____. ATMega16. [pdf].
(www.atmel.com/Images/doc2466.pdf. diakses 15 September 2013) 2. Axelson, Jan. 1999. Designing RS-485 Circuits. [pdf].
(http://www.lvr.com/rs-485_circuits.htm. diakses 23 Oktober 2013) 3. Bies, Lammert. 2010. RS485 Serial Information. [online].
(www.lammertbies.nl/comm/info/RS-485.html. diakses 22 Oktober 2013) 4. DSPRobotics. _____. Flowstone User Guide. [pdf].
(www.dsprobotics.com/support/viewforum.php?f=18. diakses 20 Agustus 2013)
5. Kondenshi. _____.SP45ML. [pdf].
(www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/78890/KODENSHI/SP45ML.html. diakses 5 Juni 2013)
6. Lamps & Lighting._____.Maintained Illuminance Guide. [pdf]
(http://www.lampslighting.co.uk/images/products/technical/files/Maintained %20Illuminance%20Guide.pdf. diakses 24 Desember 2013)
7. Ogata, Katsuhiko. 1991. Teknik Kontrol Automatik. Jakarta. Penerbit Erlangga 8. Rako, Paul. 2004. Photodiode Amplifiers. [pdf].
(http://ecee.colorado.edu/~ecen4827/hw/hw1/PhotodiodeAmplifers.pdf. diakses 6 November 2013)
9. Storr, Wayne. 1999. The Light Sensor. [online].
(www.electronics-tutorials.ws/io/io_4.html. diakses 6 Juni 2013) 10.Texas Instrument. 2008. The RS-485 Design Guide. [pdf].
(www.ti.com/lit/an/slla272b/slla272b.pdf. diakses 23 Oktober 2013) 11.Thorlabs. 1999. Photodiode Tutorial. [online].
