Abstrak- Telah dilakukan percobaan yang berjudul sensor cahaya (LDR). Tujuan dari percobaan
ini ialah untuk mengetahui karakteristika LDR atau Light Dependent Resistor, dan untuk mengakses ADC resolusi 8-bit dengan menggunakan tegangan dari sensor cahaya (LDR). Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain, lux meter, lampu LED, sensor cahaya (LDR), avometer, mikrokontroler ATMega 16, catu daya sebesar 5 volt, resistor 10 Ω, dan resistor variabel, serta kabel penghubung. Langkah awal yang dilakukan ialah mengukur jarak antara sensor LDR dengan lampu LED yang di sini berperan sebagai sumber cahaya. Kemudian, kita ukur besarnya tegangan yang melalui rangkaian ini dengan menggunakan avometer dan mikro. Selanjutnya mengukur nilai kuat penerangan dengan menggunakan lux meter. Dari percobaan tersebut, kami dapatkan data tegangan (voltmeter), jarak (cm), dan kuat penerangan (lux). Dari data yang kami peroleh, kami dapat menghitung besarnya intensitas cahaya melalui persamaan 2.1. Sehingga, dapat kami simpulkan bahwa, LDR atau Light Dependent Resistor memiliki karakteristik yakni ketika cahaya terang, intensitas cahaya besar, resistansinya menurun, sehingga dapat dikatakan bahwa LDR mampu menjadi penghantar listrik yang baik. Namun sebaliknya, ketika intensitas cahaya kecil, resistansinya menjadi besar, atau dapat dikatakan bahwa LDR merupakan penghantar listrik yang buruk. Kata kunci: Lux meter, Intensitas cahaya, Sensor cahaya
I. PENDAHULUAN
Sering kita amati lampu-lampu di tempat umum seperti taman, lampu jalan, dan tempat umum lainnya menyala ketika malam hari dan mati ketika pagi hari. Lampu-lampu tersebut jumlahnya tidak hanya satu, akan tetapi banyak. Tentunya lampu-lampu tersebut tidak dinyalakan oleh seorang petugas, karena kita dapat membayangkan betapa sulitnya menyalakan seluruh lampu penerangan jalan di malam hari dan mematikannya di pagi hari.
Peristiwa tersebut menjadi pertanyaan bagi kita. Bagaimana lampu-lampu di jalan dapat menyala di malam hari dan di pagi harinya lampu tersebut mati secara otomatis.
Di dunia elektronika, kita mengenal beberapa komponen-komponen elektronika yang mampu menjawab persoalan ini. Salah satunya ialah penggunaan alat yang disebut sensor cahaya atau LDR. LDR atau Light Dependent Resistor merupakan salah satu jenis resistor yang nilai resitansinya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai hambatan pada LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Contoh penggunaannya adalah
pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara
otomatis. Atau bisa juga kita gunakan di kamar kita sendiri.
LDR merupakan suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu, Laju Recovery dan Respon Spektral. Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai den-gan level cahaya 400 lux.
Gambar 1.1 Light Dependent Resistor
LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik (TEDC,1998).
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi
.
Penggunaan mikrokontroler dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya telpon seluler,
Sensor Cahaya (LDR)
Indira Khayam, Adis Prasetya
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6011
microwave, televisi, mesin cuci dan lain sebagainya. Mikrokontroler dapat diaplikasikan untuk pengendalian, otomasi industri, akuisi data, telekomunikasi dan lain-lain. Atmel AVR (Advanced Versatile RISC atau Alf and Vegard’s Risc processor) merupakan salah satu vektor yang bergerak di bidang mikroelektronika. Mikrokontroler AVR memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, timer/counter, watchdog timer, PWM, port I/O, komunikasi serial, komparator, I2C, dll). Dengan fasilitas ini programer atau desainer dapat menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika, secara umum mikrokontroler AVR dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu AT90xx, Atmega, dan Attiny. Pada praktik pemograman, mikrokontroler AVR yang digunakan yaitu ATMega 16 dan software compiler-nya menggunakan Code Vision.
Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya. Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent).
Lux meter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kuat penerangan (tingkat penerangan) pada suatu area atau daerah tertentu. Alat ini didalam memperlihatkan hasil pengukurannya menggunakan format digital. Alat ini terdiri dari rangka, sebuah sensor dengan sel foto dan layar panel. Sensor tersebut diletakan pada sumber cahaya yang akan diukur intenstasnya. Cahaya akan menyinari sel foto sebagai energi yang diteruskan oleh sel foto menjadi arus listrik. Makin banyak cahaya yang diserap oleh sel, arus yang dihasilkan pun semakin besar.
Sensor yang digunakan pada alat ini adalah photo diode. Sensor ini termasuk kedalam jenis sensor cahaya atau optic. Sensor cahaya atau optic adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengenai suatu daerah tertentu. Kemudian dari hasil dari pengukuran yang dilakukan akan ditampilkan pada layar panel.
Berbagai jenis cahaya yang masuk pada luxmeter baik itu cahaya alami atapun buatan akan mendapatkan respon yang berbeda dari sensor. Berbagai warna yang diukur akan menghasilkan suhu warna yang berbeda,dan panjang gelombang yang berbeda pula. Oleh karena itu pembacaan yang ditampilkan hasil yang ditampilkan oleh layar panel adalah kombinasi dari efek panjang gelombang yang ditangkap oleh sensor photo diode.
Pembacaan hasil pada Luxmeter dibaca pada layar panel LCD (liquid Crystal digital) yang format pembacaannya pun memakai format digital. Format
digital sendiri didalam penampilannya menyerupai angka 8 yang terputus-putus. LCD pun mempunyai karakteristik yaitu Menggunakan molekul asimetrik dalam cairan organic transparan dan orientasi molekul diatur dengan medan listrik eksternal.
Adapun bagian- bagian dari alat lux meter adalah sebagai berikut :
Gambar 1.2 Lux meter Fungsi bagian- bagian alat ukur :
1. Layar panel : Menampilkan hasil pengukuran 2. Tombol Off/On : Sebagai tombol untuk
menyalakan atau mematikan alat 3. Tombol Range : Tombol kisaran ukuran 4. Zero Adjust VR : Sebagai pengkalibrasi alat
(bila terjadi error)
5. Sensor cahaya : Alat untuk mengkoreksi / mengukur cahaya.
Dalam aplikasi penggunaannya dilapangan alat ini lebih sering digunakan pada bidang arsitektur, industri, dan lain-lain. Prisip kerja alat ini pun banyak digunakan pada alat yang biasa digunakan pada fotografi, sebagai contoh pada alat available light, reflected lightmeter, dan incident lightmeter. Selain itu didalam penelitian-penelitian mengenai tingkat keanekaragaman dan lain- lain yang senantiasa diperlukan data mengenai tingkat pencahayaan alat ini pun dapat digunakan.
Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode – kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer). ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling
dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).
Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2n –1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner).
II. METODE PERCOBAAN
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini ialah sebuah sensor cahaya (LDR), sebuah Lux meter, Resistor 10 Ω, Resistor variable, Catu daya 5 Volt, sebuah voltemeter, tiga buah LED (merah, biru, dan hijau), penggaris, mikrokontroler ATMega 16, serta kabel penghubung.
Gambar 2.1 Rangkaian alat percobaan
Langkah kerjanya ialah, pertama-tama rangkaian disusun seperti pada gambar 2.1. Kemudian, kita mengukur jarak antara sensor LDR dengan sumber cahaya (LED), kemudian sensor LDR disinari dengan lampu LED. Tegangan yang dihasilkan diukur dengan menggunakan avometer dan mikro. Setelah itu, kuat penerangan juga diukur menggunakan Lux meter. Percobaan dilakukan kembali dengan mengubah jarak antara sensor LDR dengan LED, serta warna lampu LED.
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan, didapat data sebagai berikut.
Tabel 1 Data tegangan dan kuat penerangan pada lampu LED berwarna biru
No Jarak (cm) Tegangan E (LUX)
AVO (V) Mikro (V) 1 2,00 4,480 4,447 86,20 2 2,75 4,370 4,413 88,50 3 4,15 4,250 4,266 118,30 4 5,25 4,800 4,921 72,70 5 9,10 4,460 4,521 30,91
Tabel 2 Data tegangan dan kuat penerangan pada lampu LED berwarna hijau
No Jarak(cm) Tegangan (LUX)E
AVO (V) Mikro (V) 1 2,00 4,910 4,970 10,090 2 2,75 4,930 4,980 9,310 3 4,15 4,940 4,995 1,960 4 5,25 4,950 4,995 1,710 5 9,10 4,960 5,000 2,530
Tabel 3 Data tegangan dan kuat penerangan pada lampu LED berwarna merah
No Jarak (cm) Tegangan E (LUX) AVO (V) Mikro (V) 1 2,00 4,190 4,217 162,400 2 2,75 4,270 4,305 133,300 3 4,15 4,600 4,618 47,300 4 5,25 4,580 4,618 8,440 5 9,10 4,860 4,926 16,470
Setelah didapatkan data percobaan seperti pada tabel 1 hingga tabel 3, kami menghitung besarnya intesitas cahaya yang masuk ke dalam sensor cahaya (LDR) melalui persamaan di bawah ini,
I=E x h
2 ...(2.1)
di mana I merupakan intensitas cahaya dalam satuan candella, E ialah kuat penerangan dalam satuan lux, dan h merupakan jarak dalam meter. Dengan persamaan 2.1, kami dapat menghitung besarnya intensitas cahaya yang masuk sebagai berikut.
Diketahui : Jarak = 2,0 cm = 2 x 10-2 m
Kuat penerangan = 86,20 Lux Ditanya : Intensitas cahaya?
10k resistor +5 v +88.8 Volts voltmeter 1.0 ldr led 220 resistor +5 v R2 10k 11.0592MHz 22pf 22pf C3 100nF +5v +5v RESET RESET D 7 14 D 6 13 D 5 12 D 4 11 D 3 10 D 2 9 D 1 8 D 0 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LM016L +5V 50% 1k R S R WE D4 D 5 D 6 D 7 RS RW E D7 D6 D5 D4 V LDR V LDR PC6/TOSC1 28 PC5 27 PC4 26 PC3 25 PC2 24 PC1/SDA 23 PC0/SCL 22 PC7/TOSC2 29 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 PA7/ADC7 33 PB6/MISO 7 PB5/MOSI 6 PB4/SS 5 PB3/AIN1/OC0 4 PB2/AIN0/INT2 3 PB1/T1 2 PB0/T0/XCK 1 PB7/SCK 8 PD6/ICP1 20 PD5/OC1A 19 PD4/OC1BPD3/INT1 18 17 PD2/INT0 16 PD1/TXD 15 PD0/RXD 14 PD7/OC2 21 RESET 9 XTAL1 13 XTAL2 12 AVCC 30 AREF 32 U1 ATMEGA8535
Jawab :
I=E x h
2I=86,20 x(2 x 10
−2)
2I=0,034
Kemudian, dapat kami paparkan hasil perhitungannya melalui tabel berikut.
Tabel 4 Hasil perhitungan intensitas cahaya pada lampu LED berwarna biru
No Jarak (cm) E ( Lux) I (candella)
1 2,00 86,200 0,034
2 2,75 88,500 0,067
3 4,15 118,300 0,204
4 5,25 72,700 0,200
5 9,10 30,910 0,256
Tabel 5 Hasil perhitungan intensitas cahaya pada lampu LED berwarna hijau
No Jarak (cm) E ( Lux) I (candella)
1 2,00 10,090 0,004
2 2,75 9,310 0,007
3 4,15 1,960 0,003
4 5,25 1,710 0,005
5 9,10 2,530 0,021
Tabel 6 Hasil perhitungan intensitas cahaya pada lampu LED berwarna merah
No Jarak (cm) E ( Lux) I (candella)
1 2,00 162,400 0,065
2 2,75 133,300 0,101
3 4,15 47,300 0,081
4 5,25 8,440 0,023
5 9,10 16,470 0,136
Percobaan sensor cahaya telah kami lakukan. Percobaan ini bertujuan untuk memahami karakteristik sensor cahaya (LDR), dan untuk megakses ADC resolusi 8-bit dengan memasukkan hasil tegangan sensor cahaya. Alat-alat yang dibutuhkan serta langkah percobaannya telah kami paparkan pada sub bab II mengenai metode percobaan.
Berdasarkan hasil percobaan yang telah kami lakukan, kami mendapatkan data berupa tegangan
yang diukur melalui dua alat yakni avometer dan mikro, serta data kuat penerangan yang diukur dengan menggunakan lux meter.
Dari data percobaan yang kami paparkan pada tabel 1 hingga tabel 3, terlihat bahwa besarnya nilai tegangan yang diukur dengan avometer maupun mikro menunjukkan adanya kesamaan atau dapat dikatakan tidak jauh berbeda untuk tiap masing-masing jarak. Perbedaan baru terlihat antara tegangan pada jarak yang satu dengan lainnya. Namun, dapat kita lihat pula, bahwa selisih nilai tegangannya relatif kecil, tidak terlalu besar. Hal ini dapat dikatakan bahwa, jarak antara sensor cahaya (LDR) dengan lampu LED tidak terlalu berpengaruh selama lampu LED tersebut langsung mengenai sensor LDR. Dalam percobaan ini lampu LED dimasukkan ke dalam tabung bolpoin yang tidak transparan dan dihubungkan langsung dengan LDR. Sehingga tidak banyak cahaya dari LED yang berpendar, yang mengakibatkan dalam sample jarak yang kami ambil, besarnya nilai tegangan tidak terlalu jauh berbeda.
Ditinjau dari perbedaan warna LED, besarnya tegangan juga masih dalam kisaran 4,00-5,00 volt. Hal ini membuktikan bahwa, perbedaan warna tidak berpengaruh terhadap besarnya tegangan. Artinya, meski tiap-tiap warna memiliki besaran energi dan frekuensi yang berbeda, ternyata tidak mempengaruhi tegangan yang melewati sensor cahaya.
Melalui data yang telah kami dapatkan, kami dapat menghitung besarnya intensitas cahaya yang masuk ke dalam LDR dengan menggunakan persamaan 2.1. Kemudian didapat hasil perhitungan seperti pada tabel 4 hingga tabel 6. Dapat kita lihat bahwa intensitas cahaya yang masuk ke dalam LDR berubah-ubah. Hal ini dikarenakan besarnya nilai kuat penerangan yang diukur dengan menggunakan lux meter. Ketidak tentuan atau ketidak teraturan data yang didapatkan, dikarenakan beberapa faktor eksternal. Alat lux meter yang digunakan untuk mengukur kuat penerangan merupakan alat yang sensitif terhadap cahaya. Untuk mengukur kuat penerangan, lampu LED didekatkan ke sensor cahaya, ketika mendekatkan lampu LED ke sensor cahaya, cahaya dari lampu LED tidak seluruhnya terfokus ke sensor cahaya pada lux meter. Selain itu, angka yang ditampilkan pada layar lux meter sering berubah-ubah, sehingga praktikan sulit menentukan angka berapa yang menunjukkan kuat penerangan. Sehingga hasil atau data yang kami dapatkan pun tidak pasti.
Dari pemaparan tersebut di atas, jelas bahwa kerja sebuah LDR tergantung pada intensitas cahaya yang masuk ke dalam sensornya. Intensitas cahaya inilah yang menentukan besar kecilnya resistansi dari LDR itu sendiri.
Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan, dapat disimpulkan bahwa, karakteristik dari sensor cahaya (LDR) ialah ketika intensitas cahaya yang masuk besar, maka resistansinya kecil, artinya pada saat cahaya terang, LDR menjadi penghantar arus yang baik. Sedangkan ketika cahaya redup, LDR memiliki resistansi yang besar, sehingga kurang bisa menghantarkan arus listrik. ADC atau biasa disebut Analog to Digital Converter merupakan alat yang mampu mengubah sinyal atau input berupa data analog menjadi digital. ADC memiliki kemampuan processing yang mencapai 10-bit.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Adis Prasetya yang telah membimbing dalam praktikum sensor cahaya (LDR).
Tidak lupa terimakasih kepada teman-teman satu tim atas kerja samanya dalam melakukan praktikum tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Resistor foto, diakses tanggal 30 September 2014, http://id.wikipedia.org/wiki/Fotoresistor
Lampu Taman Otomatis, diakses tanggal 30 September 2014, http://www.e-action.co.cc/2009/05/lampu-taman-otomatis.html
Automatic Garden Lighting, diakses tanggal 30 September 2014,
http://trensains.com/lampu_taman.htm
Sensor cahaya-LDR (Light Dependet Resis-tor), diakses tanggal 3 Oktober 2014,
http://indomicron.co.cc/elektronika/analog/sensor- cahaya-ldr-light-dependent-resistor/comment-page-1/#comment-292
