LAMPU JALAN HEMAT ENERGI OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
TUGAS AKHIR
WISDA PURBA 162408012
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
LAMPU JALAN OTOMATIS HEMAT ENERGI BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
WISDA PURBA 162408012
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN ORISINALITAS
LAMPU JALAN OTOMATIS HEMAT ENERGI OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan praktik proyek ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, Juli 2019
WISDA PURBA 162408012
RANCANG BANGUN LAMPU JALAN OTOMATIS HEMAT ENERGI BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
ABSTRAK
Beban lampu penerangan dalam suatu ruangan lazimnya dioperasikan secara manual oleh manusia. Dengan kemajuan teknologi saat ini, campur tangan manusia dalam operasional berusaha dikurangi. Efektif dan efisien untuk menghindari lampu yang menyala sia-sia tanpa ada aktifitas. Tujuannya tak lain untuk menghindari pemborosan energi listrik. Penelitian ini mengambil topik tentang perancangan saklar otomatis untuk mengoperasikan beban lampu penerangan suatu ruangan. PIR termasuk sensor pyroelectric yang mempunyai respon sesaat ada perubahan panas. Sumber panas diradiasikan dengan infra merah. Tubuh manusia menghasilkan energi panas yang diradiasikan dengan infra merah. Radiasi panas tubuh manusia akan diterima sensor untuk respon masukan rangkaian. Sejalan dengan pesatnya perkembangan di bidang teknologi maka jumlah kebutuhan daya listrik cenderung naik dengan pesat. Peningkatan kebutuhan ini dapat diakibatkan karena masyarakat makin banyak menggunakan teknologi baru seperti, tetapi dapat juga karena adanya pemborosan pemakaian listrik.
Kata Kunci : Sensor PIR, Lampu Otomatis, Penghematan Energi,
DESIGN OF AUTOMATIC ROAD LIGHTS SAVING ENERGY BASED ON ARDUINO UNO MICROCONTROLLER
ABSTRACT
The burden of lighting in a room is usually manually operated by humans. With current technological advances, human intervention in operations is trying to be reduced. Effective and efficient to avoid lights that are running in vain without any activity. The goal is nothing but to avoid wasting electricity. This study took the topic of designing an automatic switch to operate the lighting load of a room.
PIRs include pyroelectric sensors that have a momentary response to heat changes. Heat sources are irradiated with infrared. The human body produces heat energy radiated with infrared. The human body heat radiation will be received by the sensor for the input input response. In line with the rapid development in the field of technology, the amount of electricity demand tends to increase rapidly.
This increase in needs can be caused because people are increasingly using new technologies such as, but can also be due to the waste of electricity.
Keywords: PIR Sensors, Automatic Lights, Energy Saving
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis mengucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan berkat-nya penyusun Laporan Tugas Proyek ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Laporan Tugas Proyek ini yaitu kepada :
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Ketua Jurusan D-3 Fisika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng. Sc selaku Ketua Jurusan D-3 Fisika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Drs. Aditia Warman,M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah memnimning dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Proyek ini.
4. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama dalam perkuliahan.
5. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk dan arahan selama dalam perkuliahan.
6. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Laporan Tugas Proyek ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, Juli 2019
WISDA PURBA 162408012
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN ORISINALITAS ii
PENGESAHAN LAPORAN TUGAS PROYEK iii
ABSTRAK iv
PENGHARGAAN vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
BAB1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 RumusanMasalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan 2
1.5 Manfaat 3
1.6 Metode Penelitian 3
1.7 Sistematika Penulisan 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Lampu Jalan 5
2.1.1 Penghematan Energi Listrik 5
2.1.2 Efisiensi Energi dan Pencahayaan Jalan Umum 7
2.1.3 Penghematan Energi 8
2.2 Mikrokontroler Arduino Uno 9
2.3 LDR (Light Dependent Resistor) 15
2.4 Sensor PIR (Passive Infra Red) 16
2.5 Sensor Ultrasonik (HC-SR04) 18
2.6 LED (Light-Emitting Diode) 19
2.7 Buzzer 22
2.8 Adaptor 28
BAB 3 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI 24
3.1 Blok Diagram Sistem 24
3.2 Flowchart Sistem 25
3.3 Gambar Rangkaian 26
3.3.1 Gambar Rangkaian Arduino Uno 26
3.3.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan Sensor PIR dan HC-SR04 26 3.3.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan LDR 27
3.3.3 Gambar Rangkaian Arduino dengan LED 28
3.3.4 Gambar Rangkaian Keseluruhan 29
3.4 Rangkaian Layout PCB 30
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan 31
4.1.1 Pengujian Sensor LDR 31
4.1.2 Pengujian Sensor PIR 31
4.1.3 Pengujian Sensor HCSR-04 31
4.1.4 Pengujian Sistem Alat Keseluruhan 32
4.2 Software keseluruhan sistem 32
4.3 Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis 36
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 37
5.1 Kesimpulan 37 .
5.2 Saran 37
DAFTAR PUSTAKA ix
LAMPIRAN x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi mikrokontroller Arduino Uno 11
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor LDR 31
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor PIR 31
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor HCSR-04 31
Tabel 4.4 Pengujian Sistem Alat Keseluruhan 32
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skematik Arduino Uno 10
Gambar 2.2 Skematik Sensor LDR 15
Gambar 2.3 Skematik Sensor PIR 17
Gambar 2.4 Sensor Ultrasonik (HC-SR04) 19
Gambar 2.5 LED (Light-Emitting Diode) 20
Gambar 2.6 Buzzer 22
Gambar 2.7 Relay 22
Gambar 2.8 Adaptor 22
Gambar 2.8 Rangkaian PCB 23
Gambar 3.1 Blok Diagram Lampu Jalan Otomatis 24
Gambar 3.2 Flowchart Sistem 25
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Uno 26
Gambar 3.4 Rangkaian Arduino dengan Sensor PIR dan HC-SR04 27
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino dengan LDR 28
Gambar 3.6 Rangkaian Arduino dengan LED 29
Gambar 3.7 Rangkaian Keseluruhan 30
Gambar 3.8 Rangkaian PCB pada Software Eagle 31
Gambar 3.9 Rangkaian PCB 31
Gambar 4.1 Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis 37
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Persoalan penggunaan energi untuk untu penerangan jalan umum untuk daerah- daerah di Indonesia masih jauh dari kata hemat. Masih banyak daerah- daerah yang belum bisa dan mampu melakukan penghematan penggunaan energi listrik khususnya untuk penerangan jalan. Bukannya pemerintah daerah tidak mau melaksanakannya namun terbentur dengan banyaknya masalah atau kendala yang ada didaerah masing-masing khususnya masalah investasi biaya. Saat ini pemakian listrik pada lampu jalan masih dianggap boros, meskipun sudah ada usaha untuk membatasinya, salah satu pembatasan listrik adalah dengan menggunakan waktu pemakaian. Lampu jalan umum biasanya menyala sepanjang malam, ini merupakan pemborosan. Apabila sudah melewati tengah malam pada umumnya jalan sudah sepi, sehingga penerangan jalan sebaiknya dimatikan atau dikurangi intensitas cahayannya. Tapi apabila masih memakai lampu merkuri maka pengurangan intensitas cahaya tidak mungkin dikurangi.
Ada beberapa cara mengurangi intensitas cahaya atau pada ahirnya mengurangi daya listrik yaitu dengan menggunakan lampu jalan LED. Krisis energi yang melanda dunia, membuat harga bahan bakar semakin meningkat. Hal ini menyebabkan baiya tarif dasar listrik ikut naik, karena bahan bakar masih menjadi energi utama untuk penggerak primemover sistem pembangkit energi listrik..
Semakin meningkatnya biaya tarif dasar listrik, maka semakin tinggi pula biaya yang dikeluarkan oleh konsumen untuk membayar tagihan listrik. Tidak bisa dielakkan lagi penggunaan listrik oleh masyarakat. Listrik sudah menjadi kebutuhan primer yang harus dipenuhi, mengingat semakin meningkatnya perkembangan teknologi yang tentunya menggunakan energi listrik. Tidak hanya itu, perkembangan fasilitas umum yang melayani masyarakat juga menjadi penyebab meningkatknya kebutuhan listrik. Terutama bila fasilitas tersebut beroperasi selama 24 jam, sudah pasti harus dilengkapi dengan alat penerangan jalan yang memadai selama malam hari. Untuk itu, diperlukan peranan petugas untuk dapat mengoperasikan penerangan fasilitas tersebut. Namun, terkadang
petugas lalai dalam menyalakan ataupun memadamkan lampu, hal inilah yang dapat memicu pelayanan fasilitas umum menjadi menurun dan bahkan dapat menyebabkan meningkatnya tagihan listrik bila lampu dibiarkan dalam keadaan terus menyala. Tidak hanya itu, kejadian seperti ini pun juga sering dialami di rumah-rumah, terkadang penghuni rumah lupa mematikan lampu taman yang ada diluar ruangan. Meningkatnya biaya tarif dasar listrik membuat para konsumen listrik melakukan banyak hal untuk dapat menghemat penggunaan listrik. Inovasi- inovasi baru bermunculan guna membantu dalam penghematan listrik. Beberapa inovasi tersebut juga diiringi dengn memudahkan manusia dalam mengoperasikan hal-hal yang biasa mereka lakukan sendiri namun digantikan oleh sebuah sistem otomatis. Perkembangan teknologi berperan penting dalam penciptaan inovasi.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut kedalam bentuk skripsi sebagai tugas proyek sebagai judul
“LAMPU JALAN HEMAT ENERGI OTOMATIS BERBASIS ARDUINO UNO ”
1.3 Batasan Masalah
1. Bagaimana sistem kerja dari Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis?
2. Bagaimana cara perancangan dan pembuatan Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis?
3. Bagaimana mengaplikasikan Arduino Uno sebagai pengontrol, penerima, dan pengolah data pada sistem elektronika pada Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis?
1.4 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Memanfaatkan sensor PIR sebagai Lampu Jalan Otomatis Hemat Energi.
2. Mengetahui dan memahami mikrokontroller Arduino Uno secara umum, sensor yang digunakan, serta komponen yang terdapat pada pembuatan alat.
3. Memanfaatkan mikrokontroller Arduino Uno sebagai pengontrol, penerima dan pengolah data pada Lampu Jalan Otomatis Hemat Energi.
4. Merancang sistem lampu penerangan jalan yang lebih efisien dan ramah lingkungan.
5. Melakukan penelitian untuk membuat suatu terobosan baru dalam Lampu Jalan Otomatis Hemat Energi.
1.5 Manfaat
Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini diberikan batasan batasan masalah sebagai berikut :
1. Perancangan dan pembuatan alat ini berbasis mikrokontroller Arduino Uno.
2. Sensor yang digunakan adalah sensor Infra Red yang berfungsi mendeteksi kehadiran objek atau kendaraan di sekitar tanpa melalui kontak fisik maka sensor akan mengirimkan data yang nantinya akan diproses oleh Arduino Uno.
3. Sensor PIR digunakan sebagai pemicu jalannya sistem.
4. Pada prototype ini, sensor PIR akan mendeteksi keberadaan kendaraan yang akan melintas.
5. Alat ini diterapkan pada ruangan terbuka.
1.6 Metode Penelitian
Metodologi yang digunakan dalam penyelesaian tugas proyek ini meliputi : 1. Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mencari referensi dan mempelajarinya guna mendukung dalam perancangan tugas akhir.
2. Perancangan Sistem
Pada tahap ini dilakukan perancangan rangkaian sitem dan blok diagram.
3. Perancangan dan Pembuatan Alat
Pada tahap ini dilakukan perancangan dan pembuatan Lampu Jalan Otomatis Hemat Energi.
4. Analisis dan Pengujian
Analisis dan pengujian dimaksudkan untuk mengetahui sejauh mana alat yang dibuat pada tugas akhir ini dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan.
5. Penyusunan Laporan
Tahap akhir pada tugas akhir ini adalah penyusunan laporan dengan tahap tahap diatas.
1.7 Sistematika Penulisan
Berikut merupakan sistem penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir :
1. BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, motivasi dan tujuan tugas akhir, sasaran tugas akhir, metode tugas akhir dan sistematika penulisan.
2. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi landasan teori yang menjadi referensi utama dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dibahas berhubungan dengan sistem yang akan dibuat dan juga yang akan digunakan untuk kepentingan analisis dan perancangan.
3. BAB 3 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software.
4. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroller Arduino Uno.
5. BAB 5 PENUTUP
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan tugas akhir ini.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Lampu Jalan
Lampu jalan adalah lampu yang digunakan untuk penerangan jalan pada malam hari sehingga pejalan kaki, pesepeda dan pengendara dapat melihat dengan jelas jalan yang akan dlalui dimalam hari, sehingga dapat meningkatkan keselamatan lalu lintas dan keamanan daripara pengguna jalan.
2.1.1 Penghematan Energi Listrik
Pada abad ke 21 ini persoalan energi listrik menjadi suatu hal penting yang banyak diperbincangkan. Ketergantungan pada Sumber Daya Alam yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi dan batu bara yang semakin tipis membuat krisis energi listrik semakin menghantui kita. Untuk itu mulai banyak dikembangkan pembangkit energi listrik dari sumber lain yang dapat tersedia selalu dan juga lebih ramah lingkungan. Seperti energi matahari, angin, air atau yang lainnya. Hal ini jelas sangat membantu dari segi produksi energi listrik. Tapi dengan jumlah manusia yang semakin banyak jelas dibutuhkan sumber energi yang banyak pula untuk menghasilkan energi listrik. Untuk itu juga perlu dipikirkan penghematan sebagai pengguna energi listrik dalam memanfaatkan energi listrik yang ada sekarang ini, bukan hanya sekedar penambahan jumlah energi listrik yang dihasilkan. Penerangan manusia pada malam atau pada saat keadaan gelap yang biasa disebut lampu adalah salah satu alat listrik yang banyak digunakan manusia dikehidupan sehari-hari. Hampir semua tempat menggunakan lampu sebagai penerangannya.
Penggunaan lampu di jalan raya sering kali terjadi pemborosan energi listrik. Kadang ketika sudah siang dan keadaan sudah terang lampu tetap saja masih menyala, sehingga menyia-nyiakan cahaya lampu yang dihasilkan dan pemborosan energi listrik. Atau juga ketika keadaan sedikit gelap, tetapi jika tidak ada kendaraan yang lewat tetap saja lampu menyala yang seharusnya hal ini bisa dihemat dengan hanya menyalakan lampu sesuai kebutuhan saja. Oleh sebab itu, kami membuat suatu perancangan untuk mengatasi masalah tersebut yaitu lampu
penerangan yang dapat menyala dan mati secara otomatis sesuai dengan kebutuhan. Ketika keadaan gelap karena malam maka lampu akan secara otomatis menyala hanya jika terdeteksi ada kendaraan atau seseorang yang melewati jalan tersebut jika tidak ada gerakan dari benda bergerak atau manusia maka lampu ini akan tetap mati . Namun ketika keadaan sudah pagi dan terang karena adanya sinar matahari, maka lampu akan otomatis padam meskipun terdeteksi gerakan dari benda bergerak maupun manusia. Sehingga dengan hal ini kita dapat lebih menghemat energi listrik yang digunakan, karena lampu hanya menyala jika seperlunya saja dan energi listrik yang digunakan juga akan lebih kecil daripada menyalakan keseluruhan lampu.
Sejalan dengan perkembangan pembangunan, jumlah kebutuhan daya listrik di Indonesia cenderung naik pesat. Peningkatan kebutuhan daya listrik dapat diakibatkan oleh penambahan beban baru, dapat juga disebabkan karena borosnya pemakaian daya listrik. Pemborosan energi listrik harus dicegah, karena pasokan daya listrik PLN semakin terbatas. Penghematan energi listrik dapat menguntungkan konsumen dan produsen. Penelitian ini mengambil topik tentang perancangan saklar otomatis berdasarkan sensor PIR dan sensor LDR. Sensor PIR akan mendeteksi kehadiran objek atau kendaraan disekitar tanpa melalui kontak fisik.
Jika objek atau kendaraan mulai mendekati sensor maka sensor PIR maka lampu jalan akan otomatis menyala dan mati jika sudah menjauhi sensor.
Jikalampu menyala secara terus menerus dan terjadi dalam waktu yang lama, maka akan terjadi pemborosan. Untuk menghindari pemborosan energi listrik, maka dalam penelitian ini dibuat dan dibahas rangkaian otomatis untuk mengendalikan lampu. Penggunaan sistem otomatis pada lampu jalan merupakan salah satu cara operasi yang digunakan untuk mengendalikan beban listrik. Ide penggunaan lampu jalan otomatis ini muncul sebagai upaya menghindari pemborosan energi listrik. Lampu jalan otomatis juga memudahkan operasi. Dari segi ekonomis, dengan memasang lampu jalan otomatis, maka keborosan energi listrik dapat dihindari. Penggunaan energi listrik menjadi terkontrol.
2.1.2 Efisiensi Energi dan Pencahayaan Jalan Umum
Efisiensi energi didefinisikan sebagai semua metode, teknik dan prinsip – prinsip yang memungkinkan untuk dapat menghasilkan output yang sama dengan penggunaan energi lebih sedikit atau mendapatkan output yang lebih besar dengan jumlah energi yang sama. Efisiensi energi saat ini menjadi topik yang sangat populer karena kebutuhan dunia akan energi terus bertambah setiap tahunnya.
Dalam hal regulasi sudah banyak peraturan yang mengamanatkan melakukan efisiensi energi. Seperti yang tertuang dalam Undang-Undang No 30 tahun 2007 dan Peraturan Pemerintah Nomor 70 Tahun 2009 tentang Konservasi Energi, efisiensi energi adalah tanggung jawab semua pihak, baik pemerintah (pusat maupun daerah), swasta, dan masyarakat. Selain itu juga sudah dikeluarkan Instruksi Presiden Nomor 13 tahun 2011 Tentang Penghematan Energi dan Air yang mewajibkan semua instansi pemerintah pusat, daerah, Badan Usaha Milik Negara (BUMN) dan Badan Usaha Milik Daerah (BUMD) melakukan upaya penghematan energi dan air dan melaporkannya setiap 3 (tiga) bulan kepada Presiden. Pada aktivitas penghematan listrik, pemerintah menetapkan target penghematan sebesar 20 %.
Selain penghematan listrik, pemerintah juga peduli terhadap isu global perubahan iklim dan telah menetapkan target penurunan emisi GRK sebesar 26 % pada tahun 2020 dengan upaya sendiri dan 41 % apabila mendapatkan dukungan atau bantuan internasional. Sehubungan dengan hal tersebut, Pemerintah juga telah mengeluarkan Perpres nomor 61 tahun 2011 tentang Rencana Aksi Nasional Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca (RAN – GRK) yang berisi amanat kepada Pemerintah Daerah untuk berpartisipasi dalam upaya penurunan emisi GRK melalui penyusunan, penetapan dan pelaksanaan Rencana Aksi Daerah Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca (RAD – GRK). Penerangan jalan khususnya jalan umum merupakan salah satu sektor yang sangat potensial untuk menjadi sasaran efisiensi energi serta banyak di ajukan oleh pemerintah daerah sebagai upaya Rencana Aksi Daerah Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca . Tetapi teknologi penerangan jalan yang diterapkan selama ini masih teknologi konvensional yang tergolong boros energi dan lampu yang digunakan memiliki umur hidup yang singkat. Saat ini terdapat 143.348 sistem PJU secara nasional yang berkontribusi 4,95% dari total
beban puncak PLN dengan penggunaan energi sebesar 3.140 GWh pada tahun 2010 (Statistik PT PLN (Persero), 2011). Dengan menggunakan faktor kapasitas tahunan (8.760 jam setahun) dan efisiensi pembangkit 60%, maka satu pembangkit sekelas 600 MW harus beroperasi untuk memenuhi kebutuhan PJU di Indonesia. Belum lagi jika dikaitkan dengan subsidi listrik yang harus ditanggung pemerintah. Studi yang dilakukan oleh Pusat Litbang Teknologi Ketenagalistrikan dan EBTKE – KESDM menunjukkan bahwa dengan konsumsi sebesar 3.140 GWh setahun, uang negara (APBD) yang harus dibayarkan kepada PLN sebesar Rp. 3,13triliun (dihitung dengan TDL Oktober 2013). Jika dirunut lebih jauh dan dibandingkan dengan biaya pokok produksi listrik di masing-masing daerah, maka nilai subsidi listrik untuk PJU mencapai Rp. 827,4 milyar.
Penerangan jalan umum merupakan pemakai energi yang cukup besar untuk keperluan publik, namun masih menggunakan teknologi yang cenderung boros serta memiliki umur pakai yang relatif singkat. Penerapan teknologi penerangan jalan yang efisien mampu menghemat 30-70% konsumsi energi sebagaimana tercatat dalam statistik PLN. Studi yang sama menunjukkan bahwa dengan asumsi penghematan (selisih dari data saat ini dibandingkan dengan jika menerapkan penghitungan listrik berdasarkan meter dan penggunaan teknologi yang lebih efisien) diperkirakan mampu mencapai sebesar 65%, maka benefit yang diperoleh antara lain: penurunan emisi dapat mencapai 1,6 juta ton, penghematan biaya listrik Rp. 2 triliun, penghematan subsidi Rp. 537,84 milyar. Tetapi diharapkan berbagai upaya penghematan energi bagi penerangan jalan umum nantinya tidak akan mengubah fungsi dari PJU itu sendiri. Menurut Kementerian Perhubungan, bahwa fungsi utama penerangan jalan umum selain untuk meningkatkan keselamatan dan kenyamanan pengendara, khususnya untuk mengantisipasi situasi perjalanan pada malam hari juga untuk keamanan lingkungan atau mencegah kriminalitas serta untuk memberikan kenyamanan dan keindahan lingkungan jalan.
2.1.3 Penghematan Energi
Penghematan energi atau konservasi energi adalah tindakan mengurangi jumlah penggunaan energi. menghemat energi berarti tidak menggunakan energi
listrik untuk suatu hal yang tidak berguna. penghematan energi dapat dicapai dengan penggunaan energi secara efisien dimana manfaat yang sama diperoleh dengan menggunakan energi lebih sedikit, ataupun dengan mngurangi konsumsi dan kegiatan yang menggunakan energi. penghematan energi dapat menyebabkan berkurangnya biaya, serta meningkatnya nilai lingkungan, keamanan pribadi, serta kenyamanan. Organisasi-organisasi serta perseorangan dapat menghemat biaya dengan melakukan penghematan energi, sedangkan pengguna komersial dan industri dapat meningkatkan efisiensi dan keuntungan dengan melakukan penghematan energi. Penghematan energi adalah unsure yang penting dari sebuah kebijakan energi. Penghematan nergi menurunkan konsumsi energi dan permintaan perkapita, sehingga dapat menutup meningkatnya kebutuhan energi akibat pertumbuhan populasi. Hal ini mengurangi naiknya biaya energi, dan dapat mengurangi kebutuhan pembangkit energi atau impor energi. Berkurangnya permintaan energi dapat memberikan fleksibilatas dalam memilih metode produksi energi. Selain itu dengan mengurangi emisi, penghematan energi merupakan bagian penting dari mencegah atau mengurangi perubahan iklim.
Penghematan energi juga memudahkan digantinya sumber-sumber tak dapat diperbaharui dengan sumber-sumber dapat diperbaharui. Penghematan energi sering merupakan cara paling ekonomis dalam menghadapi kekurangan energi, dan merupakan cara yang lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan meningkatkan produksi energi.
2.2 Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino Uno adalah salah satu produk berlabel Arduino yang sebenarnya adalah suatu elektronik yang mengandung kikrokontroller ATmega328. Piranti ini dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronik dari yang sederhana hingga kompleks. Pengendalian LED hingga pengontrolan robot dapat di implementasikan dengan menggunakan papan berukuran relative kecil ini.
Gambar 2.1 Skematik Arduino Uno
Bahkan dengan penambahan komponen tertentu, peranti ini bisa dipakai untuk pemantauan kondisi pasien rumah sakit dan pengendalian alat-alat di rumah. Arduino Uno mengandung mikroprosesor (berupa Atmel AVR) dan dilengkapi dengan oscillator 16 Mhz (yang memungkinkan operasi berbasis waku dilaksanakan dengan tepat), dan regulator (pembangkit tegangan) 5volt.
Sejumlah pin tersedia di papan. Pin 0 hingga 13 digunakan untuk isyarat digital, yang hanya bernilai 0 dan 1. Pin A0-A5 digunakan untuk isyarat analog.
Arduino uno dilengkapi dengan Static Random-Access Memory (SRAM) berukuran 2 KB untuk memegag data, flash memory berukuran 32 KB, dan Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) untuk meyimpan program. Arduino Uno dapat diartikan juga sebagai board mikrokontroler berbasis ATmega328(datasheet) yang memiliki 14 pin input dan output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM (pulse width modulation) yang merupakan sinyal digital yang dapat menyerupai sinyal analog, dan 6 pin input analog. 16 Mhz osilator Kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan kabel Board Arduino Uno ke computer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang dihubungkan ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya. Nama “Uno” berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino.
Tabel 2.1 Spesifikasi mikrokontroller Arduino Uno a. Input dan Output
14 pin input/output digital (0-13) Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan outputnya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat
deprogram antara 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5 volt.
b. USB
Berfungsi untuk :
Membuat program dari computer ke dalam papan 1.Komunikasi serial antara papan dan computer 2.Memberi daya listrik kepada papan
a. Sambungan SV1
Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi terakir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.
b. Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator)
Jika mikrokontroller dianggap sebagai sebuah otak, maka Kristal adalah Mikrokontroller ATmega 328
Operasi Tegangan 5V
Input tegangan 7 – 12 V (Rekomendasi) Pin I/O digital 14 pin (6 PIN untuk PWM) Arus DC tiap pin I/O 50Ma
Arus DC ketika 3.3 V 50 Ma
Mmeori flash 32 KB (AT mega 328) dan 0,5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Kecepatan clock 16 Mhz
kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detuk (16 Mhz).
c. Tombol Reset S1
Untuk mereset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal.
Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongan mikrokontroller.
d. In-Circuit Serial Programming (ICSP)
Port ICSP memungkinakan pengguna untuk memprogram mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui boarloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak perlu dipakai walaupun disediakan.
e. IC 1-Microcontroller Atmega
Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.
f. X1-sumber daya eksternal
Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.
a. 6 pin input analog (0-5)
Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0 – 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V. Tanpa melakukan konfigurasi apapun, begitu sebuah papan Arduino dikeluarkan dari kotak pembungkusnya ia dapat langsung disambungkan ke sebuah komputer melalui kabel USB. Selain berfungsi sebagai penghubung untuk pertukaran data, kabel USB ini juga akan mengalirkan arus DC 5 Volt kepada papan Arduino sehingga praktis tidak diperlukan sumber daya dari luar. Saat mendapat suplai daya, lampu LED indikator daya pada papan Arduino akan menyala menandakan bahwa ia siap bekerja.
Pada papan Arduino Uno terdapat sebuah LED kecil yang terhubung ke pin digital no 13. LED ini dapat digunakan sebagai output saat seorang pengguna membuat sebuah program dan ia membutuhkan sebuah penanda dari jalannya program tersebut. Ini adalah cara yang praktis saat pengguna melakukan uji coba.
Umumnya microcontroller pada papan Arduino telah memuat sebuah program
kecil yang akan menyalakan LED tersebut berkedip-kedip dalam jeda satu detik.
Jadi sangat mudah untuk menguji apakah sebuah papan Arduino baru dalam kondisi baik atau tidak, cukup sambungkan papan itu dengan sebuah komputer dan perhatikan apakah LED indikator daya menyala konstan dan LED dengan pin- 13 itu menyala berkedip-kedip.
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Untuk sumber daya Eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari adaptor AC-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan memasukkan 2.1 mm jacj DC ke colokan listrik board.
Baterai dapat dimasukkan pada pin header Gnd dan Vin dari konektor daya. Board dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika anda menggunakan tegangan kurang dari6 volt mungkin tidak akan stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak papan.
Rentang yang dianjurkan adalah 7 sampai 12 volt. Pin listrik yang tersedia adalah sebagai berikut :
1. Vin. Input tegangan ke board Arduino ketika menggunakan sumber daya eksternal.
2. 5V. Pin ini merupakan output 5V yang telah diatur oleh regulator papan Arduino. Board dapat diaktifkan dengan daya, baik dari stop kontak listrik DC (7-12V), konektor USB (5V), atau pin VIN board (7-12V). Jika anda memasukkan tegangan melalui pin 5V DAN 3V secara langsung (tanpa melewati regulator) dapat merusak papan Arduino.
3. Tegangan pada pin 3V3. 3.3Volt dihasilkan oleh regulator on-board.
Menyediakan arus maksimum 50 mA.
4. Gnd. Pin Ground 5. IOREF.
Pin ini memberikan tegangan referensi ketika mikroontroler beroperasi.
Sebuah shield yang dikonfigurasi dengan benar dapat membaca pin tegangan IOREF sehingga dapat memilih sumber daya yang tepat agar dapat bekerja dengan 5V atau 3.3V. Memori ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader) ATmega328 juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM. Masing-masing dari 14 pin digital di Arduino Uno dapat
digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 Ma dan memiliki internal pull-up resistor (Secara default terputus) dari 20-50 kΩ. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus yaitu :
1. . Serial. 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan
(TX) TTL data serial.
2. Eksternal menyela: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik ata turun, atau perubahan nilai.
3. PWM; 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan ouput PWM 8-bit dengan fungsi analogWrite ().
4. SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12(MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan SPI library.
5. LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai nilai HIGH, LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off.
Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas unutk berkomunkasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Arduino Uno dapat deprogram dengan perangkat lunak Arduino. Pilih Arduino Uno dari Tool lalu sesuaikan dengan mikrokontroler yang digunakan.
Pada ATmega328 pada Arduino Uno memiliki bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload program baru untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. Ini berkomunikasi menggunakan protocol dari bahasa C.
Sistem dapat menggunakan perangkat luak FLIP Atmel (Windows) atau programmer DFU (Mac OS X dan Linux) untuk memuat firmware baru Anda dapat menggunakan header ISP dengan programmer eksternal. Tombol reset arduino uno dirancang untuk menjalankan program yang tersimpan di dalam mikrokontroller dari awal. Tombol reset terhubung ke Atmega 328 melalui kapsitor 100nf. Setalah tombol reset ditekan cukup lama unruk me-reset chip, software IDE Arduino dapat juga berfungsi untuk meng-upload program dengan
hanya menekan tombol upload di software IDE Arduino. Arduino Uno memiliki polyfuse reset yang melindungi port USB komputer Anda dari arus pendek atau berlebih. Meskipun kebanyakan komputer memberikan perlindungan internal sendiri, sekering menyediakan lapisan perlindungan tambahan. Jika lebi dari 500 mA, sekering otomatis bekerja. Panjang maksimum dan lebar PCB masing- masing adalah 2,7 dan 2,1 inci, dengan konektor USB dan stop kontak listrik yang melampaui dimensi tersebut. Empat lubang sekrup memungkinkan board harus terpasang ke permukaan. Perhatikan bahwa jarak antara
pin digital 7 dan 8 adalah 0,16”, tidak seperti pin lainnya.
2.3 LDR (Light Dependent Resistor)
LDR singkatan dari Light Dependent Resistor adalah resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap. LDR juga merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperature negative, dimana resistansinya dipengaruhi oleh intrensitas cahaya. LDR dibentuk dari cadium Sulfied (CDS) yang mana CDS dihasilkan dari serbuk keramik. Secara umum, CDS disebut juga peralatan photo conductive, selama konduktivitas atau resistansi dari CDS bervariasi terhadap intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang diterima tinggi maka hambatan juga akan tinggi yang mengakibatkan tegangan yang keluar juga akan tinggi begitu juga sebaliknya disinilah mekanisme proses perubahan cahaya menjadi listrik terjadi. CDS tidak mempunyai sensitivitas yang sama pada tiap panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah.
Hal tersebut dinamakan karakteristik respon spectrum dan diberikan oleh pabrik.
CDS banyak digunakan dalam perencanaan rangkaian bolak-balik (AC) dibandingkan denagn photo transistor dan photo dioda.
Gambar 2.2 Skematik Sensor LDR
2.4 Sensor PIR (Passive Infra Red)
Sensor ini terbuat dari bahan Crystalline yang dapat membangkitkan sinyal elektrik ketika terdapat energi panas pada radiasi inframerah, energi panas tersebut dapat berasal dari panas tubuh manusia dan hewan dengan sinyal gelombang yang panjangnya dari 9.4µm. Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah.
Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini akan memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor Passive Infra Red (PIR) merupakan sebuah sensor yang biasa digunakan untuk mendeteksi keberadaan makhluk hidup dengan menangkap pancaran sinyal infra merah yang dikeluarkan tubuh manusia maupun hewan. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarakan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor ini biasa digunakan dalam perancangan detektor gerakan karena semua benda selalu memancarkan energi radiasi, maka sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda. Sensor ini akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima pada setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Bagian-bagian yang terdapat dalam sensor PIR sebagai berikut:
a. Lensa Frensel.
b. Penyaring infra merah.
c. Sensor Pyroelektrik.
d. Penguat amplifier.
e. Komparator.
Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar. Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal:manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra
merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. yang juga berfungsi untuk pendeteksi gerakan yang bekerja dengan cara mendeteksi adanya perbedaan/perubahan suhu sekarang dan sebelumnya. Sensor gerak menggunakan modul pir sangat simple dan mudah diaplikasikan karena Modul PIR hanya membutuhkan tegangan input DC 5V cukup efektif untuk mendeteksi gerakan hingga jarak 5 meter. Ketikatidak mendeteksi gerakan, keluaran modul adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH. Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik. Sensitifitas Modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak 5 meter memungkinkan kita membuat suatu alat pendeteksi gerak dengan keberhasilan lebih besar.Sensor PIR bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda di atas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 36-370C, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detector gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energy radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal : manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.
Gambar 2.3 Skematik Sensor PIR
PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Sesuai dengan namanya „Passive‟, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. 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. Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja 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. 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 7 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.
2.5 Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Secara umum sensor didefenisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal electrik baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal electrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, pergerakan dan sebagainya. Secara garis besar sensor dibagi menjadi dua bagian, yaitu sensor kimia dan sensor fisika. Sensor kimia adalah sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimia menjadi besaran listrikdan biasanya inimelibatkan beberapa reaksi kimia.
Yang termasuk ke dalam sensor kimia yaitu sensor PH, sensor gas, sensor ledakan, dan lain sebagainya. Sensor fisika adalah alat yang mampu mendeteksi suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Ada bebeapa sensor fisika yang kita kenal seperti sensor suhu, sensor jarak, sensor cahaya, sensor magnet, dan
lain sebagainya. HC-SR04 merupakan sensor ultrasonik yang dapat digunakan untuk mengukur jarak antara penghalang dan sensor. Sensor ini mampu mendeteksi jarak tanpa sentuhan langsung dengan akurasi yang tinggi dan pembacaan yang stabil. Sensor ini sudah tersedia modul trasmitter dan receiver gelombang ultrasonik. Berikut ini spesifikasi dari sensor HC-SR04.
Gambar 2.4 Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
2.6 LED (Light-Emitting Diode)
Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat. Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan – elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Pada dasarnya LED itu merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memencarkan cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Gambar 2.5 LED (Light-Emitting Diode)
Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk 8 sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).
Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda.
Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa
LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah. Riset-riset mutakhir menunjukkan hasil menggembirakan. Kini LED mampu menghasilkan cahaya besar dengan konsumsi energi listrik (tetap) kecil.
Berita terakhir adalah ditemukannya OLED (Organic LED) oleh para ilmuwan di University of Michigan dan Princeton University. Temuan ini sukses menghasilkan cahaya dengan intensitas 70 Lumen setiap 1 watt listrik yang digunakan. Sebagai perbandingan, lampu pijar memancarkan 15 lumen per watt, dan lampu fluoroscent (misalnya lampu jantung) memancarkan 90 lumen per watt.
Keunggulan LED dibanding lampu fluoroscent adalah ramah lingkungan, cahaya tajam, umur panjang, dan murah. Sebelum OLED ditemukan, persoalan yang dihadapi para ahli LED adalah rendahnya efisiensi LED. Bukan karena cahaya yang dihasilkan sedikit, tapi karena sekitar 80% cahaya terperangkan di dalam LED. Sebagai solusi, desain LED menggunakan kombinasi kisi dan cermin berukuran mikro, bekerja bersama-sama memandu cahaya yang terperangkap di dalam LED keluar.
2.7 Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loudspeaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Gambar 2.6 Buzzer 2.8 Relay
Pengertian Relay Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relai merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik.
Gambar 2.7 Relay 2.9 Adaptor
Adaptor adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC (arus bolak-balik) yang tinggi menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah. Seperti yang kita tahu bahwa arus listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dll, adalah arus listrik dari PLN ( Perusahaan Listrik Negara ) yang didistribusikan dalam bentuk arus bolak-balik atau AC. Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan hampir sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya. Oleh karena itu diperlukan sebuah alat atau rangkaian elektronika yang bisa merubah arus dari AC
menjadi DC serta menyediakan tegangan dengan besar tertentu sesuai yang dibutuhkan. Rangkaian yang berfungi untuk merubah arus AC menjadi DC tersebut disebut dengan istilah DC Power suply atau adaptor. Seperti pada Gambar 2.9. Rangkaian adaptor ini ada yang dipasang atau dirakit langsung pada peralatan elektornikanya dan ada juga yang dirakit secara terpisah. Untuk adaptor yang dirakit secara terpisah biasanya merupakan adaptor yang bersipat universal yang mempunyai tegangan output yang bisa diatur sesuai kebutuhan, misalnya 3 Volt, 4,5 Volt, 6 Volt, 9 Volt,12 Volt dan seterusnya. Namun selain itu ada juga adaptor yang hanya menyediakan besar tegangan tertentu dan dipetuntukan untuk rangkaian elektronika tertentu misalnya adaptor laptop dan adaptor monitor.
Gambar 2.8 Adaptor
BAB 3
PERANCANGAAN DAN IMPLEMENTASI
3.1 Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 Blok Diagram Lampu Jalan Otomatis
Adapun fungsi masing-masing blok diagram pada gambar 3.1 adalah sebagai berikut:
1. Blok Sensor LDR : Sebagai pembaca intensitas cahaya
2. Blok Sensor PIR : Sebagai pendeteksi kehadiran objekatau kendaraan 3. Blok Sensor HC-SR04 : Sebagai pengukur jarak
4. Blok Arduino Uno : Sebagai pengontrol, penerima dan pengolah data dalam sistem elektronika.
5. Blok LED : Sebagai output tampilan.
Mikrokontroller Arduino Uno PIR
LED LDR
HCSR-04
3.2 Flowchart Sistem
Gambar 3.2 Flowchart Sistem START
Baca Sensor HC-SR04
LDR dalam
keadaan gelap Lampu Off
Lampu On
END Sensor PIR mendeteksi gerakan
Tidak Ya
Tidak
Ya
3.3 Gambar Rangkaian
3.3.1 Gambar Rangkaian Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet).
Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal,koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC. Skematik rangkaian arduino seperti pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Uno
3.3.2 Gambar Rangkaian Arduino dengan Sensor PIR dan HC-SR04
Sensor gerak menggunakan modul pir sangat simpel dan mudah diaplikasikan karena Modul PIR hanya membutuhkan tegangan input DC 5V cukup efektif untuk mendeteksi gerakan hingga jarak 5 meter. Ketika tidak mendeteksi gerakan, keluaran modul adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH. Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik. Sensitifitas Modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak 5 meter memungkinkan kita membuat suatu alat pendeteksi gerak dengan keberhasilan lebih besar. Sensor PIR bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda di atas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 36 - 37 0C, yang merupakan suhu panas yang khas
yang terdapat pada lingkungan. Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detector gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energy radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal : manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.
HC-SR04 merupakan sensor ultrasonik yang dapat digunakan untuk mengukur jarak antara penghalang dan sensor. Sensor ini mampu mendeteksi jarak tanpa sentuhan langsung dengan akurasi yang tinggi dan pembacaan yang stabil. Sensor ini sudah tersedia modul trasmitter dan receiver gelombang ultrasonik. Berikut ini spesifikasi dari sensor HC-SR04.
Gambar 3.4 Rangkaian Arduino dengan Sensor PIR dan HC-SR04
3.3.3 Gambar Rangkaian Arduino dengan LDR
. LDR juga merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperature negative, dimana resistansinya dipengaruhi oleh intrensitas cahaya. LDR dibentuk dari cadium Sulfied (CDS) yang mana CDS dihasilkan dari serbuk keramik.
Secara umum, CDS disebut juga peralatan photo conductive, selama konduktivitas
atau resistansi dari CDS bervariasi terhadap intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang diterima tinggi maka hambatan juga akan tinggi yang mengakibatkan tegangan yang keluar juga akan tinggi begitu juga sebaliknya disinilah mekanisme proses perubahan cahaya menjadi listrik terjadi. CDS tidak mempunyai sensitivitas yang sama pada tiap panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah. Hal tersebut dinamakan karakteristik respon spectrum dan diberikan oleh pabrik. CDS banyak digunakan dalam perencanaan rangkaian bolak-balik (AC) dibandingkan denagn photo transistor dan photo dioda.
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino dengan LDR
3.3.4 Gambar Rangkaian Arduino dengan LED
Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. Menyusun LED
dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju(Vf) yang berbeda.
Gambar 3.6 Rangkaian Arduino dengan LED
3.3.5 Gambar Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3.6 adalah gambar keseluruhan rancang bangun lampu jalan otomatis hemat energi berbasis mikrokontroler arduino uno. Dengan memanfaatkan Arduino Uno sebagai pengatur setiap komponen yang digunakan.
Sensor PIR untuk jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.
Gambar 3.7 Rangkaian Keseluruhan
3.4 Rangkaian Layout PCB
Langkah-langkahPembuatan PCB RangkaianKeseluruhanSistem
1. Pembuatan rangkaian menggunakan aplikasi EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout Editor), merupakan sebuah aplikasi untuk mendesain skematik elektronika maupun PCB (Printed Circuit Board).
2. Buka aplikasi eagle, kemudian klik file →New. Maka akan muncul lembar skematik kerja eagle yang baru.
3. Klik ikon Add , yang berfungsi untuk mencari symbol komponen- komponen elektronika yang dibutuhkan. Adapun komponen elektronika yang digunakan yaitu :
Arduino Uno
PIR
Buzzer
Symbol GND dan VCC
4. Setelah semuanya terhubung, Klik ikon switch to board
5. Kemudian masukkan semua komponen kedalam kotak yang telah disediakan dan susunlah sesuai dengan keinginan agar terlihat rapi.
6. Klik ikonRoute , yang menghubungkan komponen satu kekomponen lainnya. Seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.8 Rangkaian PCB pada Software Eagle
7. Kemudian klik ikon polygon , berfungsi mengotaki daerah yang akan
di cetak. Kemudian klik ikon change , berfungsimengatur isolate
danwidth. Dan klik ikon ratsnest dan untuk mengatur gambar.
8. Maka gambar rangkaian siap untuk dicetak.
9. Kemudian sebelum hasil print di gosokkan ke PCB, bersihkan PCB terlebih dahulu menggunakan kertas pasir sampai betul-betul bersih agar kertas mudah menempel ke PCB.
10. Borlah PCB tersebut dan susunlah komponen sesuai dengan tempatnya.
Setelah itu, solder lah seluruh komponen dengan rapi dan benar agar rangkaian dapat menyala. Selesai.
Gambar 3.9 Rangkaian PCB
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan 4.1.1 Pengujian Sensor LDR
Naik turunnya nilai hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterima oleh sensor LDR.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor LDR
Kondisi Nilai Hambatan
Dalam kondisi gelap 200 Kilo Ohm (kΩ) Dalam kondisi terang 500 Ohm (kΩ)
4.1.2 Pengujian Sensor PIR
Pengujian sensor PIR dilakukan dengan cara pengukuran output pin arduino uno. Berikut tabel pengujian sensor PIR :
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor PIR
Kondisi Output Sensor
Jika tidak ada gerakan 0
Jika ada gerakan 1 diatas 3,3 volt
4.1.3 Pengujian Sensor HCSR-04
Pengujian sensor HC-SR04 dengan radar ultrasonik dimana jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek.
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor HCSR-04 Jarak Objek (cm) Sensor HCSR-04 (cm)
1 1
2 2
3 3
4 4
4.1.4 Pengujian Sistem Alat Keseluruhan
Pengujian sistem alat keseluruhan berjalan dengan baik, seperti pada tabel dibawah menunjukkan hasil dari pengujian sistem alat keseluruhan.
Tabel 4.4 Pengujian Sistem Alat Keseluruhan
Kondisi Disaat Terang Disaat Gelap
Sensor PIR Lampu Sensor PIR Lampu
Terdeteksi Gerakan 1 Mati 1 Hidup
Tidak Terdeteksi Gerakan 0 Mati 0 Mati
4.2 Software keseluruhan sistem int LDR = 11;
intsensorValue = 0;
constint TRIG_PIN = A1;
constint ECHO_PIN = A0;
constint TRIG_PIN1 = A3;
constint ECHO_PIN1 = A2;
constint TRIG_PIN2 = A5;
constint ECHO_PIN2 = A4;
constint inputPin1 =8;
constint inputPin2 =9;
constint inputPin3 =10;
int lamp1b = 6;
int lamp2b = 4;
int lamp3b = 2;
int lamp1a = 3;
int lamp2a = 5;
int lamp3a = 7;
int relay = 12;
int value1 =0;
int value2 =0;
int value3 =0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(TRIG_PIN,OUTPUT);
pinMode(ECHO_PIN,INPUT);
pinMode(TRIG_PIN1,OUTPUT);
pinMode(ECHO_PIN1,INPUT);
pinMode(TRIG_PIN2,OUTPUT);
pinMode(ECHO_PIN2,INPUT);
pinMode(inputPin1,INPUT);
pinMode(inputPin2,INPUT);
pinMode(inputPin3,INPUT);
pinMode(lamp1b, OUTPUT);
pinMode(lamp2b, OUTPUT);
pinMode(lamp3b, OUTPUT);
pinMode(lamp1a, OUTPUT);
pinMode(lamp2a, OUTPUT);
pinMode(lamp3a, OUTPUT);
pinMode(relay, OUTPUT);
pinMode(LDR,INPUT);
}
void loop() {
long duration, distanceCm;
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
duration = pulseIn(ECHO_PIN,HIGH);
distanceCm = duration / 29.41 / 2 ; Serial.print(distanceCm);
Serial.println(" CM");
long duration1, distanceCm1;
digitalWrite(TRIG_PIN1, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_PIN1, HIGH);
delayMicroseconds(10);
duration1 = pulseIn(ECHO_PIN1,HIGH);
distanceCm1 = duration1 / 29.41 / 2 ; Serial.print(distanceCm1);
Serial.println(" CM");
long duration2, distanceCm2;
digitalWrite(TRIG_PIN2, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_PIN2, HIGH);
delayMicroseconds(10);
duration2 = pulseIn(ECHO_PIN2,HIGH);
distanceCm2 = duration2 / 29.41 / 2 ; Serial.print(distanceCm2);
Serial.println(" CM");
sensorValue = digitalRead(LDR);
Serial.println(sensorValue);
if (distanceCm<= 12) { digitalWrite(lamp1b, HIGH);
} else {
digitalWrite(lamp1b, LOW);
}
if (distanceCm1 <= 12) { digitalWrite(lamp2b, HIGH);
} else {
digitalWrite(lamp2b, LOW);
}
if (distanceCm2 <= 12) { digitalWrite(lamp3b, HIGH);
} else {
digitalWrite(lamp3b, LOW);
}
if (sensorValue>= 1) { digitalWrite(relay, HIGH);
} else {
digitalWrite(relay, LOW);
}
int value1= digitalRead(inputPin1);
if (value1)
{digitalWrite(lamp1a, HIGH);}
else
{digitalWrite(lamp1a , LOW);}
int value2= digitalRead(inputPin2);
if (value2)
{digitalWrite(lamp2a, HIGH);}
else
{digitalWrite(lamp2a, LOW);
int value3= digitalRead(inputPin3);
if (value3)
{digitalWrite(lamp3a, HIGH);}
else
{digitalWrite(lamp3a, LOW);
}
4.3 Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis
Pengujian akan menggabungkan semua sistem dan berjalan secara otomatis dengan program yang telah dimasukkan ke dalam Arduino Uno. Seperti gambar 4.2
Gambar 4.1 Lampu Jalan Hemat Energi Otomatis
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pembahasan tentang tentang Rancang Bangun Lampu Jalan Otomatis Hemat Energi Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno, maka diambil kesimpulan :
1. Prototype Lampu Jalan ini berbasiskan mikrikontroler Arduino Uno
2. Dengan adanya sistem ini, maka dapat memperkecil penghabisan daya energi listrik.
3. Dengan adanya perancangan lampu jalan otomatis ini, energi yang dikeluarkan hanya digunakan seperlunya saja sesuai kebutuhan.
5.2 Saran
Dalam membuat prototype lampu jalan hemat energi otomatis berbasis arduino uno, sensor HC-SR04, LDR dan PIR sensor ini masih memiliki banyka kekurangan serta harus dikembangkan lebih lanjut kea rah yang lebih baik.
Beberapa saran untuk meningkatkan kualitas dan fungsional dari sistem ini, yaitu:
1. Menggunakan mikrokontroler dengan spesifikasi yang lebih besar untuk mendukung kinerja sistem yang lebih baik.
2. Menggunakan sistem keamanan.
3. Alangkah lebih baik dikembangkan dengan menggunakan konsep IoT (Internet of Thing) sehingga kondisi lampu jalan ini bias termonitoring via internet.
DAFTAR PUSTAKA
Dunia Elektro. 2016. “Led Super Bright 10mm Putih” [online]
(http://duniaelektro.com/product_info.php/led-super-bright-10mm-putih-p- 1810) diakses pada 03 Mei 2019.
Kadir Abdul. 2013. “Panduan Praktis Mempeajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino”. Yogyakarta: Andi
Putri. N. 2018. “Laporan Proyek Lampu Jalan Otomatis Mata Kuliah Sensor Dan Tranduser”diakses pada tanggal 20 juli 2019
Rakasiwi, Galih. 2014. “PROTOTYPE PENGONTROLAN LAMPU DENGAN ANDROID BERBASIS ARDUINO VIA WIFI” Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah, Surakarta
Sudirman H, et all. 2010. “LAMPU PENERANGAN PINTAR HEMAT ENERGI”Universitas Diponegoro, Semarang
Susanto Indra. 2018. “Microcontroler Menguasai Arduino”. Yogyakarta:
Teknosain
Syahwil Muhammad. 2013. “Panduan Mudah Simulasi & Praktik Mikrokontroler Arduino”. Yogyakarta: CV ANDI OFFSET Halaman: 39-45 dan 53-87
Zhang, Jane. 2016. “Nanyang Senba Optical and Electronic Co Ltd” diakses pada tanggal 19 juli 2019
