PERBANDINGAN ALGORITMA FUZZY DALAM PENGENDALIAN INTENSITAS CAHAYA LAMPU BERBASIS MIKROKONTROLER
Gita Savitri Putri¹, Maman Abdurohman², -³
¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom Abstrak
Hampir seluruh dunia pasti menggunakan energi listrik untuk daya penggunaan lampu. Maka dari itu dibutuhkan sistem pengendalian secara otomatis dengan memanfaatkan suatu alat elektronika yaitu Embedded System berbasis mikrokontroler.Sebenarnya penggunaan lampu otomatis sudah diterapkan pada beberapa tempat atau lokasi, namun penggunaanya belum terlalu efektif dalam konsumsi daya listriknyaMaka dari itu, dilakukan penelitian dalam membuat sistem kontrol penggunaan lampu dengan memanfaatkan algoritma pemrograman fuzzy berbasis mikrokontroler agar dapat menyesuaikan kebutuhan intensitas cahaya yang diperlukan sehingga penggunaan daya listrik nya lebih optimal dan efisien.
Penelitian ini menerapkan implementasi sistem kontrol dengan menggunakan Light Dependent Resistor (LDR) sebagai sensor penerima input cahaya, mikrokontroler ATMega16 yang
ditanamkan pemrograman fuzzy logic system berbahasa C dengan kombinasi metode inferensi dan difuzzifikasi yang berbeda-beda antara inferensi sugeno-mamdani dan defuzzifikasi weight-average method, height method, dan centroid method. Sistem penelitian ini diimplementasikan dengan sebuah rangkaian elektronika prototying sesuai kebutuhan.
Metode algoritma fuzzy dengan inferensi Sugeno dan defuzzifikasi Weight-Average Method akan menghasilkan hasil yang tepat guna sesuai kebutuhan sistem ini. Kemudian penggunaan sensor LDR (Light Dependent Resistor) dengan dibantu oleh mikrokontroler dapat secara efektif dan efisien dalam penggunaan lampu otomatis, sehingga dapat menghemat biaya penggunaan yang tidak perlu serta mengurangi eksploitasi energi listrik juga mempermudah kehidupan manusia.
Kata Kunci : Embedded System, Mikrokontroler, Lampu, Fuzzy Logic System
Abstract
Almost the whole world using electricity power to the lights. Thus the automatic control system needs to utilize an electronic device that is Embedded System based microcontroller. Actually the use of automatic light was applied to several places or locations, but its use hasn’t been too effective in the electrical power consumption. Therefore, carried out the research in making use of the light control system using a microcontroller-based fuzzy programming algorithm to control the light intensity requirements are necessary so that the use of power is more optimally and efficiently.
This research applied the implementation of control systems using Light Dependent Resistor (LDR) as a sensor receiver light input, ATMega16 microcontroller embedded system programming language C fuzzy logic and the combination of different inference and defuzzification method between Mamdani-Sugeno inference and defuzzification weight-average method, height method and centroid method. Research system is implemented by an electronic circuit prototying as needed.
Algorithms with fuzzy inference Sugen and defuzzification Weight-Average Method will produce the right results to fit the needs of this system. Then, use the sensor LDR (Light Dependent Resistor), assisted by the microcontroller can be effectively and efficiently in the use of
automated lighting, which saves the cost of the unnecessary use of energy and reduce electricity also facilitate the exploitation of human life.
1
1.Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini hampir semua teknologi atau sistem memanfaatkan energi listrik, padahal penggunaan energi listrik berlebih dapat merusak keseimbangan energi dunia [3]. Maka dari itu dengan semakin berkembangnya teknologi sekarang ini, sistem pengendalian peralatan listrik secara otomatis semakin banyak diminati dengan memanfaatkan suatu alat elektronika yaitu Embedded System dengan Mikrokontroler[1][13].
Lampu merupakan hal yang sering dianggap sepele namun sangat penting keberadaannya. Hal ini sangat diperlukan, karena hampir seluruh dunia pasti menggunakan energi listrik untuk daya penggunaan lampu, baik itu merupakan perusahaan atau pabrik besar sampai untuk rumah tangga. Apalagi jika telah banyak yang telah menggunakan lampu hemat energi, maka penghematan energi listrik dunia akan jauh sangat lebih efektif bahkan mungkin hingga 80% pengurangan [12].
Sebenarnya penggunaan lampu otomatis sudah diterapkan pada beberapa tempat atau lokasi, namun penggunaanya belum terlalu efektif karena lampu hanya dapat melakukan nyala dan mati saja [9][14]. Sedangkan ketika sensor mencapai kadar intensitas cahaya yang harus menyalakan lampu, lampu itu akan menggunakan seluruh daya yang dimilikinya oleh kapasitasnya, padahal sebenarnya tidak perlu digunakan semua itu sudah cukup nyalanya pada kondisi intensitas cahaya tersebut.
Maka dari itu, akan dilakukan penelitian dalam membuat sistem kontrol penggunaan lampu dengan pemrograman fuzzy berbasis mikrokontroler yang dapat menyesuaikan kebutuhan intensitas cahaya yang diperlukan sehingga penggunaan daya listrik nya lebih optimal dan efisien. Hal ini sehubungan juga dengan adanya peraturan pemerintah perihal penghematan energi listrik, khususnya penghematan dalam penggunaan tenaga listrik melalui sistem tata cahaya yang terdapat pada undang-undang nomor 13 pasal 4 ayat 3 tahun 2012.
1.2 Perumusan Masalah
Berangkat dari latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, permasalahan yang timbul dalam proses penelitian ini adalah :
1. Bagaimana membuat rangkaian yang dapat mensimulasikan proses kerja sensor, lampu, dan mikrokontroler berjalan dengan baik?
2. Seberapa cepat process execution timeprogram yang digunakan sejak menerima input dari LDR hingga menghasilkan output untuk mengatur perubahan intensitas cahaya dan daya lampu terjadi?
3. Bagaimana perancangan sistem fuzzyyang tepat untuk membuat sistem kontrol lampu otomatis ini optimal dan efisien?
4. Apakah fuzzy system pada mikrokontroler dapat menghasilkan output yang tepat sesuai input yang diterima?
5. Seberapa besar efisiensi penghematan energi yang dicapai dengan menerapkan sistem kontrol lampu dengan pemrograman fuzzy berbasis mikrokontroler?
1.3 Batasan Masalah
Agar permasalahan dalam penelitian ini tidak meluas, maka ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Sistem diimplementasikan pada environment rangkaian simulasi (prototype). 2. Untuk mengatur kinerja sistem, digunakan mikrokontroler ATMega16.
3. Bahasa pemrograman mikrokontroler yang akan digunakan ialah bahasa pemrograman C dengan menerapkan Fuzzy System.
4. Sensor yang akan digunakan adalah sensor LDR.
5. Sistem ini tidak berlaku pada ruangan tertutup atau tidak memiliki akses cahaya dari luar ruangan terbuka.
1.4 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Membuat sistem otomasisasi penggunaan lampu yang efektif dalam penggunaan daya listriknya dan nyaman dalam penerapan bagi user-nya.
2. Menganalisis dan membandingkan performansi pada compiler yang digunakan dalam pemrograman mikrokontroler mulai dari time process, program size, dan logika dari algoritma Fuzzy yang digunakan.
3. Menganalisis sistem, meliputi akurasi kesesuaian perubahan pada lampu dan intensitas cahaya yang diterima LDR, menghitung efisiensi penghematan penggunaan daya listrik lampu yang telah menggunakan sistem pengontrolan.
1.5 Hipotesis
Metode algoritma fuzzy dengan inferensi Sugeno akan menghasilkan hasil yang tepat guna sesuai kebutuhan sistem ini. Kemudian penggunaan sensor LDR (Light Dependent
Resistor) dengan dibantu oleh mikrokontroler dapat secara efektif dan efisien dalam
penggunaan lampu otomatis, sehingga dapat menghemat biaya penggunaan yang tidak perlu serta mengurangi eksploitasi energi listrik juga mempermudah kehidupan manusia.
3
1.6 Metode Penyelesaian Masalah
Metodologi penyelesaian masalah yang akan digunakan ialah sebagai berikut : 1. Studi Literatur
Pencarian referensi dan sumber-sumber layak serta pemahaman materi yang berkaitan dengan tugas akhir ini. Sumber referensinya meliputi materi yang berhubungan dengan sensor LDR (Light Dependence Resistor), mikrokontroler ATMega16, sistem otomatisasi lampu, sistem rangkaian, bahasa pemrograman C, logika fuzzy.
2. Analisis dan Perancangan Sistem.
Melakukan analisis kebutuhan dan perancangan fungsionalitas terhadap sistem otomatisasi lampu. Mulai dari perangkat yang dibutuhkan hingga algoritma yang digunakan pada mikrokontroler serta skenario pengujian yang akan dilakukan untuk menganalisis permasalahan-permasalahan yang akan diteliti.
3. Implementasi Perangkat Keras dan Perangkat Lunak
Pada tahap ini, akan dilakukan implementasi sistem yang terdiri dari:
a. Pembuatan rangkaian prototype sistem pengontrolan lampu dengan fungsionalitas yang dibutuhkan sesuai perancangan yang telah dibuat sebelumnya.
b. Pengkodean program mikrokontroler yang menerapkan beberapa algoritma fuzzy yang dibutuhkan.
4. Testing dan Analisa Hasil
a. Melakukan pengujian sesuai dengan skenario pengujian yang dirancang.
b. Melakukan pengamatan selama pengujian, terutama dalam parameter-parameter tertentu yang dibutuhkan.
c. Melakukan analisis perbandingan efisiensi penggunaan daya antara lampu yang tidak menggunakan sistem pengontolan dengan yang menggunakan pengontrolan. d. Melakukan analisis perbandingan performansi dari setiap algoritma fuzzy yang
digunakan.
5. Pengambilan kesimpulan dan penyusunan laporan Tugas Akhir
Pada tahap ini akan diambil kesimpulan berdasarkan hasil pengujian dan analisis dan penyusunan laporan hasil penelitian berupa buku Tugas Akhir.
1.7 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan batasan masalah dari tugas akhir, metodologi yang digunakan dalam menyelesaikan tugas akhir ini serta sistematika penulisan buku tugas akhir.
BAB II Dasar Teori
Bab ini berisi penjelasan singkat mengenai konsep-konsep yang mendukung dikembangkannya sistem ini. Konsep-konsep yang digunakan untuk mendukung sistem ini adalah uraian mengenai keamanan informasi dengan sensor LDR (Light Dependence Resistor), Mikrokontroler,ATMega16, Iluminasi, Intensitas Cahaya,dan AlgoritmaLogika Fuzzy.
BAB III Analisis dan Perancangan Sistem
Bab ini berisi analisis kebutuhan sistem serta rancangan sistem secara terstruktur dimulai dari perancangan diagram sistem, simulasi, hingga implementasi perangkat keras dan perangkat lunak sesuai dengan perancangan dan tujuan pengerjaan tugas akhir ini.
BAB IV Implementasi dan Analisis Hasil Pengujian
Bab ini membahas mengenai pengujian hasil implementasi yang telah dilakukan pada bab III. Pengujian akan dilakukan dengan menghitung tingkat efisiensi dan akurasi sistem terhadap data-data yang didapatkan selama pengujian. Tahap pengujian ini kemudian dilanjutkan dengan tahap analisis hasil pengujian.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang didapat dari pelaksanaan tugas akhir ini dan saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan maupun pengembangannya lebih lanjut.
48
5. Kesimpulan dan Saran
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan analisis dan pengujian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Metode pengontrolan lampu secara otomatis dengan menerapkan pengunaan algoritma
fuzzy pada mikrokontroler terbukti meningkatkan efisiensi penghematan energi
sebanyak 35-45% persen dengan kedua sistem yang mengimplementasikan pemrograman fuzzy sugeno. Sedangkan implementasi fuzzy mamdani justru menghasilkan pemborosan eneri sebesar 10%.
2. Metode fuzzy dengan sistem inference Sugeno lebih baik dibandingkan dengan
Mamdani untuk kasus sistem yang menggunakan kontroler. Hal ini dikarenakan
sugeno memiliki sifat yang lebih efisien dalam komputasi dan cocok untuk pemodelan yang linier dan membutuhkan optimasi waktu.
3. Berdasarkan efisiensi energinya, fuzzy system yang menggunakan inference Sugeno dengan defuzzifikasi Height-Method memberikan hasil yang terbaik, yaitu sebesar 43,32%, tetapi dengan defuzzifikasi Weight-Averagedapat memberikan hasil yang lebih baik daripada Height Method. Hal ini dikarenakan Weight-Average memiliki hasil output fuzzy yang lebih beragam menyesuaikan dengan input yang diterima, sedangkan Height Method hanya memiliki hasil yang jelas dan pasti pada setiap range aturan tertentu yang menyebabkan terjadinya perubahan nilai yang ekstrim pada rentang tertentusehingga dapat menyebabkan ketidaknyamanan pada user.
4. Fuzzy system menggunakan metode inference Sugeno dan defuzzifikasi Height
Method memberikan hasil yang paling cepat dibandingkan kedua metode lainnya. Hal
ini dikarenakan algoritmanya paling simpel sehinggaproses komputasinya paling cepat dibandingkan yang lain.
5.2 Saran
Sistem ini masih banyak kekurangan dalam segi desain rangkaian eletronika yang digunakan. Saran kedepannya ialah agar sistem ini dapat diperbaiki dan ditambahkan lagi rangkaian elektronika yang menunjang sistem agar dapat melakukan pengontrolan dengan lebih mulus dan baik. Pengembangan dari ketiga algoritma yang digunakan dalam pemrograman agar lebih dapat menghasilkan perubahan yang lebih akurat pada cahaya lampu, karena hal tersebut hanya dapat dilakukan dengan pengujian dan perbaikan lebih mendalam.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Daftar Pustaka
[1] A. Goswami, T. Bezboruah dan K.C. Sarma. 2009. Design of An Embedded System for Monitoring and Controling Temperature and Light.
[2] ATMEL Corporation. 2010. ATMEGA16 - 8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash (Data Sheet).
[3] Eksploitasi Energi Listrik. http://jdfi.co.id/greenfestival/GreenFest08-rkeluarga.php. Diakses tanggal 4 Desember 2011.
[4] Light Dependent Resistors Data Sheet. Maret 1997.
[5] Gridling, G¨unther dan Weiss, Bettina. February 26, 2007. Introduction to Microcontrollers.
[6] Guney, K and Sarikaya, N. 2009. Comparison of Mamdani and Sugeno Fuzzy Inference System Models for Resonance Frequency Calculation of Rectangular Microstrip Antennas.
[7] Hadi, Mokh. Solihudin. 2003-2008. Mengenal Mikrokontroler AVR ATMega16. [8] Hanrahan, Pat. 2002. Illumination.
[9] Hermawan, Karnoto. Perancangan Software Aplikasi Optimasi Penataan Lampu PJU Sebagai Upaya Penghematan Biaya Energi Listrik.
[10] Kodak Professional. Oktober 1999. Estimating Luminance and Illuminance With Reflection-Type Exposure Meters and and 18% Neutral Test Card.
[11] Krisdayanto, Didik. Embedded Web Server Dalam Microcontroller Untuk Sistem Kendali Rumah.
[12] Lampu Hemat Energi VS Lampu Pijar. http://prestylarasati.wordpress.com/2008/03/30/lampu-hemat-energy-vs-lampu-pijar/. Diakses tanggal 6 Desember 2011.
[13] M.A. Wazed, N. Nafis, M. T. Islam and A. S. M. Sayem. Juni 2010. Design and Fabricatio of Automatic Street Light Control System.
[14] Supatmi, Sri. Pengaruh Sensor LDR Terhadap Pengontrolan Lampu. [15] Suyanto. (2007) Artificial Intelligence. (Informatika Bandung, Bandung)
