RANCANG BANGUN ALAT UKUR INTENSITAS CAHAYA BERBASIS KOMPUTER
1,2)Wawan Kurniawan, 2)Ahmad Marzuki 1Jurusan Pendidikan Fisika IKIP PGRI Semarang. 2PS Fisika Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta
Artikel ini berisi hasil penelitian pembuatan alat ukur intensitas cahaya berbasis komputer. Penelitian ini mengukur intensitas cahaya yang berasal dari laser Helium Neon dengan panjang gelombang 632,8nm produksi Uniphase dengan menggunakan sensor LDR (Light depend Resistor) berjenis CdS (Cadmium sulfat). Dalam artikel ini akan dibahas cara
kerja perangkat keras dan perangkat lunak yang telah dibangun peneliti. Perangkat keras berupa skema rangkaian antarmuka besaran analog ke besaran digital dengan mengunakan IC jenis ADC0809 produksi National Semikonduktor. Sedangkan pembuatan perangkat lunak
menggunakan Delphi 7 dengan sisipan code bahasa assembly. Hasil penelitian menunjukkan rangkaian antarmuka elektronik yang dibagun dapat mengkonversi data analog ke digital dengan fariabel pengubah tegangan referensi, sedangkan perangkat lunak yang dibangun mampu melakukan pengontrolan sampling data, komunikasi IC ADC0809 dan menampilkannya secara real time dalam bentuk listbox dan grafik bergerak.
PENDAHULUAN
Aplikasi sensor fiber optic yang bekerja dengan memodulasi intensitas cahaya yang melaluinya dalam dunia modern saat ini sudah tidak dapat dihitung jumlahnya [1,2]. Cahaya adalah salah satu bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik, berbagai jenis gelombang elektromagnetik hanya berbeda dalam panjang gelombang dan frekuensi. Partikel – partikel cahaya disebut foton dengan energi diskrit yang sebanding dengan frekuensi [3]. Pengembangan
teori kuantum atom dan molekul menuntun pemahaman emisi dan absorbsi cahaya oleh materi.
Radiometry adalah salah satu ilmu untuk mengukur radiasi gelombang elektromaknetik. Energi
radiasi Qe (J = joules), kerapatan energi radiasi we (J/m3) dan flux radiasi Φe (W = watts = J/s) sedangkan emisi kerapatan fluk radiasi (radiant exitance) Me pada sebuah permukaan diukur dalam W/m2, sedangkan kerapatan fluk radiasi yang datang pada sebuah permukaan disebut
irradiance, Ee. Emisi fluk radiasi Φe per unit dari sudut oleh titik sumber (Ie) disebut intensitas radiasi [4].
Light depend resistor (LDR) murupakan sebuah sensor yang mempunyai fungsi
resistansi bergantung cahaya yang dapat digunakan untuk mengukur intensitas cahaya [5] sedangkan microprosesor yang tertanam dalam komputer memiliki system I/O yang dapat
dikontrol lewat perangkat lunak [6]. Komputer memiliki sistem I/O yang dapat di akses lewat printerport dari konektor Db-25, dengan 8 bit data, 4 bit control dan 5 bit sebagai status baca data [7]. Komputer mempunyai kemampuan simpan data dan tampilan real time yang dapat didesain secara mandiri maka kami sebagai peneliti ingin mambuat sebuah desain rangkaian dan membangun menjadi sebuah perangkat ukur untuk mendeteksi intansitas cahaya.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Optika dan Photonika Jurusan Fisika Universitas Sebelas Maret pada bulan Oktober 2010. Berikut bahan yang kami gunakan ICADC0809, IC74LS157, IC74LS14, IC74LS393, LM7805, LM7812, R : 10KΩ,1KΩ, trimer 10KΩ, LDR, C :1000uF, 100pF, 100uF, 10uF, Db-25 konektor, PCB, Acrylic 5mm, kabel pelangi. Alur kerja kami tunjukkan dalam bagan seperti pada Gambar 1 :
Persiapan Pembuatan Kalibrasi
perangkat lunak Rancang bangun
rangkaian antaramuka
Pengambilan data Simpulan
Gambar 1. Alur kerja penelitian
Penelitian ini diawali dengan mempersiapkan semua alat dan bahan, berikutnya kami melakukan rancang bangun rangkaian antarmuka yang dapat melakukan konversi data tegangan 0V hingga 5V dengan resolusi 8 bit, yang kami tunjukkan pada gambar 2. Sedangkan pembuatan perangkat lunak hasilnya kami tunjukkan pada gambar 3.
Gambar 2. Rangkaian antarmuka intensitas cahaya dengan komputer
Gambar 3. Tampilan perangkat lunak
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 4, 5 dan 6 adalah data penelitian yang ditampilkan dalam bentuk grafik dengan sumbu horizontal adalah waktu dan vertikal adalah tegangan yang mengindikasikan intensitas cahaya. Ketika laser dimatikan maka muncul data intensitas rendah, berikutnya laser dinyalakan lalu muncul data intensitas tinggi.
Gambar 4. Data I laser dinyalakan dan dimatikan tiga kali
Gamabar 5. Data II laser dinyalakan dan dimatikan dua kali
Gamabar 6. Data III laser dinyalakan dan dimatikan empat kali
Penelitian ini mengunakan LDR sebagai sensor cahaya, LDR adalah sebuah resistor yang mengalami perubahan harga resistansi jika intensitas cahaya berubah. Faktor inilah yang digunakan peneliti untuk membuat sistem sensor cahaya ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Sistem pembagi tegangan
Sistem pembagi tegangan akan mempunyai tegangan yang berubah jika ada perubahan dari nilai resistansi R1 atau R2 mengikuti persamaan sebagai berikut :
V R R R Vo *5 2 1 2 + = . . . (1)
R2 selalu berharga tetap, maka hanya R1 yang mengubah tegangan Vo mengikuti perubahan intensitas cahaya. Sistem ini akhirnya membentuk sistem sensor, jika ada perubahan intensitas cahaya maka Vo sebagai keluaran data yang berubah pula mengikuti kelinearitas intensitas cahaya. Berikutnya keluaran Vo masuk ke sistem
analog digital converter (ADC0809) pada pin IN0. ADC ini di kontrol oleh sistem I/O
komputer lewat printerport dengan menggunakan bahasa pemrograman Delphi 7 yang kami sisipi code assembly sebagai berikut :
asm mov dx,$378 mov ax,0 out dx,ax mov dx,$37A mov ax,0 out dx,ax mov dx,$37A mov ax,$01 out dx,ax mov dx,$37A mov ax,$0 out dx,ax end; sleep(1); asm mov dx,$37A mov ax,$08 out dx,ax mov dx,$379 in al,dx and al,$F0 shr al,4 mov z,al mov dx,$37A mov ax,$8C
out dx,ax mov dx,$379 in al,dx and al,$F0 or z,al xor z,$88 end; hu:= ((z * (19.6))/50);
Sistem kerja rangkaian antarmuka (gambar 2) sebagai berikut : tegangan yang akan di konversi ada pada pin INO selanjutnya pin start dan ALE (addres latch enable) kita beri
logika 1-0-1 secara bersamaan, hal ini menyebabkan ADC akan mengkonversi IN0, langkah berikutnya sistem komputer kita hentikan selama 1 millidetik sengan perintah sleep(1). Berikutnya pin OE (output enable) kita beri logika 1 untuk mengeluarkan data
yang ada pada ADC. Teknik pengeluaran data 8 bit dengan membagi data per empat bit oleh IC 74LS157 yang selanjutnya masuk ke printerport lewat status.
Penelitian ini mengambil tiga data dari laser Helium Neon produksi Uniphase dengan panjang gelombang 623,8 nm pada jarak 41,25 cm. Pengambilan data dilakukan dalam kondisi ruanga gelap, pertama laser dalam kondisi mati untuk beberapa saat, kemudian laser dinyalakan untuk waktu tertentu berikutnya laser dimatikan lagi. Hal ini diulang sampai tiga kali. Hasil yang ingin dibagikan secara umum adalah munculnya data tinggi sekitar 0,02 V sampai 0,03 V untuk pertama kali LDR dikenai oleh laser, yang selanjutnya data menurun secara perlahan dan stabil, hal ini menarik peneliti dan kami belum memperoleh jawaban mengapa fenomena ini muncul, perkiraan peneliti adalah hentakan energi kinetik foton yang pertama membuat konduktansi lebih tinggi sehingga arus yang turun kebawah semakin banyak hingga mencapai tingkat kestabilannya. Penelitian ini sebenarnya langkah awal dari penelitian kami secara makro yang ingin membetuk sistem ukur pergeseran dalam orde mikro menggunakan fiber optic. Ketiga data yang kami peroleh mempunyai ciri atau tren yang sama dimana semua data ada disekitar kisaran dua volt dan mempunyai stabilitas yang baik. Ini membuktikan peralatan kami secara kasar dapat kami tingkatkan untuk digunakan dalam penelitian lanjutan kami dengan perbaikan di sistem perangkat keras dan lunak. SIMPULAN
Penelitian ini sebenarnya belum dapat membuktikan apa – apa, tetapi ini langkah kecil kami untuk membuat alat ukur intensitas cahaya berbasis computer. Ada beberapa hal yang yang dapat kami tarik simpulan pertama sitem perangkat keras ternyata sudah dapat bekerja dengan sistem I/O computer dari printerport dengan menggunakan pemrograman Delphi 7 dengan sisipan bahasa assembly. Kedua muncul fenomena menarik dimana data awal selalu memperlihatkan data lebih tinggi sekitar 0,03 V hingga 0,02 V setelah itu stabil dan hal ini akan kami teliti lebih lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Fu, Y., Di, H., and Liu., R., Light intensity modulation fiber-optic sensor for curvature measurement, Optics & Laser Technology Volume 42, Issue 4, June 2010, Pages 594-599.
[2] E. De La Rosa – Cruz, V. Aboites, Micro-bending fiber optic sensor for micro- displacement measurement, Revista mexicana de fesica 41, No. 6, 1995, Pages 890 - 896
[3] Tipler, P.A, 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik, edisi 3, (diterjemahkan oleh:
Bambang Soegijono), Erlangga, Jakarta.
[4] Frank L. Pedrotti, Leno S.Pedrotti, 1993. Introduction to Optics on second edition,
Prentice Hall, New Jersey
[5] Manoj Sharma, Arun Grover, Pankaj Bande, 2009, Low Cost Sensors for General
Applications. International Journal of Recent Trends in Engineering, Vol. 1, No. 5,
India.
[6] Widodo Budiharto, 2004, Interfacing Komputer dan Mikrokontroler, Elekmedia komputindo, Jakarta.
[7] Barray B. Brey , 2001, Mikroprosesor Intel, edisi 5, (diterjemahkan oleh : N.R.
