PENGOLAHAN SINYAL TERMAL DENGAN SENSOR UNTUK PENGATURAN SISTIM ELEKTRIK

(1)

PENGOLAHAN SINYAL TERMAL DENGAN SENSOR UNTUK

PENGATURAN SISTIM ELEKTRIK

ANWAR MUJADIN

1)

ARY SYAHRIAR

2)

1)

Staff Lab Elektro Universitas Al Azhar Indonesia

2)

Dosen Program Studi Teknik Elektro Universitas Al Azhar Indonesia

amujadin@uai.ac.id

Abstraksi

Sistim penghematan energi listrik dan sekaligus sebagai proteksi sebuah gedung masih belum populer saat ini, pada tulisan ini akan diterangkan bagaimana Phyroelectric sensor bekerja, bagaimana cara mengidentifikasi manusia dalam ruangan (human tracking) dan teknik menyadap modulasi remote kontrol untuk pengaturan Air Conditioner (AC).

Kata kunci :

Phyroelectric Sensor, human tracking, remote control spy.

I. Pendahuluan

Sejak diberlakukanya kenaikan Tarif Dasar Listrik (TDL) oleh pemerintah dua tahun yang lalu, masyarakat mulai berbondong-bondong menghemat energi yang satu ini, banyak cara yang dilakukan misalnya dengan memasang capacitor bank atau dengan cara yang sederhana yaitu

dengan mematihidupkan peralatan pada jam tidak diperlukan, dengan mengadopsi teknologi murah dibuatkan alat pengendali otomatis untuk pengaturan AC split ruangan.

Alat ini menggunakan Mikrokontroler AVR ATMega8535 dan Phyroelectric PIR325 thermal sensor sebagai pengendali utama dengan bahasan: 1. Pengidentifikasian dan analisa secara teoritis

terhadap parameter-parameter yang mempengaruhi coverage energy pada sensor

phyroelectric sebagai pengindra termal manusia. Kerapatan termal manusia dalam ruangan akan didefinisikan kemudian diproses oleh mikrokontroler untuk mengatur suhu ruangan (AC) yang sesuai dengan kerapatan manusia di dalam ruangan tersebut.

2. Membuat sampling dan menganalisa signal modulasi remote AC. Untuk menghemat penyimpanan data signal modulasi, data akan

di decode dan di simpanpan dalam permanen

memori. Signal kontrol yang dikirim ke AC harus di encode dan di modulasi dengan teknik

routing code modulasi, dimana frekuensi

carrier harus cocok dengan remote AC aslinya.

II. Defenisi Dari Infra Merah

Bila sebuah object dipanasi maka akan menyebarkan energi pada gelombang cahaya infra merah (hot spectrum area). Semua objek pada

suhu kamar menyebarkan energi pada spectrum cahaya infra merah, juga pada pada object yang didinginkan. Lebih tinggi suhu dari satu objek, maka lebih tinggi pula energi radiasi spektral

(emittance). Pada suhu kamar terjadi emittance

puncak pada panjang gelombang 10 µm. Matahari mempunyai suhu sebesar 59000_{K dengan puncak}

emittance pada panjang gelombang 0.53 µm memancarkan energy ultra violet berada jauh di luar daerah Infra merah [1].

IIa. Deteksi energi dan photon infra merah

Ada dua cara fundamental dalam mendeteksi Infra Merah, yaitu dengan mendeteksi energi dan foton. Detektor Energi merespon perubahan suhu akibat perubahan radiasi infra merah lewat perubahan sifat material. Sedangkan

e-Indonesia Initiative 2008 (eII2007)

Konferensi Teknologi Informasi dan Komunikasi untuk Indonesia 21-23 Mei 2008, Jakarta

(2)

detektor foton mendeteksi perubahan elektrik pembawa (carrier) lewat interaksi photon-photon

dan loncatan elektron. Contoh sensor energi infra merah banyak macam diantaranya: thermocouples, phyroelektrik, and termistor dan bimetal. Sedangkan contoh dari sensor photon adalah: Photovoltaic, Photoconductive, Extrinsic, dan Photo-emissive [1].

Gambar 1 dibawah ini memperlihatkan Energi radiasi spektral versus panjang gelombang

Gambar 1. Energi radiasi spektral versus panjang gelombang

IIb. Deteksi energi dan photon infra merah

Sensor pyroelectric dibuat dari satu bahan

crystalline yang menghasilkan satu muatan

elektrik permukaan ketika disinari radiasi infra merah (panas). Dalam sensor ini terpasang satu, dua atau empat element crystalline. Elemen sensor sangat sensitif terhadap jangkauan lebar radiasi sehingga diperlukan sebuah filter jendela untuk membatasi incoming radiasi. Bentuk sensor

phyroelectric dan simbol diperlihatkan pada Gambar 2 dibawah ini:

Gambar 2 Bentuk dan simbol phyroelectric sensor.

Pada Gambar 3. diperlihatkan berbagai macam jenis phyroelektric dengan filter jendela yang bervariasi dalam kemasan Transistor Outline 5 (TO5)

Gambar 3. Phyroelectric sensor dalam berbagai jenis jendela filter

Bila di representasikan sebagai arus yang melewati sensor akibat fluktuasi radiasi suhu menyebabkan perubahan suhu Tp maka:

IIc. Lensa Fresnel

Lensa Fresnel adalah sebuah lensa plano convex (plat) yang sudah di tipiskan, lensa Fresnel jenis FL65 dibuat dari suatu bahan yang bisa menyerap dan memfokuskan radiasi infra merah suhu badan manusia dengan jangkauan dari 8 sampai 14 µm. Gambar 4 memperlihatkan lensa Fresnel.

(a) (b) (c)

Gambar 4. (a) lensa presnel tampak samping, (b) lensa presnel tampak depan (c) penempatan lensa presnel dengan sensor

IId. Rangkaian Penguat Phyroelectric

Sinyal output dari phyroelectric akan dikuatkan dengan menggunakan 2 tingkat band pass filter OPrational AMPlifier (OPAMP) yang ditunjukan pada Gambar 5 dibawah ini [4]:

(3)

Gam 5. Rangkaian penguat dua tingkat guat tingkat pertama IC5D, dibentuk dari non

Out1 = (1+(R49+R50)/R48) (1)

= 6 _{40,2 k}

Penguat tingkat kedua IC5C, dibentuk dari peng

Out2 = ((P3+R55)/R21) (2)

= 3 kali ehingga total penguatan menjadi :

(3) 1576 kali

and Pass Filter (BPF) dirancang hanya untuk

Pada penguatan pertam dan penguatan kedua

oL = 1/(2π.C33.(R48)) (4)

.10 .1

foH = 1/(2π.C34.(R49+R50)) (5)

0-6 _{x 2 x 10}6₎

Ie. Rangkaian Komparator

Setelah melalui penguatan dan filter, tegangan

bar bandpass filter

Pen

inverting OPAMP sehingga di dapat persamaan matematis:

V

(1+2.10 /51.103_{) =} _ali

uat inverting OPAMP sehingga sinyal ouput akan terbalik 1800 _{dari sinyal inputnya, karena}

rangkaian menggunakan OPAMP dengan catu daya tunggal maka untuk menghindari output terpotong pada transisi negatif perlu tegangan bias sebesar ½ VCC di pin non inverting OPAMP [4]. persamaan matematis penguatan inverting menjadi:

V

= (2.106_/51.103₎ _9,2

S

VOut = VOut1.VOut2

= 40,2 . 39,2 =

B

mendeteksi pergerakan suhu manusia, pada respon antara low cutt off frekuensi (foL) dan high cut off frekuensi (foH) [5], seperti yang terlihat

pada Gambar 6.

Gambar 6. Bandpass filter amplifier

a

mempunyai konfigurasi band pass filter yang sama sehingga, setiap cutt off frekuensi dapat di hitung dari penguatan pertama dengan persamaan matematis : f = 1/(2 x 3.14 x 10 -6 _{x 51 0}3₎ = 1/(6.28x 51.10-2_{) = 0.31 Hz} = 1/(2 x 3,14 x 0.01 x 1 = 1/ (6.28 x 2.10-2_{) = 7,96 Hz.} I

output akan masuk kedalam rangkaian komparator, rangkaian ini mendeteksi input [5] tegangan diatas dan di bawah level tegangan yang telah di set seperti yang terlihat pada Gambar 7. Dibawah ini :

Gambar 7. Rangkaian Komparator

ada OPAMP IC5a, tegangan +3.3V referen

OPAMP IC5b, tegangan +1.7V rferens

P

si diletakan pada input positif terminal sehingga kalau tegangan listrik dari input negatif terminal adalah kurang dari +3.3V, maka keluaran adalah taraf tinggi (VCC) dan ketika tegangan listrik dari input negatif terminal menjadi lebih dari + 3.3V, keluaran menjadi taraf rendah (0 Volt).

Pada

i diletakan pada input negatif terminal sehingga kalau tegangan listrik dari input positif terminal lebih dari +1.7V, maka keluaran adalah

(4)

taraf tinggi (VCC) dan ketika ketika tegangan listrik dari input positif terminal menjadi kurang dari + 1.7 V, keluaran menjadi taraf rendah (0 Volt).

Time diagram dari input dan output dari kompa

Gambar 8 Time diagram t dan output

Gambar 9 Ilustrasi pendeteksi n sumber panas

II. REMOTE KONTROL

Pada se uah remote kontrol terdapat LED infra

Gam 10 Pembagian waktu logic ‘0’ dan ‘1’ mempunyai kontrol

Gambar 11 Deretan logika perintah sebuah remote r terlihat dari satu paket kontrol mem

trol

Dengan mengacu pada Gambar 2.25 akan

Gambar 12 Sampling data dengan 10µS ari Gambar 12 diatas untuk logika ’0’ akan menggunakan 10 bit memori, sedangkan untuk logika ‘1’ menggunakan 20 bit memori.

rator seperti yang ditunjukan dalam Gambar 8 dibawah ini .

inpu rangkaian komparator

Ilustrasi bagaimana sensor phyroelectrik mendeteksi sumber panas akan diperlihatkan pada Gambar 9 dibawah ini:

a oleh sensor PIR325

I

b

merah yang akan memancarkan cahaya (photon) yang dipancarkan dengan waktu yang sangat pendek dan kontinyu, untuk menghemat waktu pancar maka digunakan teknik modulasi dengan metode time division antra logic ’0’ dan

dan logic ’1’ seperti yang tertera pada Gambar 10 dibawah ini [6]:

bar

remote kontrol Setiap remote kontrol AC

perintah dengan deretan logika seperti tertera pada Gambar 11. dibawah ini :

AC Dari gamba

ilki 3 bit lead in, 1bit start pulse, 6 bit address, 8 bit control bits, 3bit led out sehingga total menjadi 20 bit. Deretan kode terus akan dipancarkan secara interval kontinu sampai keypad remote AC dilepas oleh pengguna [6].

IIIa. Sampling modulasi remote kon

dilakukan penyadapan sinyal modulasi dengan teknik sampling dari Preliminary pulse sampai

Stop pulse. Kecepatan frekuensi sampling sebesar

10µS oleh Mikrokontroler dengan timing menggunakan internal prescaler (timer) sehingga didapatkan data coding baru yang akan di simpan dalam memori, teknik sampling ini akan di jelaskan pada Gambar 12 di bawah ini:

(5)

IV.

ndalikan aranya oleh ebuah sensor suhu sebagai bahan umpan balik peng

r sebesar 10mV sebanding dengan kenaika

SENSOR SUHU RUANGAN

Suhu dalam ruangan yang telah dike oleh mikrokontroler, akan dicek keben s

endalian.

IC LM35 adalah sebuah sensor suhu pada temperature kamar -55o_C-150o_{C, outputnya berupa}

tegangan linea

n 0,25o_{C. sensor ini menggunkan arus}

kerja sebesar 60uA pada tegangan 5V dengan self heating (pemanasan sendiri) sebesar 0,08o_{C. IC ini}

tidak memerlukan kalibrasi luar dengan kemasan TO-92 paket transistor. Gambar 13 diperlihatkan rangkaian sensor suhu LM35.

Gambar 13 Sensor suhu dengan bypass filter. Satu port ADC ATMeg 8535 memiliki resolusi

pe n

pembacaan sebesar :

ila referensi ADC pada tegangan 2,5V (di set di esolusi = 2,5V/1024 step = 2,5 mV (7) isar antara -16 C-(21-16)+1/0,25)x10mV) / resolusi =

Sampling time berbanding terbalik dengan akin kecil sampling time ma semakin besar ruang coding, begitu juga

•

rubahan fluktuasi tegangan dc

•

mua pin positip

•

an utama terutama dengan

I. DAFTAR PUSTAKA .uk

a

mbacaan 10bit sehingga memiliki kemampua 10 bit ADC = 210_{= 1024 step pembacaan (6)}

B

internal mikrokontroler) maka: R

o

Kalau aktifasi AC ruangan berk 21o_{C maka total step pembacaan:}

((

240mV/2,5mV= 96 step (8)

V. KESIMPULAN •

ruang coding, sem ka

sebaliknya.

Phyroelectrik sensor PIR325 sangat sensitif terhadap pe

supply (ripple) dan memerlukan grounding yang bagus, sehingga pada proses pembuatan PCB, track PCB dibagian ini harus perlu diperhatikan inpendansinya.

Kapasitor by passfilter 100nF harus diletakan

sedekat mungin dengan se

komponen aktif seperti transistor atau Integrated Circuit (IC). Untuk menghindari pengaruh fluktuasi tengan supply yang datang secara tiba-tiba.

Sensor suhu ruangan LM35 harus diletakan jauh dari rangkai

bagian power supply dan penguat yang mudah mengeluarkan panas.

V

[1] www.cctv-information.co /

What is I rared Radiation ?

Shankar.pdf nf

[2] www.disp.duke.edu/publications/

Human-tracking systems using pyroelectric /focusdevices/focus.html Infrared sensor.

[3] www.glolab.com

Focusing devices for pyroelectric infrared ab.com/pirparts/infrared.html

Sensors

[4] www.glol

How Infrared motion detector work

PIR325 phyroelectric datasheet,2003, 1-12

[5] GLOLAB Corporation

[6] www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_pyro1.htm Circuit explanation for the infrared sensor

[7] www.sbprojects.com/knowledge/ir/itt.htm

Knowledge base remote control protocol

Pinsip-Prinsip Elektronika, edisi kedua

[8] Malvino dan Hanapi Gunawan Erlangga Jakarta, 1984, 171-192