RAY TRACER PENGUJIAN CAHAYA LED
B. M. Wibawa, I M. Joni, F. Faizal, V. Hutabalian, K. Heru dan C. Panatarani
Grup Riset Fenomena Transport dan Pemrosesan BahanJurusan Fisika Universitas Padjadjaran Jl. Singaperbangsa No 2 Bandung 40133
c.panatarani@unpad.ac.id
ABSTRAK
Telah berhasil dirancang bangung ray tracer pengujian cahaya LED yang mampu mengakuisisi data dan memvisualisasikan pola sebaran cahaya di permukaan LED. Alat tersebur dapat mengakuisisi data dengan resolusi 0,5o di sekitar permukaan LED dengan rentang sudut 0-180o. Rancang bangun alat tersebut terdiri atas perangkat detektor, modul akuisisi data, motor penggerak sensor dan komputasi. Detektor yang digunakan adalah sensor LDR. Modul akuisisi data terdiri dari rangkaian pengkondisi sinyal sensor, ADC0804, mikrokontroler AT89S51 dan jalur komunikasi RS-232. Sedangkan untuk memberi perintah, mengontrol kecepatan gerakan sensor, penerimaan data, penampilan data, penyimpanan data dan memvisualisasikan pola grafik data secara real time dibuat perangkat lunak dengan bahasa pemrograman visual basic. Hasil pengujian terhadap LED Luxeon Star/O dan Emitter memperlihatkan pola yang sama dengan datasheet dari kedua jenis LED tersebut. Pola hasil pengukuran Luxeon Star/O mengalami pergeseran lebar sudut pola sebaran cahaya rata-rata sejauh pada 20% relative intensitas, pada 60% dan pada80% relative intensitas.
o
15
o
7 6o
Kata kunci: LED, LDR, ray tracer
1. PENDAHULUAN
LED (Light Emitting Diode) merupakan komponen elektronik yang dapat mengemisikan cahaya. Saat ini LED digunakan bukan hanya untuk indikator dalam suatu rangkaian elektronik, namun lebih jauh penggunaan LED diarahkan pada sumber cahaya efisien pengganti lampu konvensional [1]. LED yang digunakan untuk sumber cahaya harus
memiliki pancaran cahaya yang merata di seluruh permukaannya. Sekilas cahaya yang dipancarkan terlihat memiliki intesitas pancar yang merata dipermukaan LED, namun jika dilihat secara teliti dan seksama sebaran distribusi pancaran cahaya LED tidaklah merata di permukaan LED. Untuk menganalisis pola sebaran cahaya LED, diperlukan alat karakterisasi yang mampu memvisualisasikan sebaran cahaya LED. Pada makalah ini akan diuraikan hasil perancangan dan pembuatan sistem pengukuran pola distribusi cahaya LED.
2. Metode Perancangan
Sistem pengukuran distribusi cahaya yang dibutuhkan bersifat fleksibel, portabel dan memiliki perangkat lunak antar muka yang mudah digunakan. Sistem instrumentasi dirancang berbasiskan PC agar mampu melakukan penyimpanan data, pendokumentasian dan untuk keperluan lainya. Rancangan sistem pengukuran distribusi cahaya LED diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem Alat Karakterisasi LED Mikrokontroler AT89S51 LDR Pengkondisi sinyal ADC 0804 Motor Stepper Komputer Perangkat Lunak Perangkat Lunak
Light Dependent Resistor)
LDR ( adalah komponen optoelektronik yang bersifat resistif, dimana nilai resistansi dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan LDR. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang memiliki dua buah elektroda pada permukaannya. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat gelap, LDR memiliki hambatan mencapai 2 MΩ. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Pada saat terang, LDR memiliki hambatan mencapai 10 KΩ.[2]
Pengkondisi sinyal dihubungkan dengan sensor LDR untuk menguatkan dan menstabilkan keluaran dari sensor LDR. ADC0804 berfungsi mengubah tegangan analog dari
Komputer berfungsi untuk mengontrol dan memonitoring sistem kerja alat secara keseluruhan. Pola grafik sebaran cahaya dan data ditampilkan secara real- time pada tampilan monitor. Perintah-perintah yang diberikan oleh komputer berupa perintah yang dimengerti oleh mikrokontroler AT89S51 yang disesuaikan dengan kode standar bahasa pemrograman assembler. Program pada komputer ditulis dengan menggunakan software Visual Basic versi 6. Kerja alat dalam proses pengambilan data dikendalikan dan dimonitor secara terprogram dari komputer. Pemrosesan di komputer meliputi pengolahan data masukan dan merubahnya menjadi informasi data tampilan pada komputer. Selain melakukan pengendalian pada aktuator, komputer juga dapat menampilkan tabel pengambilan data desimal ADC0804 dari sensor LDR untuk keperluan pengujian sistem instrumentasi. Komputer memberikan perintah-perintahnya melalui RS 232 pada mikrokontroler AT89S51 untuk mengambil data dari ADC0804 serta mengerakkan sensor LDR di sekitar permukaan LED. Diagram alir cara penerima dan pengirim data ke komputer diperlihatkan pada Gambar 2 selanjutnya diterjemahkan ke dalam bahasa assembler dan di-upload ke mikroktroler.
Mulai
Ambil konversi data digital Sensor LDR ke komputer
Gerakkan sensor 0,5o
Sampai 180o
Selesai
Gambar 2. Flow Chart Program Assembler pada Mikrokontroler Ray Tracer
Komputer mengendalikan dan memonitor runut proses pengambilan data, posisi sensor, pengaturan kecepatan sensor dalam mengambil data dan penampilan pola sebaran di monitor (Gambar 3).
Gambar 3. Jalur Komunikasi Data Motor Stepper Modul akuisisi data Dudukan Sensor LDR
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem instrumentasi yang telah dibuat dikalibrasi dengan cara mengukur intensitas pola sebaran LED standar (LED Luxeon Star/O dan Luxeon Emitter). Pancaran LED Luxeon Star/O yang diuji berwarna biru (LXHL-NB98) & putih (LXHL-NW98) [5] dan pancaran
Luxeon Emiter yang diuji juga berwarna biru (LXHL-DB01) dan putih (LXHL-DW01) [6].
LED ditempatkan pada dudukan LED tegak lurus terhadap permukaan sensor LDR. Jarak dudukan sensor terhadap LED dapat divariasikan sepanjang lintasan geser. Posisi dudukan sensor LDR terlebih dahulu diarahkan ke sudut -90o (Gambar 4). Setelah itu proses pengambilan
data dapat dimulai dengan menekan tombol Right pada form tampilan software, setelah itu sensor akan bergerak searah dengan jarum jam. Tampilan form perangkat lunak ditampilkan pada Gambar 5. Sistem otomatisasi ray tracer ditampilkan pada Gambar 6.
LE
LD
0
o-90
o90
oLuxeon Emitter (LXHL-DB01 dan LXHL-NW01) dibandingkan dengan datasheet dari jenis LED tersebut. Pergeseran lebar sudut pola sebaran cahaya diamati dibeberapa persentase relative intensitas. Nilai persentase relative intensitas hasil pengukuran diperoleh dari persamaan sebagai berikut:
% 100 (%) Re = × LDR Sensor ADC Maksimum Desimal Data SensorLDR ADC Desimal Data Intensitas lative (3.1)
Pengukuran Luxeon Star/O (Gambar 8) mengalami pergeseran titik maksimum persentase relative intensitas rata-rata sejauh 2o (Gambar 8). Berdasarkan Tabel 1, dibeberapa persentase relative intensitas yang diamati sudut pancar sebaran cahaya melebar rata-rata dari pola datasheet Luxeon Star/O. Penggunan celah saat pengukuran LXHL-NW98 bertujuan menghindari terjadinya pergeseran sudut pengukuran atau meminimalisir datangnya cahaya dari sudut permukaan LED yang telah dan sebelum diukur (Tabel 1) sehingga polanya lebih mendekati datasheet Luxeon Star/O Gambar 7(b). Pengukuran Luxeon Emitter (Gambar 10) mengalami pergeseran titik maksimum persentase relative intensitas rata-rata sejauh 10
% 80
o untuk
relative intensitas dan lebar sudut pancaran cahaya melebar rata-rata sejauh 21o
%
80 (Tabel 2).
Peningkatan intensitas yang sangat besar terjadi pada rentang pengukuran -60o sampai 60o
(Gambar 10) dibandingkan pola pada datasheet Luxeon Emitter (Gambar 9(b)).
Namun demikian, hasil pengukuran menunjukkan pola yang sama dengan datasheet. Penyimpangan yang terjadi kemungkinan diakibatkan luas permukaan LDR yang cukup besar dan keterbatasan pada karakteristik spektral dan sensitivitas sensor LDR. Hal tersebut mengakibatkan nilai data pengukuran terakumulasi di beberapa rentang sudut pengukuran. Efek lain yang mempengaruhi penyimpangan hasil pengukuran dari dua jenis LED tersebut adalah getaran yang cukup kuat dari motor stepper pada saat menggerakkan sensor LDR sehinga mempengaruhi kestabilan dudukan LDR dan LED.
Gambar 7. (a) Bentuk Fisik Luxeon Star/O dan (b) Pola Sebaran Intensitas Cahaya Luxeon Star/O Tipe LXHL-NW98 dan LXHL-NB98
(a) (b)
Gambar 8. Hasil Pengujian LED Luxeon Star/O (a) Pola Hasil Pengujian LXHL-NW98 dan (b) LXHL-NB98
(a) (b)
Tabel 1. Perbandingan Lebar Sudut Pola Sebaran Intensitas Cahaya terhadap Persentase
Relative Itensitas Hasil Pengukuran pada Permukaan LED dengan Datasheet Grafik Luxeon Star/O.
Lebar Sudut Distribusi Intensitas Relatif pada Permukaan LED
Hasil Pengukuran Persentase
Intensitas Datasheet
Relatif LUXEON LXHL-NW98 LXHL-NB98
Star/O (Celah Berdiameter 0,3 cm) (tanpa celah) % 20 (-10o) - (10o) (-17o) - (17o) (-18o) - (18o) % 60 (-5o) - (5o) (-8o) - (8o) (-9o) - (9o) % 80 (-2,5o) - (2,5o) (-4,5o) - (4,5o) (-6o) - (6o)
(a)
(b)
Gambar 9. (a) Bentuk Fisik Luxeon Emitter dan (b) Pola Sebaran Intensitas Cahaya Luxeon Star/O Tipe LXHL-DW01 dan LXHL-DB01
Gambar 10. Hasil Pengujian LED Luxeon Emitter (a) Pola Hasil Pengujian LXHL-DW01 dan (b) LXHL-DB01
(a) (b)
Tabel 2. Perbandingan Lebar Sudut Pola Sebaran Intensitas Cahaya terhadap Persentase
Relative Intensitas Hasil Pengukuran pada Permukaan LED dengan Datasheet Grafik Luxeon Emitter.
Lebar Sudut Distribusi Intensitas Relatif pada Permukaan LED Hasil Pengukuran
Datasheet Persentase Intensitas
4. KESIMPULAN
Telah berhasil dirancangbangun ray tracer pengujian cahaya di permukaan LED. Hasil pengujian menggunakan Luxeon Emitter dan Luxeon Star/O memperlihatkan pola sebaran cahaya yang terdeteksi oleh ray tracer yang dibangun sama dengan datasheet dari dua jenis LED tersebut. Agar hasil pengukuran lebih presisi dan pola yang dihasilkan lebih mendekati pola datasheet tersebut, perlu adanya perancangan sistem pengerak sensor yang meminimalkan getaran dan pemilihan sensor cahaya yang memiliki sensitivitas lebih tinggi dan jangkuan spektral yang lebih luas dibandingkan LDR.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Indonesia Toray Science Foundation atas bantuan dana penelitian yang diberikan melalui Science and Technology Research Grant.
DAFTAR PUSTAKA
http://www. Light Emitting Diode.com. (20/10/2008) http://www.doctronics.co.uk/design.htm.
(
25/08/2008)Adi Kurnia, Pemrograman Microsoft Visual Basic 6, Elex Komputindo, Jakarta,1996. http://lecturer.eepis-its.edu/~setia/AssemblyDwnld.htm. (15/05/2008)
LUXEON Star DS23 Series, Technical Datasheet DS23, User’s Manual. LUXEON Emitter DS25 Series, Technical Datasheet DS25, User’s Manual.
http://www.Visual Basic-Receiving Data From A Microcontroler.com. (17/05/2008)
http://www.Delta Electronic.com. (17/05/2008)
