Analisa Spektrum Cahaya Menggunakan Metode Grating Berbasis Mikrokontroler AVR.

(1)

Universitas Kristen Maranatha ANALISA SPEKTRUM CAHAYA MENGGUNAKAN

METODE GRATING BERBASIS MIKROKONTROLER AVR

Disusun oleh :

Nama : Gunawan Kasuwendi NRP : 0422152

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,

email :gun_awan_riau@yahoo.co.id

ABSTRAK

Perkembangan teknologi saat ini sangat pesat, apalagi teknologi pengontrol mikro mempunyai kemampuan dan kapasitas memori yang berbeda-beda. Perkembangan teknologi mikrokontroler saat ini banyak digunakan dalam berbagai bidang. Termasuk dalam menganalisa spektrum cahaya tampak dengan menggunakan mikrokontroler sebagai prototipe alat yang belum umum digunakan untuk menganalisa spektrum cahaya.

Pada tugas akhir ini, telah dibuat alat untuk menganalisa spektrum cahaya yang terdiri dari rangkaian sensor LDR, motor stepper, rangkaian driver motor, rangkaian pengontrol mikro ATMega 16. Alat yang dibuat ini, akan mendeteksi spektrum cahaya lampu yang dipantulkan media kepingan Compact Disc dan pengolahan data akan ditampilkan pada tampilan komputer.

Rangkaian alat yang dirancang dan direalisasikan dapat mendeteksi spektrum cahaya lampu LED yang diamati dengan media pemantulan kepingan Compact Disc, hasilnya dapat ditampilkan pada komputer. Hasil tersebut juga dibandingkan dengan menggunakan kepingan Compact Disc lain. Oleh karena itu, alat ini dibuat dalam keadaan gelap seminimal mungkin.

(2)

Universitas Kristen Maranatha OPTICAL SPECTRUM ANALYSIS USING GRATING METHOD

BASED ON MICROCONTROLLER AVR

Arranged by

Name : Gunawan Kasuwendi NRP : 0422152

Electrical Engineering , Technic Faculty,Maranatha Christian University Prof.Drg. Suria Sumantri,MPH Street, number 65 Bandung, Indonesia

Email : gun_awan_riau@yahoo.co.id

ABSTRACT

The development of technology growing very fast, including the application of microcontroller. Microcontroller technology has been used an many fields including to analize optical spectrum.

In this Final Assignment, the instrument is used to analize optical spectrum using sensor LDR series, motor stepper, motor driver series, and microcontroller AT Mega 16 series. This system will detect optical spectrum that reflected by part of Compact Disc and the data processing will be displayed the computer.

This instrument series was designed and realized to detect LED lamp light spectrum that can be observed by Compact Disc fragments reflection media in which the result can be displayed the computer. The result can also be compared with other Compact Disc fragments. Because of this reason, this instrument was made in a very dark condition.

Key Words : Compact Disc (CD), Optical Spectrum, Grating.

(3)

Universitas Kristen Maranatha

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1 II.1 Spektrum Elektromagnetik... 5

II.2 Interferensi ... 6

(4)

II.2.2 Interferensi Destruktif ... 8

II.3 Difraksi ... 9

II.3.1 Difraksi Celah Tunggal ... 10

II.3.2 Difraksi Celah Ganda ... 14

II.3.3 Kisi Difraksi ... 14

II.4 Sensor Light Dependent Resistor ... 15

II.5 Media Kepingan CD ... 16

II.6 Pengontrol Mikro AVR( Advance Versatile RISC ) ... 19

II.6.1 Pengontrol Mikro ATmega 16... 20

II.6.2 Fitur ATmega 16 ... 20

II.6.3 Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 ... 21

II.6.4 Blok Diagram ATmega 16 ... 22

II.6.5 General Purpose Register ATmega 16 ... 23

II.6.6 Peta Memori ATmega16 ... 23

II.7 Pembiasan ... 25

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Diagram Blok dan Cara Kerja ... 28

III.1.1 Cara Kerja ... 28

III.2 Perancangan Perangkat Keras ... 30

III.2.1 Perancangan Rangkaian Sensor LDR ... 30

III.2.2 Perancangan Motor Penggerak ... 31

III.2.3 Rangkaian Driver Motor ... 32

III.2.4 Rangkaian Pengontrol Mikro ... 32

III.3 Diagram Alir Sistem Perangkat Lunak ... 33

III.3.1 Diagram Alir Umum ... 34

(5)

III.3.3 Diagram Alir Tampilan ... 36

III.3.3.1 Execute Tombol Subrutin ... 36

III.4 Perancangan Antar Muka Spektrum Cahaya ... 39

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA IV.1 Pengujian Alat ... 42

IV.2 Pengujian Menggunakan Kisi Difraksi ... 43

IV.3 Pengujian Menggunakan Kepingan CD ... 45

IV.3.1 Pengujian Menggunakan Sinar Laser ... 46

IV.3.2 Pengujian Menggunakan Lampu LED... 47

IV.4 Pengujian Perangkat Lunak ... 49

IV.4.1 Pengujian Menggunakan Kepingan CD A ... 50

IV.4.2 Pengujian Menggunakan Kepingan CD B ... 55

IV.5 Hasil Pengujian Keseluruhan ... 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 62

V.2 Saran ... 62

(6)

Universitas Kristen Maranatha LAMPIRAN

(7)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Spektrum Elektromagnetik ... 2

Gambar 2.1 Spektrum Elektromagnetik dan Spektrum Cahaya Tampak ... 5

Gambar 2.2 Eksperimen Celah Ganda oleh Young ... 6

Gambar 2.3 Interferensi Gelombang ... 7

Gambar 2.4 Interferensi Konstruktif ... 7

Gambar 2.5 Interferensi Destruktif ... 8

Gambar 2.6 Difraksi Gelombang Air Melalui Celah ... 9

Gambar 2.7 Difraksi Celah Tunggal ... 10

Gambar 2.8 Difraksi Fresnel ... 12

Gambar 2.9 Difraksi Fraunhofer ... 13

Gambar 2.10 Difraksi Fraunhofer dengan Menggunakan Lensa ... 13

Gambar 2.11 Difraksi Celah Ganda ... 14

Gambar 2.12 Bentuk Kisi Difraksi... 15

Gambar 2.13 Sensor LDR ... 15

Gambar 2.14 Bentuk Jalur pada Kepingan CD ... 16

Gambar 2.15 Pemantulan untuk Kisi Kepingan CD ... 17

Gambar 2.16 Lapisan pada Compact Disc ... 18

Gambar 2.17 Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 ... 21

Gambar 2.18 Blok Diagram ATmega16 ... 22

Gambar 2.19 General Purpose Register ATmega16 ... 23

Gambar 2.20 Peta Memori Program ATmega16 ... 24

Gambar 2.21 Peta Memori Data ATmega16... 24

Gambar 2.22 Pembiasan Sinar ... 25

Gambar 2.23 Pembiasan Melalui Dua Medium ... 26

Gambar 2.24 Pembiasan Cahaya Untuk Spektrum Tampak ... 27

Gambar 3.1 Diagram Blok ... 28

(8)

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor LDR ... 30

Gambar 3.4 Motor Stepper ... 31

Gambar 3.5 Motor Stepper dipasang Sensor LDR... 31

Gambar 3.6 Skematik Driver Motor ... 32

Gambar 3.7 Skematik Pengontrol Mikro ATmega 16 ... 33

Gambar 3.8 Diagram Alir Umum ... 34

Gambar 3.9 Diagram Alir Pengontrol Mikro ... 35

Gambar 3.10 Diagram Alir Tampilan ... 36

Gambar 3.11 Diagram Alir Start ... 37

Gambar 3.12 Diagram Alir Connect ... 38

Gambar 3.13 Diagram Alir Disconnect ... 38

Gambar 3.14 Diagram Alir Print ... 38

Gambar 3.15 Diagram Alir Exit ... 39

Gambar 3.16 Tampilan Antar Muka Spektrum Cahaya... 40

Gambar 4.1 Pengujian Alat untuk Motor dan Sensor pada Posisi Awal ... 42

Gambar 4.2 Pengujian Alat untuk Motor dan Sensor dalam Posisi Bergerak .. 42

Gambar 4.3 Alat Perangkat Keras Analisa Spektrum Cahaya ... 43

Gambar 4.4 Pengujian Sinar Laser Menggunakan Kisi Difraksi ... 43

Gambar 4.5 Grafik Data Perhitungan Sinar Laser Menggunakan Kisi Difraksi ... 45

Gambar 4.6 Potongan Kepingan Compact Disc ... 45

Gambar 4.7 Grafik Data Perhitungan Sinar Laser Menggunakan Kepingan CD ... 47

Gambar 4.8 Hasil Pemantulan Kepingan CD dengan Lampu LED ... 47

Gambar 4.9 Grafik Data Perhitungan Lampu LED ... 49

Gambar 4.10 Tampilan Perangkat Lunak ... 50

Gambar 4.11 Potongan Kepingan CD Warna Perak ... 50

Gambar 4.12 Perbandingan Intensitas dari Jumlah Celah (N) 2 dan 8 ... 51

Gambar 4.13 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Merah untuk CD A... 51

Gambar 4.14 Hasil Pemantulan LED Merah pada CD A ... 52

Gambar 4.15 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Hijau untuk CD A ... 52

(9)

Gambar 4.17 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Biru untuk CD A ... 53

Gambar 4.18 Hasil Pemantulan LED Biru pada CD A ... 54

Gambar 4.19 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Putih untuk CD A... 54

Gambar 4.20 Hasil Pemantulan LED Putih pada CD A ... 55

Gambar 4.21 Potongan Kepingan CD Warna Orange ... 55

Gambar 4.22 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Merah untuk CD B ... 56

Gambar 4.23 Hasil Pemantulan LED Merah pada CD B... 56

Gambar 4.24 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Hijau untuk CD B ... 57

Gambar 4.25 Hasil Pemantulan LED Hijau pada CD B ... 57

Gambar 4.26 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Biru untuk CD B ... 58

Gambar 4.27 Hasil Pemantulan LED Biru pada CD B ... 58

Gambar 4.28 Hasil Tampilan Grafik Lampu LED Putih untuk CD B ... 59

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Warna pada Spektrum Cahaya Tampak ... 6

Tabel 4.1 Data Pengamatan Sinar Laser Menggunakan Kisi Difraksi... 44

Tabel 4.2 Data Perhitungan Sinar Laser Menggunakan Kisi Difraksi ... 44

Tabel 4.3 Data Pengamatan Sinar Laser Menggunakan Kepingan CD ... 46

Tabel 4.4 Data Perhitungan Sinar Laser Menggunakan Kepingan CD ... 46

Tabel 4.5 Data Pengamatan Lampu LED Menggunakan Kepingan CD ... 48

(11)

LAMPIRAN A

(12)

Gambar awal perancangan alat

(13)

Gambar tampak samping kiri dari alat, tempat sumber cahaya masuk

(14)

Gambar hasil pemantulan dari kepingan CD

(15)

LAMPIRAN B

(16)

/***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V2.03.4 Standard

(17)

#define RXB8 1 #define TXB8 0 #define UPE 2 #define OVR 3 #define FE 4 #define UDRE 5 #define RXC 7

#define FRAMING_ERROR (1<<FE) #define PARITY_ERROR (1<<UPE) #define DATA_OVERRUN (1<<OVR)

#define DATA_REGISTER_EMPTY (1<<UDRE) #define RX_COMPLETE (1<<RXC)

// USART Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE 8 char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE];

#if RX_BUFFER_SIZE<256

unsigned char rx_wr_index,rx_counter; #else

(18)

// This flag is set on USART Receiver buffer overflow bit rx_buffer_overflow;

// USART Receiver interrupt service routine interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) {

char status,data; status=UCSRA; data=UDR;

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) {

rx_buffer[rx_wr_index]=data;

if (++rx_wr_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_wr_index=0; if (++rx_counter == RX_BUFFER_SIZE)

(19)

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);

ADCSRA|=0x10;

(20)

// USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600

(21)

{ a++; geser(a); delay_ms(100); dat_ldr=read_adc(0); putchar(dat_ldr/4); delay_ms(100); if(a > 4)a=0; };

reset_motor(); start_acc=0; };

if (start_acc==2) {

reset_motor1(); start_acc=0; };

delay_ms(100); };

(22)

LAMPIRAN C

(23)

FORM UTAMA TAMPILAN VISUAL BASIC

Private Declare Function OSWinHelp% Lib "user32" Alias "WinHelpA" (ByVal hwnd&, ByVal HelpFile$, ByVal wCommand%, dwData As Any)

Private Sub MDIForm_Load() Dim frmD As frmDocument Set frmD = New frmDocument frmD.Caption = "OSA"

frmD.Show

End Sub

Private Sub MDIForm_Unload(Cancel As Integer) If Me.WindowState <> vbMinimized Then

SaveSetting App.Title, "Settings", "MainLeft", Me.Left SaveSetting App.Title, "Settings", "MainTop", Me.Top SaveSetting App.Title, "Settings", "MainWidth", Me.Width SaveSetting App.Title, "Settings", "MainHeight", Me.Height End If

End Sub

Private Sub sbStatusBar_PanelClick(ByVal Panel As MSComctlLib.Panel)

(24)

Private Sub tbToolBar_ButtonClick(ByVal Button As MSComctlLib.Button) On Error Resume Next

Select Case Button.Key Case "Save"

mnuFileSave_Click Case "Print"

mnuFilePrint_Click End Select

End Sub

Private Sub mnuFileExit_Click() Unload Me

End Sub

Private Sub mnuFilePrint_Click() On Error Resume Next

If ActiveForm Is Nothing Then Exit Sub With dlgCommonDialog

.DialogTitle = "Print" .CancelError = True

(25)

(26)

FORM UNTUK TIAP TOMBOL TAMPILAN Public a As Integer

Private Sub connect_Click() MSComm1.CommPort = 1

If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True End Sub

Private Sub DISCONNECT_Click()

If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False Timer1.Enabled = False

End Sub

Private Sub EXIT_Click() End

End Sub

Private Sub Form_Load() Timer1.Enabled = False End Sub

(27)

If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.Output = "S"

If MSComm1.PortOpen = True Then Text1.Text = Asc(MSComm1.Input) / 2.5 * Val(Text3.Text)

(28)

LAMPIRAN D

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Spektrum elektromagnetik adalah susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya .Tetapi spektrum elektromagnetik ini tidak hanya cahaya tampak, ada juga gelombang radio, gelombang mikro, sinar inframerah, sinar UV (Ultra Violet), sinar-X, sinar Gamma.

Cahaya tampak adalah cahaya yang diuraikan menjadi berbagai warna. Dari cahaya tampak ini, memiliki spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batasan yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya. Warna-warna spektrum ini terdiri dari warna merah, orange, kuning, hijau, biru, ungu. Aplikasi yang digunakan memakai media kepingan CD (Compact Disc) sebagai pemantulannya dengan metode grating, yaitu suatu metode yang menggunakan grid pada kepingan CD (Compact Disc). Ini merupakan salah satu alat yang

(43)

BAB I PENDAHULUAN 2

Universitas Kristen Maranatha Gambar 1.1 Spektrum Elektromagnetik

I.2 Identifikasi Masalah

Yang di identifikasikan adalah membuat alat sederhana yang dapat menganalisa spektrum cahaya.

I.3 Perumusan Masalah

• Bagaimana membuat alat yang umum digunakan untuk menganalisa spektrum cahaya ?

• Keuntungan yang didapat dari pembuatan alat ini ?

I.4 Tujuan

• Mendesain dan membuat prototipe alat penganalisa spektrum cahaya.

I.5 Pembatasan Masalah

(44)

BAB I PENDAHULUAN 3

Universitas Kristen Maranatha • Lampu LED (Light Emitting Diode) yang dicoba adalah merah, biru, hijau,

putih.

• Sensor yang digunakan sebagai penerima adalah sensor LDR (Light Dependent Resistor) untuk menganalisa spektrum cahaya tampak.

1.6Spesifikasi Alat yang dibuat

Alat-alat yang dibutuhkan untuk Tugas Akhir ini adalah : • Menggunakan pengontrol mikro ATMega 16.

• Menggunakan sensor LDR (Light Dependent Resistor).

• Media pemantulan berupa grating yang menggunakan kepingan CD (Compact Disc).

• Lampu LED (Light Emitting Diode) warna merah, hijau, biru, putih. • Motor stepper untuk menggerakkan posisi sensor LDR (Light Dependent

Resistor).

I.7 Sistematika Laporan

Tugas Akhir ini disusun dalam lima bab dengan sistematika pembahasan sebagai berikut :

• BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penelitian. • BAB II DASAR TEORI

(45)

BAB I PENDAHULUAN 4

Universitas Kristen Maranatha • BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

Pada bab ini menjelaskan tentang perancangan alat dan merealisasikannya meliputi diagram blok, cara kerja dan diagram alir dari pemograman pengantar mikro ATMega 16, tampilan Visual Basic, rangkaian skematik, sensor.

• BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

Pada bab ini menjelaskan tentang proses pengambilan data pengamatan, pengujian system secara keseluruhan dan menganalisa data.

• BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(46)

62 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari tugas akhir ini adalah :

1. Perancangan alat dan program untuk menganalisa spektrum cahaya lampu LED sudah berhasil dengan baik.

2. Percobaan menggunakan sinar laser sebagai referensi dalam pengamatan dengan lampu LED untuk perhitungannya.

3. Dari hasil pengamatan terdapat beberapa perbedaan menggunakan kepingan CD yang berbeda dengan lampu LED dan laser karena panjang gelombang yang didapat melebar.

V.2 Saran

Berikut ini adalah saran – saran yang diajukan untuk pengembangan lebih lanjut dari pembuatan tugas akhir ini :

1. Perancangan alat ini, dapat di kembangkan untuk melihat hasil spektrum cahaya dari larutan berwarna, lampu di isi dengan zat berbeda.

(47)

63 Universitas Kristen Maranatha DAFTAR PUSTAKA

1. Andrianto, Heri. “Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR)”. Bandung: Informatika, 2008.

2. Giancoli. “ Fisika 2”. Jakarta : Penerbit Erlangga, 2001.

3. Halliday & Resnick.”Fisika edisi ke 3”.Jakarta : Penerbit Erlangga,1984. 4. Palmer, Christopher.“Difraction Grating Handbook 6th edition “. Newport

Corporation : 2002.

5. Sears & Zemansky.”Fisika untuk Universitas 3: Optik dan Fisika Modern.”.Bandung : Penerbit Binacipta,1994.

6. Wicaksana,Jonet. “ Ilmu Komputer : Rahasia dibalik kepingan CD”.2004. 7. http://www.wapedia.com/spektrum_cahaya , 4 mei 2009.

8. http://www.wapedia.com/spektrum , 4 mei 2009.

9. http://www.wordpres.com/spektrum_cahaya, 4 mei 2009. 10.http://www.wordpress.com/sensor_cahaya-LDR , 9 mei 2009.

11.http://www.wikipedia.com/light-emitting_diode.htm , 6 september 2009. 12.http://www.lc-led.com/ b500tg4d.html , 6 september 2009.