i Universitas Kristen Maranatha
Realisasi Alat Pengontrolan Lampu Panggung Nirkabel
Menggunakan ARM CORTEX M4 dan Smartphone
Berbasis Android
Disusun Oleh:
Nama : Sri Yosep Stefanus W.
NRP : 0922037
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia.
Email :yosepstefanus@gmail.com
ABSTRAK
Pencahayaan panggung diperlukan untuk membangun efek cahaya. Pencahayaan pada panggung juga memberikan ketertarikan bagi penonton pada pertunjukan. Untuk mendukung berbagai latar belakang waktu yang diinginkan, dibutuhkan beberapa lampu dengan berbagai warna. Lampu panggung konvensional membutuhkan daya yang besar dan tiap lampu hanya dapat digunakan untuk satu warna. Kompleksitas kabel pada pengaturan lampu membuat mobilitas operator terbatas
Dalam Tugas Akhir ini lampu panggung dibuat menggunakan LED dengan warna primer merah,biru, dan hijau. Penggunaan warna primer dapat memberikan berbagai warna lain. Pada mixer digunakan ARM M4 Infineon XMC 4500 Relax Lite, sedangkan pada fixture digunakan ARM M0 Infineon XMC 2Go dengan chip XMC 1100 dan berkomunikasi menggunakan RF Link 433MHz. Mixer dirancang untuk dapat berkomunikasi dengan smartphone berbasis android melalui Bluetooth. Sehingga operator dapat mengatur pencahayaan panggung melalui smartphone android. Mixer dapat mengatur intensitas cahaya dan warna serta dapat menyimpan pada mode scene, sedangkan pada smartphone android hanya dapat mengatur intensitas cahaya tiap lampu.
Dari hasil realisasi dan pengamatan data, lampu dapat berfungsi dengan baik untuk menampilkan cahaya sesuai dengan mixer dan pada smartphone. Konsumsi daya fixture LED maksimum adalah 22,5 watt dan dibandingkan dengan lampu PAR 38 yang memiliki rating daya 80 watt. Fixture LED dapat memproduksi cahaya sebesar 103,4 lux/watt, sedangkan lampu PAR 38 menghasilkan cahaya maksimum 41,3 lux/watt. Sistem ini dapat mengontrol fixture dengan baik pada jarak maksimum 80 meter jika tanpa penghalang dan pada jarak maksimum 70 meter jika ada penghalang. Sedangkan Smartphone dapat mengontrol mixer dengan baik pada jarak maksimum 60 meter tanpa penghalang dan maksimum 15 meter jika ada penghalang.
ii Universitas Kristen Maranatha
Wireless Stage Lighting Controller Realization Using
ARM Cortex M4 and Android Smartphone
Composed By:
Name : Sri Yosep Stefanus W.
NRP : 0922037
Electrical Engineering Department, Maranatha Christian University
Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia
Email : yosepstefanus@gmail.com
ABSTRACT
Stage lighting is needed for making a light effect. Stage lighting also make audience interest to the show. To making different time setting, needed light with different colour. The conventional stage lamps needs big power and each lamp only use for one colour. The wiring complexity of stage lighting is limiting operator mobility.
On this final project, stage lighting made from LED with primary colour which is Red, Green, and Blue. This primary colour can combine to make another colour. ARM M4 Infineon XMC 4500 Relax Lite used for mixer and ARM M0 Infineon XMC 2Go with XMC 1100 chip used on LED fixture and wirelessly communicate with RF Link 433Mhz. Mixer is designed to communicate with android smartphone using Bluetooth. Operator can controlling the stage lighting using android smartphone. Mixer is used for control the colour and light intensity also enable for save it at scene mode. Android smartphone only used for controlling the colour and light intensity.
From results of the realization and data observation, the stage lighting system that designed by function properly as on mixer or smartphone. Maksimum power usage of LED fixture is 22,5 watts and compared with PAR 38 lamps with 80 watts power rating. LED Fixture can produce light maximum 103,4 lux/watt, therefore PAR 38 lamp only produce light 41,3 lux/watt. The system can control fixture well at a maximum distance 80 meters without obstacle and 70 meters with obstacles. Meanwhile, smartphone can control mixer well at a maximum distance 60 meters without obstacle and 15 meters with obstacles.
v Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFRAT GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR PERSAMAAN... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Identifikasi Masalah ... 2
1.3 Perumusan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Pembatasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TEORI DASAR 2.1 Teori Pencahayaan ... 5
2.2 Fungsi Pencahayaan Panggung ... 5
2.2.1 Visibility ... 5
2.2.2 Revelation of form ... 6
2.2.3 Placing The Action ... 6
2.2.4 Mood ... 6
2.2.5 Composition ... 6
vi Universitas Kristen Maranatha
2.3 Teori Pencahayaan Untuk Theater... 7
2.3.1 Straight on Viewing ... 7
2.3.2 Multiple View Angle ... 8
2.3.3 Expanded View Angle ... 9
2.4 Aplikasi Pencahayaan ... 10
2.4.1 Menentukan area pencahayaan ... 10
2.4.2 Menentukan fixture yang diperlukan ... 10
2.5 Modul Infineon Relax Lite Kit ... 16
2.5.1 Spesifikasi XMC 4500 ... 18
2.5.2 Komunikasi XMC 4500 ... 18
2.5.3 Periferal Analog ... 19
2.5.4 Periferal kontrol Industrial ... 20
2.5.5 Jalur Input / Output ... 20
2.5.6 Daya ... 21
2.6 Infineon XMC 2Go ... 21
2.6.1 Spesifikasi Subsistem XMC 1100 ... 23
2.6.2 Memori Chip ... 23
2.6.3 Periferal Chip ... 23
2.6.4 Jalur Input / Output ... 24
2.7 Android ... 24
2.7.1 Versi Android ... 24
2.7.2 Fitur Android ... 25
2.8 High Power Light Emitting Diode ... 26
2.9 Buck Converter ... 27
2.10 Bluetooth ... 30
2.10.1 Protokol Bluetooth ... 31
2.10.2 Bluetooth Module HC-05 TTL ... 32
2.11 RF 433 Data Link Kit ... 33
vii Universitas Kristen Maranatha BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
3.1 Perancangan Sistem ... 38
3.2 Perancangan Hardware ... 39
3.2.1 Mixer Stage Lighting ... 39
3.2.2 Fixture LED... 49
3.3 Perancangan Software ... 53
3.3.1 Perangkat Lunak Android ... 53
3.3.2 Frame Data ... 56
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS 4.1 Pengujian Pembacaan Input Analog ... 57
4.2 Pengamatan Pembangkit Sinyal PWM ... 58
4.3 Pengamatan Nilai Intensitas Cahaya Fixture ... 61
4.4 Pengamatan Konsumsi Daya ... 65
4.5 Pengamatan Penerimaan Data Pada Mode PLAY ... 66
4.6 Pengamatan Jarak Jangkau Modul Bluetooth HC-05 ... 71
4.7 Pengamatan Jarak Jangkau RF Link 433 MHz... 72
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 74
5.2 Saran ... 74
DAFTAR PUSTAKA ... 75
LAMPIRAN A LIST PROGRAM INFINEON XMC RELAX LITE
LAMPIRAN B LIST PROGRAM INFINEON XMC 2GO
LAMPIRAN C LIST PROGRAM ANDROID STUDIO
viii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Posisi lampu untuk teknik Straight on Viewing ... 7
Gambar 2.2 Posisi lampu pada objek ... 8
Gambar 2.3 Posisi penempatan lampu untuk teknik Multiple View Angles ... 9
Gambar 2.4 Posisi lampu untuk tekik Expanded View Angles ... 10
Gambar 2.5 Ellipsoidal Reflector Spotlight ... 11
Gambar 2.6 Lampu Scoops ... 12
Gambar 2.18 Bluetooth Module HC-05 ... 32
Gambar 2.19 Transmitter dan Receiver Modul RF 433 link kit ... 33
Gambar 2.20 Konfigurasi pin-pin transmitter dan receiver modul RF 433 ... 34
Gambar 2.21 Desain antena seperdelapan gelombang dengan loading coil ... 37
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ... 38
Gambar 3.2 Titik ukur potensiometer ... 40
Gambar 3.3 Skematik rangkaian input ADC ... 41
Gambar 3.4 Realisasi rangkaian input ADC ... 41
Gambar 3.5 Skematik Rangkaian channel selector ... 42
Gambar 3.6 Realisasi rangkaian channel selector ... 43
Gambar 3.7 Skematik rangkaian scene selection ... 44
ix Universitas Kristen Maranatha
Gambar 3.9 Flowchart mixer stage lighting ... 47
Gambar 3.10 Realisasi mixer stage lighting ... 48
Gambar 3.11 Skematik rangkaian address ... 49
Gambar 3.12 Rangkaian LED Array ... 50
Gambar 3.13 Rangkaian LED dan Driver ... 50
Gambar 3.14 Perancangan posisi LED ... 51
Gambar 3.15 Koneksi pin pada XMC 2Go ... 51
Gambar 3.16 Flowchart stage lighting fixture ... 52
Gambar 3.17 Realisasi LED Fixture ... 53
Gambar 3.18 GUI Menu awal ... 54
Gambar 3.19 GUI virtual mixer ... 54
Gambar 3.20 Flowchart program pada smartphone android ... 55
Gambar 3.21 Format frame data ... 56
Gambar 4.1 Sinyal PWM dan sinyal output dari buck converter ... 59
Gambar 4.2 Output buck converter pada LED merah ... 59
Gambar 4.3 Output buck converter pada LED biru ... 60
Gambar 4.4 Output buck converter pada LED hijau ... 60
Gambar 4.5 Perbandingan pemakaian lensa pada warna primer RGB ... 61
Gambar 4.6 Perbandingan pemakaian lensa pada warna campuran RGB ... 62
Gambar 4.7 Lampu PAR 38 Flood Light Philips 80 Watt ... 63
Gambar 4.8 Hasil cahaya lampu PAR dan fixture LED ... 65
x Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Spesifikasi Relax Lite Kit ... 18
Tabel 2.2 Spesifikasi Infineon XMC 2Go ... 22
Tabel 2.3 Versi Android ... 25
Tabel 2.4 Spesifikasi LED High Power ... 27
Tabel 2.5 Tegangan input minimum LED ... 28
Tabel 2.6 Tabel penggunaan resistor untuk arus output ... 29
Tabel 2.7 Stack Protocol Bluetooth ... 32
Tabel 4.1 Tabel nilai konversi Analog ke digital ... 57
Tabel 4.2 Tabel tegangan maksimum LED Array ... 61
Tabel 4.3 Pengukuran nilai intensitas cahaya dengan posisi potensiometer maksimum ... 63
Tabel 4.4 Pengukuran nilai intensitas cahaya dengan posisi potensiometer 50% ... 64
Tabel 4.5 Konsumsi daya lampu ... 66
Tabel 4.6 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 1 ... 67
Tabel 4.7 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 2 ... 67
Tabel 4.8 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 3 ... 68
Tabel 4.9 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 4 ... 68
Tabel 4.10 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 5 ... 69
Tabel 4.11 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 6 ... 69
Tabel 4.12 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 7 ... 70
Tabel 4.13 Waktu perubahan warna pada mode PLAY channel 8 ... 70
Tabel 4.14 Tabel pengamatan jarak jangkauan bluetooth HC-05 ... 71
xi Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PERSAMAAN
Halaman
Persamaan 2.1 ... 35
Persamaan 2.2 ... 36
Persamaan 2.3 ... 36
Persamaan 2.4 ... 36
Persamaan 2.5 ... 37
Persamaan 3.1 ... 41
Persamaan 3.2 ... 41
1
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang serta masalah dan tujuan dari
pembuatan sistem pengontrolan lampu panggung nirkabel dengan tambahan
pengontrol pada smartphone Android melalui koneksi Bluetooth. Bab ini juga
berisikan keseluruhan isi dari laporan Tugas Akhir
1.1 Latar Belakang
Efek pencahayaan panggung pada sebuah pertunjukkan memberikan kesan
artistik. Secara umum, tata cahaya berfungsi untuk membentuk situasi, menyinari
gerak pelaku, dan mempertajam ekspresi demi penciptaan karakter pelaku.
Dengan demikian, imajinasi publik ke situasi tertentu, yang tragis, yang sublime,
yang lepas dari dunia keseharian atau spesifik iluminasi. Hal yang sangat penting
bagi cahaya lampu dapat berperan di atas panggung untuk membiarkan penonton
dapat melihat dengan enak dan jelas. Apa yang terlihat akan bergantung pada
sejumlah penerangan, ukuran objek yang tersorot cahaya, sejumlah cahaya
pantulan objek, kontrasnya dengan latar belakang, dan jarak objek dan
pengamatnya. Jika sebuah pementasan lakon disoroti dengan cahaya lampu biasa,
maka para pemeran, dan peralatan (properti), dan semua bagian dari skenario akan
nampak datar atau flat, tidak menarik. Tidak tampak sinar tajam (high-light),
tidak ada bayangan, dan monoton.
Parabolic Aluminised Reflector Ligths (PAR lights/ PAR Can) biasanya
digunakan untuk tata cahaya. Namun harga lampu PAR tergolong mahal dan
menggunakan daya yang sangat besar. Lampu PAR hanya dapat memberikan satu
warna tiap lampu, sehingga membutuhkan minimal 6 lampu dalam pengaturan
tata cahaya panggung. Daya yang digunakan bervariasi, dari 100-1200 watt.
Pengaturan tata cahaya lampu PAR membutuhkan sebuah mixer DMX (Digital
Multiplex). Harga dari mixer DMX cukup mahal, sehingga pengaturan tata cahaya
panggung terasa mahal. Koneksi antara lampu PAR dengan mixer DMX
B A B 1 P E N D A H U L U A N 2
Universitas Kristen Maranatha
kontrol terkadang sangat jauh, sehingga membutuhkan kabel berkualitas tinggi.
Dengan rentang kabel yang sangat panjang, dapat terjadi berbagai interferensi dari
pengaruh EMI bahkan pengaruh tahanan dalam dari kabel tersebut. Untuk
pemasangan lampu PAR, memerlukan lebih dari dua orang operator untuk
pengecekan koneksi lampu dan mixer. Oleh karena itu diperlukan sistem untuk
menghemat penggunaan daya listrik,kabel, dan meningkatkan mobilitas operator.
Diharapkan dapat menekan biaya dari penggunaan lampu panggung dan membuat
penggunaan lampu panggung lebih terjangkau secara ekonomis.
1.2 Identifikasi Masalah
Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah membuat
sistem pengontrolan lampu panggung yang lebih efisien secara ekonomis.
Penggunaan daya yang besar pada lampu PAR dan penggunaan kabel yang
panjang perlu dikurangi untuk menekan biaya. Mobilitas dari operator perlu
ditingkatkan untuk mengurangi kebutuhan operator dengan adanya pengaturan
tambahan yang dapat dibawa oleh operator.
1.3 Perumusan Masalah
1. Bagaimana membuat pengatur tata cahaya secara wireless
menggunakan mikrokontroler?
2. Bagaimana membuat pengatur tata cahaya melalui smartphone sebagai
pengontrol tambahan dengan menggunakan bluetooth sebagai media
komunikasinya?
1.4 Tujuan Tugas Akhir
1. Membuat mixer tata cahaya berbasis mikrokontroler dengan media
gelombang radio sebagai media komunikasi dengan lampu PAR
2. Menggunakan smartphone berbasis android untuk mengatur tata cahaya
melalui mikrokontroler dengan bluetooth sebagai media
B A B 1 P E N D A H U L U A N 3
Universitas Kristen Maranatha
1.5 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi :
1. Jumlah lampu PAR yang akan dikontrol adalah dua buah.
2. Komunikasi modul RF menggunakan sistem broadcast, seluruh lampu
akan menerima data yang sama, pemisahan data dilakukan di dalam
sistem penerima.
3. Komunikasi Stage Lighting Sistem tidak menggunakan standar DMX.
4. Smartphone digunakan untuk mengontrol lampu PAR melalui
mikrokontroler dengan berkomunikasi menggunakan bluetooth.
5. Smartphone digunakan sebagai pengontrol tambahan, pengontrolan
utama menggunakan mikrokontroler.
6. Penyimpanan data tidak menggunakan EEPROM.
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan tugas akhir ini terbagi menjadi lima bab utama. Untuk memperjelas
penulisan laporan ini, maka akan diuraikan secara singkat sistematika beserta
uraian dari masing masing bab tersebut, yaitu :
BAB I – PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah,
perumusan masalah, identifikasi masalah dan sistematika penulisan.
BAB 2 – TEORI DASAR
Bab ini akan menjelaskan tentang stage lighting, peralatan umum stage lighting,
dan teori-teori yang berhubungan dengan perangkat yang akan dibuat pada tugas
akhir ini.
BAB 3 – PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini akan menjelaskan perancangan dan realisasi dari tugas akhir yang terdiri
dari perangkat keras maupun perangkat lunak yang digunakan untuk membuat
B A B 1 P E N D A H U L U A N 4
Universitas Kristen Maranatha
BAB 4 – DATA PENGAMATAN DAN UJI COBA
Bab ini ditampilkan data-data hasil pengamatan dari pengontrolan lampu
panggung dan pengujiannya, antara lain jarak jangkau alat dan keberhasilan
pengiriman data.
BAB 5 - KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran – saran dari tugas akhir yang telah
74
Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan
analisis dari Tugas Akhir ini serta saran bagi pengembangan sistem pengontrolan cahaya
5.1 SIMPULAN
1. Sistem yang dirancang dapat berfungsi dengan baik dalam untuk mengatur
intensitas cahaya pada fixture, baik pengontrolan menggunakan mixer atau
smartphone android.
2. Produksi cahaya lampu PAR 38 minimum 1 lux/watt dan maksimum 41,3
lux/watt. Sedangkan fixture LED dapat menghasilkan cahaya minimum 4,2
lux/watt dan maksimum 103,4 lux/watt.
3. Penggunaan daya dari fixture LED maksimum adalah 22,5 Watt, sedangkan
lampu PAR 38 menggunakan daya maksimum 81 Watt.
4. Jarak maksimum fixture terhadap mixer adalah 80 meter dan 55 meter untuk
koneksi bluetooh terhadap smartphone tanpa penghalang. Sedangkan dengan
penghalang jarak mixer dan fixture maksimum 70 meter dan 15 meter untuk
bluetooth terhadap smartphone. Bluetooth menggunakan kelas 2 dengan daya
transmisi +4dBm.
5. Penambahan antena dapat meningkatkan jarak jangkauan penerima jika
dibandingkan dengan spesifikasi modul RF link yang memiliki jangkauan 30
meter
5.2 SARAN
1. Untuk koneksi smartphone, dapat dikembangkan menggunakan wifi.
2. Sistem perlu dikembangkan untuk mengikuti standar DMX dan diperlukan RF
75
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Simpson, Robert S. Lighting Control – Technology and Applications. London : Focal Press, 2003.
[2] Sternke, Dean A. Basic design Theories for Theatrical Lighting and Its
Application. Mainstage Theatrical Supply Inc. , 2012.
[3] Rankin, Jhon J. Lighting 102 – Basic Principles and Techniques of Entertaiment Lighting . Vincent Lighting System, 2007.
[4] Akbarul Huda, Arif. 24 Jam!! Pintar Pemograman Android. Yogyakarta:
Andi, 2012.
[5] Darwin, Ian F. Android Cookbook. California: O’Reilly Media, 2012.
[6] Meier, Reto. Profesional Android Application Development. Indianapolis: Wiley Publishing, 2009.
[7] Steele, James., Nelson To. The Android Developer’s Cookbook. Boston :
Pearson Education, 2011 .
[8] Utomo, Pramudi. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Jakarta : Direktorat
Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, 2008.
[9] Sujendro, Herry. Perekayasaan Sistem Antena 1. Jakarta : Sirektorat
Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik & Tenaga Kependidikan, 2013.
[10] Turner, Rufus P. The Antenna Construction Handbook For HAM, CB &
SWL. USA : TAB BOOKS Inc, 1978.
[11]
http://www.instructables.com/id/Ultra-bright-LED-Color-Changing-Spotlight-using-Op
[12] http://www.instructables.com/id/Poormans-Buck
[13]
http://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/KIT_XMC45_RELAX_LITE_V1
[14]
http://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/KIT_XMC_2GO_XMC1100_V1
[15] http://www.en.wikipedia.org/wiki/LED_lamp
