RANCANG BANGUN GORDEN DAN LAMPU OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR CAHAYA DENGAN BASIS
MIKROKONTROLLER
Disusun Oleh Nama : Ario Azadi NIM : 2152050007
PROGRAM STUDI ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA
2024
Abstrak
Dalam perkembangan teknologi ini, sesuatu yang dilakukan secara otomatis sangat dubutuhkan manusia untuk melakukan pekerjaan yang lebih efisien dan efektif. Manusia kadang sering meremehkan masalah sepele seperti dalam membuka dan menutup jendela dan juga mematikan lampu dikarenakan terfokus pada kegiatan lain. Hal tersebut tidak boleh disepelekan karena udara yang lembab akibat minimnya cahaya yang masuk ke jendela dan juga konsumsi listrik yang berlebihan. Perancangan prototipe sistem lampu dan gorden otomatis menggunakan mikrokontroller dengan Arduino Uno dan sensor LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi intesitas cahaya di luar ruangan dengan motor stepper jenis DC sebagai penggerak gorden dan juga relay sebagai kendali untuk menghidupkan dan mematikan lampu..
I. PENDAHULUAN Latar Belakang
Perkembangan teknologi yang pesat sudah membuat kemajuan dalam berbagai bidang khususnya, dalam bidang elektronik. Dalam perkembangan teknologi ini, sesuatu yang dilakukan secara otomatis sangat dubutuhkan manusia untuk melakukan pekerjaan yang lebih efisien dan efektif.
Penggunaan system kendali otomatis juga berfungsi untuk mengurangi penggunaan listrik yang berlebihan dalam sebuah rumah tangga. Sistem kendali otomatis ini juga bermanfaat bagi pemilik rumah dalam keefisienan waktu saat membuka dan menutup gorden dan juga mereduksi penggunaan listrik karena terdapat lampu otomatis. menutup kembali secara otomatis dan lampu akan hidup secara otomatis.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini yaitu bagaimana cara untuk membuat system
kendali gorden otomatis dan lampu menggunakan mikrokontroller?
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat alat prototipe dari gorden dan lampu otomatis menggunakan sensor cahaya dan menggunakan Arduino UNO.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini yaitu untuk meminimalisir penggunaan listrik berlebihan karena menyalakan lampu terlalu lama dan mencegah ruangan menjadi lembab karena minimnya cahaya sehingga menimbulkan bahaya bagi peralatan elektronik. Penelitian ini juga merupakan solusi dari orang-orang yang mempunyai banyak aktivitas sehingga dapat meminimalisir konsumsi listrik yang berlebihan.
II. LANDASAN TEORI Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sistem komputer yang menyatukan sebagian besar
elemennya dalam satu chip IC, dikenal sebagai single chip microcomputer.
Berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi, mikrokontroler dirancang untuk tugas-tugas yang sangat spesifik.
Perbedaan utamanya terletak pada perbandingan RAM dan ROM yang signifikan antara komputer dan mikrokontroler. Menurut Winoto (2008:3), mikrokontroler merupakan sistem microprocessor yang mencakup CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainnya yang terhubung dan terorganisir dengan baik oleh pabrik pembuatnya. Semua komponen ini dikemas dalam satu chip yang siap pakai, memungkinkan pengguna untuk memprogram isi ROM sesuai aturan yang telah ditetapkan oleh pabrik.
Gambar 1.1 Blok Diagram Mikrokontroller
Mikrokontroler memiliki komponen utama sebagai berikut:
1. CPU (Central Processing Unit):
- Otak mikrokontroler yang mengambil, menerjemahkan, dan mengeksekusi instruksi.
- Menghubungkan seluruh bagian mikrokontroler dalam satu sistem.
2. Memori (Penyimpanan):
- Menyimpan data dan program.
- Memiliki RAM dan ROM (EEPROM, EPROM, dll.) atau memori flash untuk menyimpan kode sumber program.
3. Port INPUT/OUTPUT Paralel:
- Digunakan untuk menghubungkan perangkat seperti LCD, LED, printer, dan perangkat INPUT/OUTPUT lainnya ke mikrokontroler.
4. Port Serial (Serial Port):
- Menyediakan antarmuka serial antara mikrokontroler dan peripheral lain, seperti port paralel.
5. Pengatur Waktu dan Penghitung (Timer dan Counter):
- Menyediakan fungsi pengaturan waktu dan penghitungan di dalam mikrokontroler.
- Digunakan untuk fungsi jam, modulasi, pembangkitan pulsa, pengukuran frekuensi, dan lainnya.
6. Analog to Digital Converter (ADC):
- Mengubah sinyal analog menjadi bentuk digital untuk aplikasi sensor dan pengukuran.
7. Digital to Analog Converter (DAC):
- Mengubah sinyal digital menjadi format analog, umumnya digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor DC.
8. Kontrol Interupsi (Interrupt Control):
- Digunakan untuk menyediakan interupsi (penundaan) dalam program kerja.
- Interupsi dapat berupa eksternal (melalui pin interrupt) atau internal (melalui instruksi interupsi selama pemrograman).
9. Blok Fungsi Khusus (Special Function Block):
- Ditemui pada mikrokontroler khusus untuk aplikasi tertentu, seperti sistem robotik.
- Menyediakan port tambahan untuk operasi khusus dan dikenal sebagai Blok Fungsi Khusus.
Arduino UNO
Arduino Uno merupakan mikrokontroler yang menggunakan ATmega328 sebagai basis (berdasarkan datasheet). Terdapat 14 pin yang dapat berfungsi sebagai input dan output digital, dimana 6 pin input bisa difungsikan sebagai output PLC, dan 6 pin input sebagai analog.
Mikrokontroler ini dilengkapi dengan osilator kristal 16 MHz,koneksi USB, colokan listrik, header ICSP, dan tombol reset. Untuk mendukung fungsionalitas mikrokontroler ini, Anda hanya perlu menghubungkan papan Arduino Uno ke komputer menggunakan kabel USB atau menghidupkannya melalui adaptor AC-DC atau baterai. Setiap dari 14 pin digital pada Arduino Uno dapat diatur sebagai input atau output dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Operasionalnya dilakukan pada tegangan 5 V. Setiap pin memiliki kemampuan menyalurkan atau menerima arus maksimum 40 mA, dan bawaan resistor pull-up (yang secara default non- aktif) dengan rentang nilai antara 20 hingga 50 kOhm.
Gambar 1.2 Arduino UNO Sensor LDR
Sensor LDR (Light Dependent Resistor) adalah resistor yang responsif terhadap cahaya, di mana nilai hambatannya berubah seiring dengan intensitas cahaya yang diterimanya. Sensor ini bekerja dengan mengubah energi dari foton menjadi elektron, di mana satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Tingkat cahaya yang diterima oleh resistor mempengaruhi perubahan nilai hambatannya. Secara umum, nilai hambatan LDR mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) saat terpapar cahaya terang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida, di mana energi dari cahaya menyebabkan pelepasan muatan atau peningkatan arus listrik, yang menandakan penurunan resistansi bahan (Saptiningsih, 2014).
Motor Stepper
Motor stepper merupakan jenis motor listrik yang beroperasi dengan berputar secara diskrit atau langkah-langkah terpisah. Motor ini mengonversi sinyal- sinyal listrik menjadi gerakan mekanis yang bersifat diskrit. Pergerakan motor stepper terjadi dalam langkah-langkah yang teratur dan dapat dikendalikan melalui mikrokontroler atau rangkaian digital.
Meskipun torsi motor stepper tidak sekuat motor DC, jenis motor ini menawarkan tingkat presisi yang tinggi dalam perputarannya. Kecepatan pergerakan motor stepper diukur dalam langkah per detik atau jumlah langkah per detik.
Motor stepper terdiri dari beberapa komponen, termasuk rotor, stator, bearing, casing, dan sumbu. Stator memiliki dua bagian, yaitu pelat inti dan lilitan.
Umumnya, pelat inti motor stepper menyatu dengan casing yang terbuat dari aluminium. Casing ini berfungsi sebagai penyangga untuk bearing dan pemegang stator yang diikat dengan empat baut.
Motor stepper dilengkapi dengan dua bearing, yaitu bearing bagian atas dan bagian bawah. Sumbu berfungsi sebagai pegangan untuk rotor, dengan sumbu ini berada di tengah rotor sehingga ikut berputar ketika rotor bergerak.
Resistor
Resistor adalah komponen elektronika dengan dua pin yang berfungsi mengatur tegangan dan arus listrik pada peralatan elektronik. Semua perangkat elektronik membutuhkan arus listrik dengan kapasitas tertentu agar dapat beroperasi. Resistor berperan untuk menghambat tegangan sehingga arus listrik yang mengalir pada rangkaian dapat disesuaikan dengan kapasitas perangkat.
Resistor memiliki fungsi sebagai pembagi tegangan, penurun tegangan listrik, pembagi arus, dan pembatas arus listrik.
Kapasitor
Kapasitor, juga dikenal sebagai kondensator, adalah komponen elektronika
pasif yang dapat menyimpan muatan listrik untuk sementara dengan satuan kapasitansinya dalam Farad. Satuan ini diambil dari nama penemunya, Michael Faraday. Dalam prakteknya, kapasitor pada peralatan elektronika umumnya diukur dalam satuan pikoFarad, NanoFarad, dan MicroFarad karena Farad merupakan satuan yang besar. Fungsi kapasitor meliputi penyimpanan arus atau tegangan listrik, konduktor untuk arus AC (Alternating Current), isolator untuk arus DC (Direct Current), filter dalam rangkaian catu daya, kopling, pembangkit frekuensi dalam rangkaian osilator, penggeser fasa, dan pemilih gelombang frekuensi (kombinasi dengan spul antena dan osilator).
Relay
Relay merupakan suatu komponen elektronika yang memiliki tampilan mirip dengan switch (saklar). Relay terdiri dari kumparan elektromagnetik (coil), armatur, dan penggerak yang dapat berupa Normally Close atau Normally Open. Fungsi utama relay adalah mengontrol lampu, memungkinkan penggunaannya untuk menyalakan atau mematikan lampu menggunakan tegangan AC sebesar 220V.
Keluaran dari relay ini adalah ground dan tegangan Vcc.
Gambar 1.3 Relay
III. METODOLOGI
Metode penelitian merupakan metode atau cara ilmiah dalam mendapatkan informasi dan data yang di lakukan peneliti dalam mendapat sebuah kesimpulan dan menyelesaikan penelitian.
Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang dipilih oleh peneliti adalah penelitian kuantitatif.
Metode Penelitian Kuantitatif adalah jenis metodologi penelitian yang keluarannya berupa penemuan-penemuan yang didapat dengan meneliti pada populasi atau sampel tertentu, pengumpulan data menggunakan instrumen penelitian, analisis data bersifat kuantitatif atau statistik, dengan tujuan untuk menguji hipotesis yang ditetapkan.
Penelitian ini juga menggunakan metode studi literatur yang merupakan kegiatan yang berkaitan dengan pengumpulan data pustaka, memahami dan mencatat, lalu mengelola data untuk penelitian.
Tujuan dari studi literatur itu sendiri yaitu mencari pondasi awal dalam membangun kerangka berpikir, landasan teori, dan juga hipotesis dari penelitian
Alur Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Sistem Alur Penelitian
Blok Diagram Rangkaian
Untuk mengimplementasikan tirai dan lampu otomatis yang akan diuji, solusinya adalah dengan menggunakan sistem terpadu.
Sistem ini melibatkan jaringan tirai dan lampu otomatis berbasis Arduino yang dikendalikan melalui perangkat mikrokontroller dan sensor LDR, seperti yang terlihat dalam ilustrasi pada gambar 3.2
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Aplikasi Pemrograman
Dalam penelitian ini, jenis aplikasi pemrograman yang dipakai peneliti yaitu program Arduino (default).
Setelah perangkat masukan, proses, dan keluaran terpasang dalam sirkuit, berikutnya adalah membuat program pada aplikasi Arduino agar sistem gorden dan lampu otomatis dapat berjalan.
Kode yang dimasukan dalam Arduino adalah perintah-perintah untuk menggerakan motor stepper agar motor dapat bergerak setelah menerima perintah dari masukan sensor LDR dalam keadaan tertentu.
Sedangkan perintah yang diberikan kepada relay adalah untuk perintah
untuk menghidupkan dan mematikan lampu sesuai dengan nilai masukan yang diberikan sensor LDR.
Gambar 3.3 Aplikasi Program Arduino IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Sensor LDR
Berikut adalah data hasil perolehan dari sensor cahaya yang menujukkan keluaran berupa tegangan (volt) dan juga intesitas cahaya yang diterima oleh sensor.
Tabel 4.1 Pengujian Sensor LDR
Hasil Pengujian Sistem Kendali Keseluruhan
Pengujian ini dilakukan secara menyeluruh, yaitu pada perangkat keras seperti motor stepper dan relay ketika menerima masukan dari sensor untuk mengevaluasi apakah alat dapat bekerja dengan baik dan memenuhi kriteria.
Tabel 4.2 Pengujian Sistem Kendali Keseluruhan
Dari 2 tabel diatas, nilai pada sensor LDR yang deprogram menjadi titik tengah adalah 100 Lux. Lebih dari atau kurang dari nilai tersebut akan mempengaruhi pergerakan motor stepper dan relay. Ketika sensor mendeteksi intesitas cahaya yang masuk lebih dari 100 Lux, maka motor stepper akan bekerja menggerakan gorden sehingga terbuka dan relay akan mematikan lampu. Sebaliknya, saat sensor mendeteksi intesitas cahaya yang masuk kurang dari 100 lux, maka motor stepper akan bergerak menutup jendela dan relay akan menghidupkan lampu.
Berdasarkan tabel, saat waktu menunjukkan pukul 06.00 pagi, lampu masih menyala dan gorden masih tertutup
yang artinya, intesitas cahaya yang diterima sensor masih kurang dari 100 lux yang menandakan pada pukul 06.00, kondisi cahaya matahari masih redup dan minim cahaya. Saat waktu menunjukkan pukul 08.00 pagi, sensor menerima intesitas lebih dari 100 lux yang cukup untuk menggerakan motor dan relay untuk membuka gorden dan mematikan lampu.
V. KESIMPULAN & SARAN Kesimpulan
Sensor LDR bekerja saat mendeteksi intesitas cahaya di luar ruangan, sedangkan motor stepper bergerak untuk membuka dan menutup gorden serta relay berguna untuk menghidupkan dan mematikan lampu. Pada saat intesitas cahaya yang dideteksi sensor kurang dari 100 Lux, motor stepper dan relay akan bergerak menutup gorden dan menghidupkan lampu. Sebaliknya, motor stepper dan relay akan bergerak membuka gorden dan mematikan lampu.
Saran
Gorden dan lampu otomatis berbasis mikrokontroller dengan sensor LDR ini masih merupakan prototipe, kedepannya peneliti berharap agar pengembangan ke versi yang asli dapat dilakukan oleh pembaca.
DAFTAR PUSTAKA
Andika, Julpri, 2013. “PENGONTROLAN ROBOT BERBASIS ARDUINO
MENGGUNAKAN ANDROID”, Jurnal Teknik Elektro Universitas Mercu Buana.
Budiharto, Widodo. 2005. Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroller.
Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.
Ahmad, A. N. dan Dharmawan, A.,
“Purwarupa Sistem Otomasi Buka Tutup Tiras Berbasis Light Dependent Resistor”, IJEIS, Universitas Gagjah Mada, Yogyakarta (2011).
Saptiningsih, Ika. (2014). my blog my adventure: Sensor Cahaya dengan Light Dependent Resistor (LDR).
“Mikrokontroler:Pengertian-Fungsi-Dan- Jenis-Jenisnya” | Media Center Institut
Teknologi Bandung.
https://mediacenter.itbmg.ac.id/mikrokontr oler-pengertian-fungsi-dan-jenis-jenisnya/
(Diakses, 12 Desember 2023).
“Mechatronic System: Automated Window Curtain using LDR | wan amir fuad wajdi othman and W. Othman -Academia.edu.”
W. Othman.
https://mediacenter.itbmg.ac.id/mikrokontr oler-pengertian-fungsi-dan-jenis-jenisnya/
(Diakses, 13 November 2023).
“Mengenal Motor Stepper: Pengertian, Cara Kerja, dan Jenisnya” |
Andalanelektro.id.
https://www.andalanelektro.id/2021/01/me ngenal-motor-stepper.html/ (Diakses, 13 November 2023)
“Klasifikasi Jenis-Jenis Metode Penelitian yang Sering Dipakai” | Gramedia https://www.gramedia.com/literasi/jenis- metode-penelitian/ (Diakses, 29 November 2023)
Ihsanto Eko, Rifky Faithul Muhamad,
“RANCANG BANGUN KENDALI
GORDENG DENGAN SAKLAR LAMPU OTOMATIS BERBASIS SMARTPHONE ANDROID”, Jakarta Barat, Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana (2015).
