Rekabentuk dan pengujian sistem pencahayaan automatik

(1)

REKABENTUK DAN PENGUJIAN SISTEM PENCAHAYMN AUTOMATIK

MICHAEL PITA CHAI

DISERTASI INI DIKEMUKAKAN UNlUK MEMENUHI SEBAHAGIAN DARIPADA SYARAT MEMPEROLEHI DAZAH SARJANA MUDA SAlNS DENGAN KEPUJIAN

t'tHPUSTAMAN Uf'lVERSm MAlAYSIA SABAV

PROGRAM FlZIK DENGAN ELEKTRONIK SEKOLAH SAlNS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSm MALAYSIA SABAH

2010

PERPUSTAKAAN UMS

11~li~ll~lll~n~~ ~il~l~ II~ ill

*1000353628*

UMS

UNIVERSITI MALAYSIA SA BAH

(2)

UNIVERSITI MALA YSlA SABAH

BORANG PENGESAHAN STATUS TESIS@

JUDUL: ~k.1\

t.

E IV, ~ DA~

f

&"lvt vS\Ar-.J l....\ TAR

fE-"'-.l

<'~Ht\'i'~'~,...J 'svToI\,\AT\'¥:-

SAYA m\<:HJ\[L PtrA C.~A' (HURUF BESAR)

SESJ PENGAJIAN:~Il:ot ,

loc~"'lo,o

mengaku membenarkan tesis (LPSMISarjana/Doktor Falsafah) ini disimpan di Perpustakaan Universiti Malaysia Sabah dengan syarat-syarat kegunaan seperti berikut:-

I. Tesis adalah hakmilik Universiti Malaysia Sabah.

2. Perpustakaan Universiti Malaysia Sabah dibenarkan membuat salinan untuk tujuan pengajian sahaja.

3. Perpustakaan dibenarkan membuat salinan tesis ini sehagai bahan pertukaran antanl institutsi pengajian tinggi.

4. Sila tandakan ( I )

D D o

SULIT

TERHAD

TIDAK TERHAD

(Mengandungi maklumat yang berdarjah kesdamatan atau Kepentingan Malaysia seperti yang termalctub di dalam AKT A RAHSIA FASMJ 1972)

(Mengandungi maklumat TERHAD :yang telah ditentukan oleh organisasilbadan di mana penyelidikan dijalankan)

Disahkan Oleh rt.M"ij;) I i\MAI\

-

0l.·O

uttlVERSlTl MALAYSIA SABA"

~

(TAiI!1rANGAN PENULIS) {TANDATANGAN

PUSTAlUftOR'WI~

^BINn

IS~

CAT AT AN:- ·Potong yang tidak berkenaan .

UeRARIAN J~~.:

.

..SA~~L.1.f#rlveRsm '~ALAYSIA S

Nama Penyelia Tarikh:_._ ._

•• Jika tesis ini SULIT atau TERHAD. sila lampirkan surat daripada pihak berkuasa /organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali sebab dan tempoh tesis ini perlu dikelaskan sebagai SUUT dan TERHAD.

@Tesis dimaksudkan sebagai tesis bagi Ijazah Doktor Falsafah dan Sarjana steara penyelidikan atau disertai bagi pengajian seeara kerja kursus dan Laporan Projek Sarjana Muda (LPSM).

UMS

(3)

PENGAKUAN

Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang setiap satunya telah dijelaskan sumbemya.

t"E.RPUSTAMAN UN1VERSlTI MAlAYSI4 SABA ..

ii

MICHAEL PITA CHAI (6507110435)

6 April 2010

(4)

DIPERAKUKAN OLEH

Tandatangan

1. PENYEUA

( En Saafie Salleh )

2. PEMERIKSA

(Prof. Dr Fauziah Haji Aziz )

3.DEKAN

(Prof. Dr. Mohd. Harun Abdullah)

iii

UMS

(5)

ABSTRAK

Satu litar pencahayaan automatik dipasang kepada lampu rumah bertujuan untuk membantu memudahkan penggunaanya. Penggunaan sistem Iitar ini pada lampu rumah sedikit sebanyak memberi kelebihan untuk memastikan yang lampu rumah dapat dipasang pada suasana persekitaran yang gelap secara automatik tanpa menyentuh suisnya terutamanya ketika penghunl tiada di rumah. Dalam kajian inl satu sistem Iitar pencahayaan automatik dibina. Pembinaannya dilakukan dengan membina Iitar suis pengesan cahaya ini dan memasangkannya pada sistem lampu rumah. Keamatan cahaya yang ditetapkan adalah berdasarkan kemampuan penglihatan untuk melihat objek dalam suasana gelap. Tahap kemampuan penglihatan yang minimum dijadikan kadar keamatan cahaya minimum untuk operasi litar pengesan iaitu pada nilai (3.00 ± 0.01) V oleh bacaan meter keamatan mudah. Suis automatik bagi sistem lampu rumah ini berfungsl untuk menyalakan lampu pada tahap keamatan cahaya yang minimum dan bertindak memutuskan Iitar pada keamatan cahaya yang tinggi.

iv

UMS

UNIVERSITI MALAYSIA SA8AH

(6)

DESIGN AND TE5nNG AN AUTOMATIC UGHTlNG SWITCH

ABSTRACT

An automatic lighting switch was installed to a house lighting system to help ease the use of it. The automatic switch will to ensure the light switch on automatically without touching diversion and also when residents are not at home. In this study, an automatic lighting system using a light detector was build and installed to the house lighting system. The light intensity is determined based on visual ability to analyze object In dark environments. The minimum light intenSity was used for the operation of the circuit is (3.00 ± 0.001) V and (46 ± 1) lux by the reading of a simple light meter and luxmeter.

This automatic SWitch for the house lighting system will be switched on during minimum light intenSity and switched off during high light Intensity.

v

UMS

UNIVERSITI MAlAYSIA SABAH

(7)

PENGHARGAAN

Terlebih dahulu, saya bersyukur kepada Tuhan kerana memberikan saya semangat dan idea dalam menjayakan projek Ini.

Saya ingin mengambil kesempatan untuk mengucapkan setinggi-tinggi perhargaan dan terima kasih kepada penyelia projek laltu En Saafie Salleh kerana memberi banyak member tunjuk ajar dan bantuan untuk menyiapkan projek Ini. Saya juga ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pensyarah program Fizik Oengan Elektronik dan pensyarah-pensyarah lain yang terbabit dalam menjayakan projek saya ini.

lidak juga dilupakan, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada para pembantu makmal Sekolah Sains dan Teknologi kerana membantu meminjamkan alat dalam menjayakan projek ini.

Akhir sekali, penghargaan juga ditujukan kepada ahli keluarga saya dalam membantu menjayakan projek inl terutamanya dalam bentuk kewangan. Tldak lupa juga ucapan terima kasih juga saya ucapkan kepada rakan-rakan seperjuangan saya dalam membantu menjayakan projek info

Terima kasih saya ucapkan kepada kalian semua.

vi

UMS

UNIVERSITI MALAYSIA SABAH

(8)

KANDUNGAN

Muka Surat

PENGAKUAN ii

DIPERAKUIOLEH iii

PENGHARGAAN Iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KANDUNGAN vii

SENARAI RAJAH x

SENARAI FOTO xi

SENARAI SIMBOL xii

SENARAI JADUAL xiii

SENARAI GRAF

xiv

BABl

PENGENALAN

1

1.1 LATAR BELAKANG PROJEK 1

1.2 MATLAMAT PROJEK 3

1.3 SKOP PROJEK 3

1.4 HIPOTESIS 4

vii

UMS

(9)

BAB2

ULASAN PERPUSTAKAAN

⁵

2.1 LOR (UGHT DEPENDENT RESISTOR) 5

2.1.1 BINAAN LOR 6

2.2 PERINTANG 8

2.3 TRANSISTOR 13

2.4 GEGANTI

14

2.5 0100 ¹⁵

2.6 I.C. (INTERGRATED ORCUtT) 16

2.7 UTAR PENGESAN CAHAYA 18

BAB3

METODOLOGIDANBAHAN

²⁰

3.1 PENGENALAN 20

3.2 PENYEDIAAN BAHAN DAN PERAlA TAN 21

3.2.1 PERAlA TAN MAKMAL 21

3.2.2 KOMPONEN ELEKTRONIK 22

3.3 METADOLOGI KAJIAN 23

3.3.1 LITAR PENGESAN CAHAYA 24

3.3.2 MENENTUKAN KEAMATAN CAHAYA 27

3.3.3 PEMASANGAN lITAR PENGESAN CAHAYA PADA LAMPU RUMAH 29

viii

UMS

UNIVERSITI MAtJ\YSIA SA8AH

(10)

BAB4 KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 30

4.1 PENGENALAN 30

4.2 MASALAH-MASAlAH YANG DIHADAPI SEPANJANG PROJEK 31

4.3 KEPlfTUSAN EKSPERIMEN 32

4.3.1 PENENl1JAN KEAMATAN CAHAYA MELALUI PENGUJIAN

BACAAN METER KEAMATAN CAHAYA 32

4.3.2 PENENl1JAN KEAMATAN CAHAYA PERSEKITARAN 34

4.4 PERBINAAN UTAR 38

4.4.1 UTAR SISTEM PENCAHAYAAN UNTUK LAMPU RUMAH 39 4.5 PENYAMBUNGAN UTAR PENGESAN CAHAYA PADA LAMPU RUMAH 41

BABS KESIMPULAN 43

5.1 KESIMPULAN 43

RUJUKAN 44

ix

UMS

UNIVERSITI MAlJ\YSIA SABAH

(11)

SENARAI RAJAH

No. Tajuk Halaman

2.1 Binaan LOR (Malvino, 1989) 6

2.2 Simbol bagi perlntang boleh ubah 10

2.3 Simbol bagi perlntang tetap 10

2.4 Nilai rlntangan berdasarkan jalur pada badan perintang 12

2.5 Simbol bag! transistor NPN dan PNP 14

2.6 Simbol dan contoh bagl geganti 14

2.7 Simbol bagl diod 15

2.8 Simbol untuk !itar bersepadu OP-AMP 17

2.9 Utar pengesan cahaya 18

3.1 Carta alir prosedur membina \itar pengesan cahaya 23

3.3 Transistor NPN 25

3.4 Cara menguji transistor 26

3.5 Meter keamatan cahaya mudah 27

4.1 Skema \itar sistem pencahayaan bagi lampu rumah 39

x

UMS

(12)

SENARAI FOTO

No. Tajuk Halaman

2.1 Contoh-contoh LOR 5

2.2 ORP12 7

2.3 Contoh-contoh perintang 8

2.4 Contoh-contoh transistor 13

2.5 Diad 15

2.6 Utar bersepadu (I.C.) 16

3.1 Luxmeter 28

3.2 Contoh lampu rumah kos rendah 29

4.2 Utar pengesan cahaya yang dlsambung pada lampu 41 rumah

4.3 Pengsuisan litar pengesan cahaya terhadap lampu 42 rumah

xi

UMS

(13)

Q Ohm

v

Voltan atau beza upaya

R Rintangan I Arus

RT Jumlah rintangan

SENARAI SIMBOL

xii

..

_~'

...

UMS

(14)

SENARAI JADUAL

No. Tajuk Halaman

2.1 Kod Wama Perintang (Yahya Emat, 1990) 11

4.1 Pencahayaan persekitaran yan berbeza menggunakan 33 meter keamatan cahaya

4.2 Pencahayaan pad a persekitaran yang berbeza dalam 34 unit lux (Schubert, 2005)

4.3 Pengukuran keamatan cahaya menggunakan meter 35 keamatan cahaya

4.4 Pengukuran keamatan cahaya menggunakan Luxmeter 36

xiii

(15)

SENARAI GRAF

No. Tajuk Halaman

4.1 Volt melawan Lux 37

xiv

UMS

UNIVEASITI MALAYSIA SA BAH

(16)

BABl

PENGENALAN

1.1 ^LatarBelakang Projek

Pad a zaman moden dan canggih kini, manusia menggunakan banyak peralatan elektrik dan elektronik. Salah satunya lalah lampu elekbik yang digunakan untuk menggantikan pelita dan liIin yang altematifnya untuk mencerahkan rumah pada waktu malam. Lampu elektrik pada zaman kinl kebanyakannya menggunakan suis secara manual yang beroperasi untuk menghidupkan dan mematikan lampu. Walaubagaimanapun, suis secara manual Ini boleh mendatangkan masalah seldranya tiada Individu yang mengawal suis tersebut. Lampu di kawasan luar rumah sering diabaikan kerana ianya menjadi perkara yang Jeceh untuk menghidupkan lampu pada waktu malam clan mematikannya pada waktu pagi. Kawasan luar rumah yang gelap boleh menarik perhatian pencuri untuk mengganggu peralatan atau kenderaan yang terletak di luar rumah.

Dalam projek Inl, kita akan menggunakan cahaya sebagal pengaktif suis untuk lampu elektrik melalul litar pengesan cahaya. Utar pengesan cahaya mampu berfungsi

c: z

== ,..,

~ ~

-

UMS

(17)

sebagai suis dengan mengesan keamatan cahaya antara cerah dan gelap. Utar ini menggunakan komponen LOR (light dependent resistor) iaitu perintang peka cahaya yang peka terhadap perubahan cahaya. Penggunaan LOR membolehkan suatu litar elektronik mengesan perubahan keamatan cahaya kerana nilai rintangan LOR berubah mengikut jumlah cahaya yang diterima. LOR juga merupakan satu peranti yang berkos rendah dan mudah didapati di pasaran. Penggunaan pengesan cahaya pada peranti lain melibatkan penggunaan tenaga sepanjang penggunaannya oleh arus yang mengalir dalam litar. Pengaktifan litar hanya pada saat proses pengesanan sahaja boleh menjimatkan tenaga.

Oalam pembinaan litar suis cahaya, LOR pada litar pembahagi voltan membolehkan litar berfungsi sebagai suis apabila voltan yang cukup dibekalkan pada transistor untuk menghidupkan geganti. Nilai rintangan perintang peka cahaya akan berubahan berkadaran dengan keamatan cahaya. Perubahan voltan pada litar pembahagl voltan Inl akan mempengaruhl keadaan transistor yang kemudiannya bertindak mengaktifkan atau menyahaktifkan geganti. Geganti merupakan elektromagnet yang bertindak sebagai suis yang menghubungkan litar atau memutuskannya.

2

UMS

(18)

1.2 Matlamat Projek

Tujuan projek inl adalah untuk membuat suis yang menggunakan pengesan cahaya dalam Iitar yang berfungsi sebagal alat kawalan kepada lampu elektrik. Pengaktifan Iitar pengesan pada keamatan cahaya yang ditetapkan bertujuan untuk menjimatkan tenaga pada suasana yang cerah.

1.2 Objektif Projek

a. Membina satu Iitar pengesan cahaya dengan menggunakan LOR.

b. Menentukan keamatan cahaya minimum bagi operasi litar pengesan.

c. Menentukan keberkesanan Iitar pengesan cahaya

d. Mengubahsuai Iitar untuk meningkatkan kecekapan litar

1.3 Skop Projek

Skop projek ini adalah bagl memastikan Iitar pengesan cahaya yang berfungsi sebagai suis yang melengkapkan Iitar pada keamatan cahaya yang minimum untuk mengaktifkan lampu elektrik. Pengaktifan berdasarkan keamatan cahaya yang ditetapkan pada Iitar bertujuan untuk menjimatkan tenaga dan mengelaki<an pembaziran tenaga pada keadaan yang cerah.

3

UMS

UNIVERSITI MALAYSIA S BAH

(19)

1.4 Hi~s

Hipotesis projek ini adalah pada keamatan cahaya yang minimum, litar pengesan akan mengaktitkan lampu elektrik. Pada keamatan cahaya yang tinggi, Iitar pengesan cahaya akan menyahaktifl<an lampu elekbik.

4

UMS

UNIVEASITI MALAYSIA SABAH

(20)

BAB2

ULASAN PERPUSTAKAAN

2.1 LDR (Light Dependent Resistor)

Foto 2.1 Contoh-contoh LDR yang terdapat dalam pelbagai saiz

UMS

UNIV RSITI MA YSIA SA BAH

(21)

LOR yang lebih dikenali sebagai perintang peka cahaya merupakan satu transduser masukan yang menukarkan keceraha kepada rintangan. Bahan yang kerap digunakan adalah plumbum sulfida (PbS), plumbum selenida (PbSe) dan kadmium sulfida (CdS).

Bahan-bahan ini merupakan bahan semikonduktor yang mana nilai rintangannya berubah mengikut pada kadar cahaya kecerahan yang megenainya. Nilai rintangannya boleh diperoleh dengan mengukur menggunakan ohmmeter. Kebanyakan LOR yang biasa digunakan dalam litar, nilai rintangan maksimumnya adalah kira-kira 1 MQ dalam keaadaan gelap dan rintangan minimum pula pada sekitar 100 Q pada pendedahan cahaya yang sangat tinggi. (Emat dan Abd. Manan, 1990).

2.1.1 Binaan LDR

.\ ur l'd\

H.11l! n 'nm\..,'ndllld •• r t Ii'

~

--

1 _ _ __ _

I I

Rajah 2.1 Binaan LOR (Malvino, 1989)

LOR terdiri daraipada lapisan nipis semikonduktor dan dua elektrod yang tertanam berbentuk sikat ram but yang disusun berselang-seli tanpa sentuhan antara satu sama lain. Perubahan rintangan yang dihasilkan oleh LOR adalah rintangan antara elektrod ini.

6

UMS

(22)

Nilai rintangan ini pula dipengaruhi oleh halaju cahaya, warna dan frekuensi cahaya bergantung kepada jenis bahan semikonduktor yang digunakan (Malvino, 1989).

Pada masa kini, LDR terdiri daripada pelbagai saiz dan bentuk mengikut spefikasi Iitar elektronik yang dihasilkan. ORP12 merupakan jenis LOR yang paling popular digunakan sebagai komponen dalam suatu Iitar elektronik. Pada keadaan yang cerah, nilai rintangan ORP12 boleh menjadi serendah 80 0 dan pada keadaan yang gelap, nilai rintangannya boleh mencapai nilai maksimum sehingga 1 MO. ia juga boleh digunakan dalam litar yang menggunakan voltan tinggi yang mencecah nilai maksimum sehingga

110

v.

Foto 2.2 ORP12

7

u s

UNIV ASITI MALAYSIA SABAH

(23)

2.2 PERINTANG

Foto 2.3 Contoh-contoh perintang

Perintang digunakan dalam litar untuk mendapatkan nilai arus yang dikehendaki. Nilai perintang ditentukan oleh nisbah beza upaya (voltan) yang merentangi pangkalannya dengan arus yang melaluinya. Perintang dapat menghadkan jumlah arus yang merentasi berdasarkan kepada Hukum Ohm yang dinyatakan sebagai;

Oi mana,

R= -V I

R = nilai rintangan

v

⁼beza upaya pad a litar I = Arus yang merentasi litar

Unit rintangan ialah ohm (Q). Hukum Ohm mengaitkan rintangan kepada beza upaya dan arus di mana perubahan yang berlaku pada voltan dan arus turut mempengaruhi nilai rintangan dalam litar. Perintang dikatakan unggul apabila arus yang mengalir melaluinya berkadar terus dengan beza upaya yang merintangi pangkalannya di mana ia menuruti Hukum Ohm. Perintang ini dikatakan linear. Jika nilai arus tidak

8

UMS

(24)

berkadaran dengan beza upaya yang merintangi perintang, ini bermakna nilai rintangan berubah terhadap arus dan beza upaya di mana ianya juga tidak menuruti Hukum Ohm dan juga tidak linear (Syed Idris Syed Hassan, 1999).

lumlah rintangan dalam suatu litar dikira berdasarkan cara susunannya.

Umumnya, perintang boleh disusun secara selari dan sesiri. Untuk mengira jumplah rintangan dalam litar sesiri, rumus inl digunakan:

Rr

=

Rl

+

_Rz

+ ... +

R,v

dan untuk litar selari pula, rum us berikut digunakan untuk mengira jumlah rintangan dalam litar:

1 1 1

Rr

=-+-+···+-

Rl R

z

^R.If

di mana, R r = Jumlah rintangan R1 = Nilai rintangan pertama Rz ⁼Nilai rintangan kedua R • .., = Nitai rintangan ke-N

Perintang boleh dibahagikan kepada dua jenis, iaitu perintang boleh ubah dan perintang tetap. Perintang boleh ubah digunakan apabila nilai rintangan di dalam sesuatu litar pertu diubah mengikut kehendak litar pada bila-bila masa.

Perintang Ini mempunyai terminal pada setiap hujungnya sebagai elemen rintangan tetap dan terminal yang ketiga pula disambungkan kepad lengan

9

(25)

RUlUKAN

Emat, Y dan Abet. Manan, M. N., 1989. Elektronik Perindustrian, Jilid 1. Dewan Bahasa dan Pustaka.

Emat, Y. dan Abet. Manan, M. N., 1990. Elektronik Perindustrfan, Jilid 2. Dewan Bahasa dan Pustaka.

Gregory, B. A., 1993. Pengenalan Peralatan Elektrik dan Sistem Sukatan. Abd. latiff Md. Ahood dan Che Mat Hadzer Mahmud. Dewan Bahasa dan Pustaka, Kuala Lumpur.

Grab, B. & Schultz, M. E., 2003. Basic Electronics 9th Ed. McGraw Hill Inc., New York.

Majlis, B. Y., 1992. Peranti dan Utar Analog. Dewan Bahasa dan Pustaka, Kuala Lumpur.

Malvino, A. P., 1989. Electronics Principle, Fourth Ed. McGraw Hill International Editions, New York.

Marizan Sulaiman, 1999. Teknolog/ Elektrik dan Peranti Sistem Kuasa. Universitl Sains Malaysia

Mohd. Hasbullah b. Othman, 2007. Sistem Pencahayaan Bagi Peti Peralatan. Disertas\

Sarjana Muda Sains, Universiti Malaysia Sabah.

Sclater, N., 1999. ElectroniCS Technology Handbook. McGraw Hill. United States of America.

SelWay, R. A. & Vuille, C., 2007. selWay's Essentials of College Physics, Intemational Student Ed. Thomson Brookes/Cole.

Syed Idris Syed Hassan, 1999. Teknologi Elektrik, Analisis Utar. Universiti Sains Malaysia

Wikipedia, the free encyclopedia, 2006. http://en.wikipedia.org/wiki/electronics