AUTOLAMP

RINGKASAN

Pada saat ini jumlah kebutuhan daya listrik di Indonesia cenderung naik pesat. Peningkatan kebutuhan daya listrik dapat diakibatkan oleh penambahan beban baru, dapat juga disebabkan karena borosnya pemakaian daya listrik. Pemborosan energi listrik harus dicegah, karena pasokan daya listrik PLN semakin terbatas. Penghematan energi listrik dapat menguntungkan konsumen dan produsen.

Dengan kemajuan teknologi saat ini, campur tangan manusia dalam operasional berusaha dikurangi. Saklar otomatis akan dapat memudahkan operasional. Efektif dan efisien untuk menghindari lampu yang menyala sia-sia tanpa ada aktifitas. Penelitian ini mengambil topik tentang perancangan saklar otomatis untuk mengoperasikan beban lampu penerangan suatu ruangan.

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat suatu sistem lampu otomatis untuk penerangan ruangan berdasarkan keberadaan manusia dan dengan mempertimbangkan intensitas cahaya pada ruangan tersebut untuk membantu penghematan penggunaan energi listrik.

Perancangan sistem yang akan dibuat ini dibagi menajdi 2 yaitu hardware dan software. Tubuh manusia merupakan sumber panas yang memancarkan radiasi energi berupa sinar inframerah yang mempunyai panjang gelombang  6,5 sampai 14 µm pada suhu lingkungan 27^oC (300 K). Apabila manusia bergerak maka akan terdapat perbedaan antara temperatur yang dipancarkan tubuh manusia dengan temperatur lingkungan di sekitarnya.

Perubahan temperatur ini dideteksi oleh sensor pyroelectric (PIR) yang peka terhadap radiasi inframerah. Selain sensor pyroelectric (PIR), terdapat juga sensor cahaya (LDR) yang akan memberikan informasi tentang intensitas cahaya di dalam ruangan. Informasi ini nantinya akan digunakan oleh mikrokontroler untuk mengambil keputusan perlu tidaknya lampu dihidupkan meskipun sensor pyroelectric telah mendeteksi kehadiran seseorang di dalam ruangan.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Sejalan dengan perkembangan pembangunan, jumlah kebutuhan daya listrik di Indonesia cenderung naik pesat. Peningkatan kebutuhan daya listrik dapat diakibatkan oleh penambahan beban baru, dapat juga disebabkan karena borosnya pemakaian daya listrik. Pemborosan energi listrik harus dicegah, karena pasokan daya listrik PLN semakin terbatas. Penghematan energi listrik dapat menguntungkan konsumen dan produsen.

Beban lampu penerangan dalam suatu ruangan lazimnya dioperasikan secara manual oleh manusia. Dengan kemajuan teknologi saat ini, campur tangan manusia dalam operasional berusaha dikurangi. Saklar otomatis akan dapat memudahkan operasional. Efektif dan efisien untuk menghindari lampu yang menyala sia-sia tanpa ada aktifitas. Tujuannya tak lain untuk menghindari pemborosan energi listrik.

Penelitian ini mengambil topik tentang perancangan saklar otomatis untuk mengoperasikan beban lampu penerangan suatu ruangan. Saklar otomatis ini menggunakan masukan berupa sensor kehadiran orang jenis passive infrared (PIR)  dan sensor intensitas cahaya jenis  light dependent resistor (LDR). PIR termasuk sensor pyroelectric yang mempunyai respon sesaat ada perubahan panas. Sumber panas diradiasikan dengan infra merah.

Tubuh manusia menghasilkan energi panas yang diradiasikan dengan infra merah. Radiasi panas tubuh manusia akan diterima sensor untuk respon masukan rangkaian. Rangkaian lengkap terdiri dari  passive infrared  sensor, lensa fresnel, rangkaian utama,  power supply, LDR  dan beban lampu penerangan. Pada intinya  PIR  dan  LDR  ini akan menjadi driver transistor. Transistor yang berfungsi sebagai saklar elektronik yang akan memutus dan menghubungkan beban lampu penerangan.

Lampu penerangan suatu ruangan akan menyala sendiri apabila ada orang dalam ruangan tersebut dengan intensitas cahaya redup, dan akan pada dengan sendirinya bila orang tersebut keluar ruangan. Dengan kata lain sensor kehadiran orang dan sensor intensitas cahaya ini akan diaplikasikan sebagai saklar otomatis.

1.2  Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat suatu sistem lampu otomatis untuk penerangan ruangan berdasarkan keberadaan manusia dan dengan mempertimbangkan intensitas cahaya pada ruangan tersebut untuk membantu penghematan penggunaan energi listrik.

1.3  Pembatasan Masalah

Batasan masalah dalam pembuatan sistem perancangan lampu otomatis ini adalah sebagai berikut :

1.      Peralatan listrik yang digunakan sebagai objek meliputi ruangan kelas, dosen dan lorong koridor.

2.      Peralatan listrik yang menjadi sasaran utama adalah lampu penerangan ruangan.

3.      Ukuran dari sistem dibuat seminimal mungkin agar dapat ditempatkan dalam suatu tempat yang tidak memakan banyak ruang.

4.      Menggunakan dua buar sensor untuk mengaktifasi dari peralatan listrik tersebut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penghematan Energi

Pada masa sekarang ini energi yang ada telah berlimpah dan merupakan penyokong dari kehidupan manusia. Tetapi ada tindakan manusia yang menghambur – hamburkan atau melakukan pemborosan pada energi yang telah ada. Salah satunya adalah energi listrik. Untuk mencegah pemborosan energi yang tidak terpakai ini saklar otomatis merupakan solusi yang cukup tepat.

Dengan menggunakan saklar otomatis penggunaan energi yang digunakan dapat terkontrol. Sebagai contoh, bila seseorang lupa mematikan lampu penerangan 40 watt dalam ruangan selama 5 jam, maka akan terjadi pemborosan energi listrik sebesar Dengan penghematan satu lampu selama 5 jam dapat menghemat energi listrik sebesar 0,2 KWh atau 200 Wh. Bila suatu ruangan menggunakan puluhan lampu, maka akan lebih banyak menghemat lagi. Penggunaan energi listrik tercatat dalam daya meter PLN. Nilai tagihan rekening listrik dihitung dari Rp/KWh selama satu bulan.

2.2 Light Dependent Resistor (LDR)

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa.

Sebuah Foto-resistor atau LDR adalah komponen yang menggunakan foto-konductor di antara dua pin-nya. Saat permukaannya terpapar cahaya akan terjadi perubahan resistansi di antaranya.

Mekanisme di balik Foto-resistor atau LDR adalah foto-konduktivitas, yaitu suatu peristiwa perubahan nilai konduktansi bahan semikonduktor saat energi foton dari cahaya diserap olehnya. Ketika digunakan sebagai Foto-resistor atau LDR, bahan semikonduktor hanya digunakan sebagai elemen resistif dan tidak ada koneksi PN-nya. Dengan demikian, Foto-resistor atau LDR adalah murni komponen pasif.

2.3 Passive Infrared Sensor

Sensor gerak PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang berfungsi untuk pendeteksi gerakan yang bekerja dengan cara mendeteksi adanya perbedaan/perubahan suhu sekarang dan sebelumnya. Sensor gerak menggunakan modul pir sangat simpel dan mudah diaplikasikan karena Modul PIR hanya membutuhkan tegangan input DC 5V cukup efektif untuk mendeteksi gerakan hingga jarak 5 meter. Ketika tidak mendeteksi gerakan, keluaran modul adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH. Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik. Sensitifitas Modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak 5 meter memungkinkan kita membuat suatu alat pendeteksi gerak dengan keberhasilan lebih besar.

Sensor ini biasanya digunakan dalam detektor gerakan. Karena semua benda memancarakan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu misal manusia melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda misal dinding, makan sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingg jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu Lensa Fresnel, Penyaring Infra Merah, Sensor Pyroelek,Penguat Amplifier dan Komparator.

2.4 Relay

DI-Relay 1 adalah modul relay SPDT (single pole double throw) yang memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap arus dan tegangan yang besar, baik dalam bentuk AC maupun DC. Sebagai  electronic switch  yang dapat digunakan untuk mengendalikan ON/OFF peralatan listrik berdaya besar.

Spesifikasi:

1.  Menggunakan relay HKE HRS4H-S-DC5V.

2.  Menggunakan tegangan rendah +5 volt sehingga dapat langsung dihubungkan pada sistem mikrokontroler.

3.  Tipe relay SPDT (single pole double throw): 1 common, 1 NC (normally close) dan 1 NO (normally open).

4.  Memiliki daya tahan sampai dengan 10A.

5.  Pin pengendali dapat dihubungkan dengan pin mikroprosesor mana saja, sehingga membuat pemrogram dapat leluasa menentukan pin mikrokontroler yang digunakan sebagai pengendalinya.

6.  Dilengkapi rangkaian penggerak (driver) relay dengan level tegangan TTL sehingga dapat langsung dikendalikan oleh mikrokontroler. 

7.  Driver bertipe active high atau kumparan relay akan aktif saat pin pengendali diberi logika 1.

8.  Driver dilengkapi rangkaian peredam GGL induksi sehingga tidak akan membuat reset sistem mikrokontroler.

2.5 Mikrokontroller Raspberry Pi

Raspberry Pi (juga dikenal sebagai RasPi) adalah sebuah SBC (Single Board Computer) seukuran kartu kredit yang dikembangkan oleh Yayasan Raspberry Pi di Inggris (UK) dengan maksud untuk memicu pengajaran ilmu komputer dasar di sekolah-sekolah.

Raspberry Pi menggunakan system on a chip (SoC) dari Broadcom BCM2835, juga sudah termasuk prosesor ARM1176JZF-S 700 MHz, GPU VideoCore IV dan RAM sebesar 256 MB (untuk Rev. B). Tidak menggunakan hard disk, namun menggunakan SD Card untuk proses booting dan penyimpanan data jangka-panjang. Pada saat awal tersedia dua versi, yang harganya US$ 25 dan US$ 35. Yayasan tersebut mulai menerima pesanan untuk model yang lebih tinggi harganya mulai 29 Februari 2012.

Yayasan tersebut juga menyediakan distribusi Debian dan Arch Linux ARM untuk siap diunduh. Juga disediakan beberapa tools untuk mendukung pemrograman bahasa utama Python, yang mendukung BBC BASIC (menggunakan tiruan “Brandy Basic”) dan Perl.

Untuk menggunakan Raspberry pi kita memerlukan operating system (contoh OS : windows, linux,mac ,Unix)  yang  dijalankan dari SD card pad board Rasberrry  tidak seperti pada board microcontroller AVR yang selama ini kita pakai tanpa OS .  Operating system yang  banyak dipakai  antara lain  Linux  distro Raspbian . OS disimpan di SD card  dan saat proses boot  OS hanya bisa dari SD card tidak dari lokasi lain.

OS  yang bisa di jalankan di Raspberry board antara lain :  Arch Linux ARM, Debian GNU/Linux, Gentoo, Fedora, FreeBSD, NetBSD, Plan 9, Inferno, Raspbian OS, RISC OS dan  Slackware Linux.

Jadi dalam menggunakan microcomputer  Raspberry Pi ini kita seperti  menggunakan PC yg berbasis linux  plus  yang mempunyai input output digital seperti  yang ada di board microcontroller.

BAB III

METODE PELAKSANAAN

3.1 Perancangan Sistem

Perancangan sistem yang akan dibuat ini dibagi menajdi 2 yaitu hardware dan software.Tubuh manusia merupakan sumber panas yang memancarkan radiasi energi berupa sinar inframerah yang mempunyai panjang gelombang  6,5 sampai 14 µm pada suhu lingkungan 27^oC (300 K). Apabila manusia bergerak maka akan terdapat perbedaan antara temperatur yang dipancarkan tubuh manusia dengan temperatur lingkungan di sekitarnya.

Perubahan temperatur ini dideteksi oleh sensor pyroelectric (PIR) yang peka terhadap radiasi inframerah. Selain sensor pyroelectric (PIR), terdapat juga sensor cahaya (LDR) yang akan memberikan informasi tentang intensitas cahaya di dalam ruangan. Informasi ini nantinya akan digunakan oleh mikrokontroler untuk mengambil keputusan perlu tidaknya lampu dihidupkan meskipun sensor pyroelectric telah mendeteksi kehadiran seseorang di dalam ruangan.

3.2 Desain Sistem Lampu Otomatis

Dalam pembuatan suatu alat, pada awalnya hal yang perlu diperhatikan adalah kemasan yang menarik dan tidak memakan banyak tempat. Maka dalam pembuatan alat atau sistem ini perlu didesain sedemekian rupa sehingga pengguna meletakkan dan menggunakan alat secara mudah.

Adapun Blok diagram dari sistem lampu otomatis ini sebagai berikut.

 

Blok Diagram yang diatas dapat diketahui alur dari sistem tersebut yaitu pada awal start dari sistem LDR akan melakukan pengukuran intensitas cahaya yang ada di ruangan tersebut. Jika intensitas rendah maka seharusnya lampu menyala jika intensitas cukup LDR tidak akan meneruskan untuk menyalakan lampu. Kemudian setelah LDR mengecek intensitas ruangan, PIR sebagai sensor gerak atau untuk mendeteksi kegiatan di ruangan tersebut melakukan pengecekan. Jika di ruangan tersebut terdapat seseorang maka lampu menyala tetapi jika di dalam ruangan tersebut tidak ada seseorang maka lampu akan mati dengan sendiri. Dengan keadaan seperti yang akan dilakukan oleh pendeteksian LDR dan PIR maka akan diproses dan dibuat programnya pada mikrokontroller Raspberry pi dan diolah sesuai dengan tabel kebenaran yang telah ditentukan untuk membuat sistem tersebut. Kemudian setelah diolah pada mikrokontroller, mikrokontroller akan mengaktifkan relay jika akan menyalakan atau mematikan lampu. Relay berfungsi sebagai saklar untuk menghubungkan mikrokontroller pada lampu di ruangan tersebut.

Dari hasil uji coba yang dilakukan langsung pada Lampu otomatis ternyata hasil yang didapat sesuai dengan yang diharapkan, dimana bila intensitas cahaya kurang mencukupi dan terdapat aktivitas didalam suatu ruangan maka mikrokontroller akan memerintahkan lampu penerangan ruangan tersebut untuk dinyalakan tanpa pengguna mencari-cari Lampu yang ada didalam ruangan tersebut, begitu pula saatpengguna meninggalkan ruangan tersebut maka dalam durasi yang telah ditentukan lampu penerangan ruangan tersebut akan dimatikan secara otomatis, sehingga penghematan energi dapat tercapai saat pengguna lupa mematikan lampu penerangan yang telah selesai digunakan.

Tabel Analisis Saklar Lampu Otomatis

No.	Sensor Cahaya (LDR) Intensitas Cahaya	Sensor PIR Aktifitas Ruangan	Lampu
1	Kurang	Tidak Ada	Mati
2	Kurang	Ada	Menyala
3	Cukup	Tidak Ada	Mati
4	Cukup	Ada	Mati

Setelah berhasil melakukan analisis dari sistem tersebut. Sistem kemudian dibuat atau dikemas seminimal mungkin dan menarik agar pengguna dapat menggunakan secara aman dan nyaman. Sistem lampu otomatis ini diharapkan akan mengurangi pemborosan energi dan dapat lebih efisien untuk menghemat energi yang dipakai dalam kehidupan sehari – hari.