LED Radiation Pattern Measurement Based On PC

FINAL PROJECT

  

LED Radiation Pattern Measurement Based On PC

Presented As Partial Fulfillment Of

The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik

  

Degree In Electrical Engineering

By:

  

Darmero Kembaren

995114018

Electrical Engineering Study Program

Electrical Engineering Departement

  

Engineering Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

2007

  

ABSTRACT

The necessity of illumination makes people improves the lightning

technology started from bulb, neon, to LED. LED is one of lightning technology that

people most used this latter. LED radiation pattern measurement based on PC is one

of lots measurement devices to know what the radiation pattern form by the LED.

  If we already know the radiation pattern of LED, it is easy to further

analyze the LED. Radiation pattern can be made by calculating every data input of

intensity in every angle. Sensor of this device will move 180 degree from left to right

and took intensity data every 1.8 degree, centered on LED and crossing the top point

of LED.

  This device can analyze LED between 0 Lux to 1000 Lux. This device is

calibrated with the light meter Luxtron LX-150. Other advantage using computer,

beside easy to read is that the pattern result can be save in the hard drive for each

LED.

  

INTISARI

Kebutuhan akan alat penerangan membuat manusia mengembangkan

teknologi penerangan, mulai dari lampu pijar, neon, sampai dengan LED. LED

merupakan salah satu teknologi penerangan yang belakangan ini semakin banyak

digunakan. Penggambar pola radiasi LED berbasis PC ini merupakan salah satu alat

untuk mengetahui bagaimana gambar radiasi yang terbentuk oleh LED. Jika sudah

terbentuk suatu pola radiasi LED maka untuk menganalisa LED lebih lanjut akan

mudah.

  Dengan mengetahui intensitas cahaya pada tiap sudut LED dan sebuah

komputer yang digunakan untuk menghitung setiap data yang diperoleh maka dapat

dibuat pola radiasinya. Sensor pada alat ini akan bergerak 180 derajat dari kiri ke

kanan dan mengambil data intensitas LED setiap 1,8 derajat, berpusat pada LED

dengan melintasi titik puncak LED.

  Alat ini dapat menganalisis LED dengan intensitas antara 0 lux sampai

dengan 1000 lux. Keakuratan alat ini didapat dari kalibrasi alat dengan pengukur

intensitas cahaya Luxtron LX-150. Penampil pada alat ini adalah komputer sehingga

selain mudah dibaca hasil gambar juga dapat disimpan untuk tiap-tiap LED nya.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN.................................................................................... ii

  

INTISARI .................................................................................................................. iii

ABSTRACT .............................................................................................................. iv

DAFTAR ISI ............................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................viii

DAFTAR TABEL .................................................................................................... x

  

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang...................................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah................................................................................. 2

  1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 2

  1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 3

  1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3

  1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................... 3

  

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 6

  2.1 Cahaya ................................................................................................. 6

  2.1.1 Dualisme cahaya ......................................................................... 6

  2.1.2 Tanggapan mata terhadap cahaya ............................................... 7

  2.1.3 Intensity Of Illumination ............................................................. 9

  2.2 Sumber cahaya...................................................................................... 10

  2.2.1 Radiasi cahaya............................................................................. 11

  2.3 Sensor cahaya ...................................................................................... 13

  2.4 LDR(Light Dependent Resistor)........................................................... 13

  2.5 Pengondisi tegangan ............................................................................. 18

  2.6 Motor stepper........................................................................................ 19

  2.6.1 Metode langkah penuh (Full step) .............................................. 20

  2.6.2 Metode setengah langkah (half step)........................................... 21

  2.7 Driver ULN2004................................................................................... 22

  2.8 Parallel port.......................................................................................... 23

  2.8.1 Batasan port................................................................................. 23

  2.8.2 Printer port.................................................................................. 23

  2.8.3 Parallel port output ..................................................................... 24

  2.8.4 Parallel port input ....................................................................... 26

  2.9 Pengubah analog ke digital ................................................................... 26

  

BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK ....................... 30

  3.1 Perancangan Perangkat Keras............................................................... 30

  3.1.1 Pengondisi tegangan.................................................................... 30

  3.1.2 Analog to digital converter (ADC0804)...................................... 32

  3.2 Rangkaian LED..................................................................................... 34

  3.3 Penggerak Motor Stepper ..................................................................... 35

  3.4 Bahasa Pemprograman Visual Basic .................................................... 36

  3.4.1 Penjelasan program yang akan di buat ........................................ 37

  3.5 Grafik radiasi cahaya LED .................................................................... 39

  3.5.1 Alur program penggambar pola radiasi cahaya LED.................. 41

  3.5.2 Alur menggerakkan motor stepper.............................................. 42

  3.5.3 Alur membalikkan arah motor stepper........................................ 42

  3.5.4 Alur menampilkan grafik ............................................................ 43

  3.5.5 Cara membuat titik koordinat data .............................................. 44

  

BAB IV ANALISA DAN PENGAMATAN ............................................................ 45

  4.1 Perangkat Keras ................................................................................... 45

  4.2 Analisa radiasi tehadap LED ................................................................ 47

  4.3 Software hasil rancangan ...................................................................... 56

  4.4 Analisa alat ........................................................................................... 59

  

BAB V KESIMPULAN dan SARAN ....................................................................... 60

  5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 60

  5.2 Saran ..................................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 61

LAMPIRAN............................................................................................................... 62

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 standard luminous curve ...................................................................... 8Gambar 2.2 Tiga lapisan semikonduktor pada substrate ......................................... 10Gambar 2.3 Bagian pada LED yang bersinar........................................................... 11Gambar 2.4 Pola radiasi yang terbentuk oleh LED.................................................. 12Gambar 2.5 Penambahan derajat pancar oleh lensa plastik ..................................... 12Gambar 2.6 Simbol LDR ......................................................................................... 13Gambar 2.7 Karakteristik LDR (light dependent resistor) ...................................... 14Gambar 2.8 Untai pembagi tegangan....................................................................... 15Gambar 2.9 Penguat tak membalik .......................................................................... 18Gambar 2.10 Gambar dalam motor stepper ............................................................. 20Gambar 2.11 ULN 2004........................................................................................... 23Gambar 2.12 ADC converter ................................................................................... 27Gambar 2.13 ADC 0804 .......................................................................................... 28Gambar 3.1 Diagram kotak sistem penggambar pola radiasi lampu LED............... 30Gambar 3.5 Rangkaian penguat tak membalik ........................................................ 31Gambar 3.6 Rangkaian sensor dan penguat tegangan.............................................. 32Gambar 3.7 Rangkaian ADC 0804 .......................................................................... 33Gambar 3.8 Gambar rangkaian LED ....................................................................... 34Gambar 3.9 driver ULN 2003.................................................................................. 36Gambar 3.10 Form menu utama .............................................................................. 37Gambar 3.11 Form grafik pola radiasi..................................................................... 38Gambar 3.12 Pola radiasi yang terbentuk ................................................................. 40Gambar 4.1 Gambar perangkat keras....................................................................... 45Gambar 4.2 Gambar port printer hardware .............................................................46Gambar 4.3 Rangkaian di dalam hardware ............................................................. 47Gambar 4.4 LED pertama ........................................................................................ 47Gambar 4.5 Pola radiasi LED pertama .................................................................... 49 Gambar 4.5a Pola radiasi pada data sheet ............................................................... 49Gambar 4.6 LED kedua............................................................................................ 50Gambar 4.7 Pola radiasi LED kedua........................................................................ 50Gambar 4.8 Gambar LED ketiga ............................................................................. 51Gambar 4.9 Pola radiasi LED ketiga........................................................................ 51Gambar 4.10 Pola radiasi pada data sheet ............................................................... 52Gambar 4.11 LED keempat...................................................................................... 53Gambar 4.12 Pola radiasi LED keempat.................................................................. 53Gambar 4.13 LED kelima ........................................................................................ 54Gambar 4.14 Pola radiasi LED kelima .................................................................... 55Gambar 4.15 Menu utama........................................................................................ 56Gambar 4.16 form grafik.......................................................................................... 57Gambar 4.17 form data intensitas............................................................................. 58

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pengukuran cahaya ................................................................................... 16Tabel 2.2 Metode langah penuh eksitasi tunggal ...................................................... 21Tabel 2.3 Metode langkah penuh eksitasi ganda ...................................................... 21Tabel 2.4 Metode setengah langkah penuh eksitasi ganda ....................................... 22Tabel 2.5 Pengalamatan parallel port....................................................................... 24Tabel 2.6 Bagian-bagian Pin printer port ................................................................. 25Tabel 3.1 Contoh pengukuran .................................................................................. 39

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Fungsi Pin Matrik Led 8 x 5 2,3”………………………………………….8Tabel 2.2 Operasi Dasar PPI 8255…………………………………………………...14Tabel 3.1 Tabel Kebenaran 74LS138………………………………………………..22Tabel 3.2 Tabel Kebenaran 74LS245………………………………………………..24Tabel 3.3 Perubahan Alamat PPI Card………………………………………………26

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Pada tahun belakangan ini LED (Light Emiting Diode) telah mendominasi

teknologi pencahayaan. LED menjamur di mana-mana, dari indicator standar

radio, tape recorder, laptop, dan mainan sampai pada lampu lalu lintas. Di

Yogyakarta, pengaplikasian pada lampu lalu lintas sudah banyak terutama pada

jalan-jalan pusat kota Yogyakarta serta berbagai tanda pesan dan lampu pada

kendaraan.

  Kenaikan tingkat kecerahan cahaya telah tercapai dengan adanya material

baru dan proses pembuatan wafer, seiring dengan keberhasilan pembuatan LED

dengan warna biru dan LED putih untuk penerangan umum. Dengan

meningkatnya penggunaan LED pada teknologi jaman sekarang dan yang akan

datang, maka keakuratan dari pengukuran intensitas dan pola radiasi cahaya

lampu LED menjadi satu syarat penting dalam pengaplikasian lampu LED,

diperoleh data dari OPTRONIC LABORATORIES Atas pertimbangan tesebut, maka penulis membuat penelitian tentang

sebuah alat yang dapat menggambarkan pola radiasi lampu LED yang ditampilkan

pada PC. Sensor untuk menggambar pola radiasi LED pada alat ini adalah LDR

dan piranti untuk pengolahan data adalah komputer. Diharapkan alat yang dibuat

ini dapat dijadikan salah satu alternatif yang dipakai dalam pengukuran-

pengukuran lampu LED yang akan diaplikasikan pada alat lain dan diharapkan

  

juga para pengguna lampu LED dapat mengetahui karakteristik lampu LED yang

akan digunakannya.

1.2 Perumusan Masalah

  Dengan menggunakan penggambar pola radiasi cahaya lampu LED dapat

diketahui karakteristik dari sebuah LED. Yang menjadi pokok pemikirannya

adalah

1. Apakah dapat dibuat gambarnya pada PC secara otomatis ?

  2. Bagaimana membuat motor stepper dapat digerakkan oleh PC untuk mengubah letak sensor dari LED ?

  3. Perangkat lunak apa saja yang akan dipakai dalam penggambaran pola radiasi cahaya lampu LED tersebut ?

  4. Apa saja yang dapat ditampilkan PC untuk mengetahui karakteristik dari lampu LED yang diuji ?

1.3 Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi lebih luas maka

perlu adanya batasan terhadap permasalahannya. Batasan permasalahannya

adalah:

  1. Sensor memutari lampu LED dengan motor stepper sebagai penggeraknya

  2. Gambar yang dihasilkan berupa derajat radiasi cahaya lampu LED dan kurva besar intensitas cahaya LED tiap derajatnya

  3. Pengambaran pola radiasi dikontrol langsung dari PC

  4. Jarak antara sensor dengan benda LED adalah 7 cm

  5. Jenis LED adalah 5 LED yang berbeda bentuk dan biasa didapat di pasaran

1.4 Tujuan

  Adapun tujuan dari pembuatan penggambar pola radiasi cahaya lampu LED berbasis PC ini adalah :

  1. Untuk mengetahui derajat radiasi cahaya dari LED

  

2. Membuat perangkat keras penggambar pola radiasi cahaya LED

1.5 Manfaat

  Manfaat yang dapat diperoleh dari pembuatan penggambar pola radiasi cahaya LED berbasis PC ini adalah :

  1. Mengetahui perbedaan derajat radiasi tiap-tiap LED

  2. Menjadi rujukan untuk pembuatan sensor intensitas cahaya

  3. Menjadi rujukan untuk penelitian dan pengembangan LED

1.6 Sistematika penulisan

  Penulisan tugas akhir Penggambar Pola Radiasi Cahaya LED Berbasis PC

ini dibagi dalam 5 bab yang mana tiap babnya mengandung pokok pikiran tertentu

  BAB I: PENDAHULUAN Bab PENDAHULUAN ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II: DASAR TEORI Bab II berisi teori-teori dari piranti / komponen yang digunakan

dalam perancangan perangkat keras. Dasar teori dari cahaya, pengondisi

tegangan, sensor, Driver ULN 2004, motor stepper, dan ADC 0804

dipaparkan dalam bab ini.

  BAB III: PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK Isi dari bab III adalah perancangan perangkat keras pengambar

pola radiasi cahaya lampu LED berbasis PC dalam bentuk diagram blok,

sedangkan perangkat lunak yang digunakan yakni bahasa pemprograman

Visual Basic, pembuatan file Dynamically Link Library (*.DLL),

inisialisasi ADC, dan alur program penggambar pola radiasi LED berbasis

PC.

BAB IV: ANALISA DAN PEMBAHASAN Bab IV berisi hasil akhir perancangan perangkat keras dan lunak. Keterangan mengenai menu yang terdapat dalam program Penggambar pola radiasi cahaya lampu LED berbasis PC juga terdapat dalam bab ini.

  BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN Isi dari bab ini adalah kesimpulan yang dapat dibuat dengan

melihat keseluruhan proses perancangan dan pembuatan perangkat keras

dan lunak, dan saran untuk memajukan dunia pendidikan dan rekayasa.

BAB II DASAR TEORI Sistem penggambar pola radiasi LED membutuhkan perangkat keras dan

  

perangkat lunak untuk dapat menampilkan gambar radiasinya. Beberapa perangkat keras

yang dibutuhkan berupa sensor cahaya, pengondisi sinyal, pengubah sinyal analog ke

digital dan motor stepper untuk menggerakan sensor cahaya. Perangkat lunak yang

digunakan adalah program Visual Basic dengan PC sebagai pengolah data. Cahaya LED

yang menjadi sumber pengukuran akan diterima oleh sensor cahaya dari beberapa posisi

untuk diubah menjadi besaran listrik dan kemudian data-data yang dihasilkan diolah oleh

PC dan ditampilkan pada monitor.

2.1 Cahaya

2.1.1 Dualisme Cahaya

  Thomas Young pada tahun 1801 melakukan percobaan yang membuktikan bahwa

cahaya merupakan gelombang. Dalam percobaannya cahaya juga mempunyai sifat-sifat

superposisi, interferensi, difraksi yang mana sifat-sifat ini hanya dimiliki oleh

gelombang, lebih lanjut teori Maxwell (James Clark Maxwell 1832-1879) menguatkan

bahwa jenis gelombang tersebut adalah elektromagnetik, yang dibuktikan fisikawan

Jerman Heinrich Hertz di tahun 1888.

  Teori elektromagnetik cahaya tersebut tidak dapat menerangkan gejala efek

fotolistrik, sehingga Max Planck (1858-1947) mengusulkan teori kuantum cahaya pada

tahun 1900, bahwa cahaya menjalar sebagai sederetan paket energi (kuantum-kuantum cahaya). Jadi cahaya adalah partikel atau kuantum yang merambat. Hal ini diperkuat oleh Einstein pada tahun 1905 yang mengatakan, cahaya dengan frekuensi tertentu terdiri dari

foton (kuantum cahaya) dengan masa diam nol yang energinya berbanding lurus dengan

frekuensi itu, yang dirumuskan dengan persamaan E = h . f.

  Pembuktian lebih lanjut dilakukan oleh Campton (1892-1962) lewat efek

hamburan Campton, bahwa panjang gelombang sinar x bertambah jika mengalami

hamburan setelah menabrak partikel lain (electron). Dan hal ini hanya dapat diterangkan

jika cahaya dipandang sebagai partikel foton atau kuantum cahaya.

  Melalui pengamatan yang ada dapat dilihat bahwa cahaya tidak menempatkan

kedua aspek gelombang dan partikel pada saat yang sama. Pada tiap kejadian khusus,

cahaya dapat memperlihatkan sifat gelombang atau patikel tidak pernah terjadi secara

bersamaan. Contoh pada kamera, bila cahaya melalui celah-celah cahaya berlaku sebagai

gelombang, tetapi ketika tiba pada lembar film cahaya berlaku sebagai partikel foton

yang energinya dioksidasi mengubah kristal halide perak dalam film sehingga perlakuan

kimianya dapat diubah dalam butiran perak murni yang membentuk citra bayangan.

  Jadi cahaya mempunyai sifat dualisme, cahaya sebagai gelombang

elektromagnetik dan sebagai partikel foton atau kuantum cahaya keduanya saling

berkomplemen.

2.1.2 Tanggapan Mata Terhadap Cahaya

  Mata manusia hanya mampu merespon beberapa jangkauan panjang gelombang

elektromagnet. Mata tidak peka terhadap cahaya ultraviolet walaupun berkas cahayanya

mempunyai intensitas yang tinggi. Mata manusia yang normal dapat mendeteksi panjang

  

gelombang antara jangkauan 400 nm sampai 700 nm, respon tersebut akan lebih sensitif

bila mendekati 550 nm.

  Tanggapan mata normal pada gambar 2.1 disebut dengan standard luminous

curve . Ketika mata tidak dapat mendeteksi panjang gelombang lebih pendek dari 400 nm

atau lebih panjang dari 700 nm, kurva jatuh pada titik zero pada panjang gelombang.

  

Sistem fotosel dapat dibangun mendekati respon yang diinginkan tetapi tidak identik

dengan respon mata, karena fotosel tidak dapat dibangun tepat berdasarkan standar mata

manusia maka suatu unit pengukuran cahaya sekarang distandarkan dengan cahaya dari

seberkas panjang gelombang 550 nm.

Gambar 2.1. standard luminous curve

2.1.3 Intensity Of Illumination

  

Illuminance (E) pada suatu permukaan adalah luminous flux persatuan luas yang

  2 jatuh pada permukaan lm / m . Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan:

  ( ) E = ………………………………………………………………... (2.1) Φ / A Dengan Φ adalah arus gaya cahaya (lumen) yang dikeluarkan dalam satuan sudut ruangan (steradis) oleh sebuah sumber titik (point source) yang memiliki intensitas seragam 1 candle . Jadi suatu titik seragam sekuat 1 cd menghasilkan 4

  π lumen. Sehingga dapat dirumuskan dengan persamaan …………………………………………………………………(2.2) Φ = Ω . I

  Dengan Ω adalah sudut ruangan dalam steradian.

  A ⎛ ⎞ Karena Ω = maka ⎜ ⎟

2 R

  ⎝ ⎠ A

  ⎛ ⎞ Φ =

  I ⎜ ⎟

2 R

  ⎝ ⎠

  I

sehingga …………………………………………(2.3)

  E =

2 R

  

Illuminous Intensity adalah arah gaya bercahaya (luminous flux) yang dikeluarkan

oleh sumber (atau oleh unsur sumber) dalam sudut ruangan sangat kecil, dibagi sudut ruangannya. Hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan:

  Φ I = …………………………………………(2.3)

  4 π Di dalam persamaan 2.3 dapat dilihat bahwa luminous intensity I tidak tergantung pad jarak, tetapi intensitas penerangan (illuminance), persamaan 2.2, akan berkurang seiring dengan bertambahnya jarak .

2.2 Sumber Cahaya

  Pada LED (Light Emitting Diode) cahaya dihasilkan pada proses solid state yang

dinamakan electroluminescence. Pada kondisi yang ditentukan, sumber cahaya solid state

dapat menghasilkan cahaya, seperti pada dioda laser.

  Salah satu cara untuk membuat sebuah LED adalah dengan menumpuk tiga

lapisan semikonduktor di atas substrate. Antara lapisan semikonduktor tipe-p dan tipe-n,

pada bagian aktif memancarkan cahaya ketika elektron bebas dan hole bergabung

kembali gambar 2.2. Mengingat kombinasi p-n adalah dioda maka ketika dioda dalam

kondisi forward biased, hole pada material tipe-p dan electron bebas pada material tipe-n

keduanya dikendalikan menuju bagian aktif.

Gambar 2.2 Tiga lapisan semikonduktor pada substrate Pada desain yang utama, lapisan pada LED memancarkan cahaya merata pada

  

lapisan struktur, dan strukrur LED ditempatkan pada suatu mangkuk kecil yang

memantulkan cahaya, sehingga cahaya dari lapisan aktif dapat memancarkan cahaya pada

bagian yang dikehendaki, ini dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Bagian pada LED yang bersinar

2.2.1 Radiasi cahaya

  LED adalah sumber cahaya langsung dengan power maksimum memancarkan

cahaya pada arah tegak lurus terhadap permukaan yang dipancarkan. Cara menggambar

pola yang dipancarkan LED adalah dengan menggerakkan detector memutari LED atau

dengan memiringkan LED dengan detector yang diam. Pengukuran output didapat dari

tiap sudut dari 180 derajat yang diukur, dari percobaan tersebut didapatkan pola radiasi

LED yang dikehendaki. Pola yang umum dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Pola radiasi yang terbentuk oleh LED Sebagian besar cahaya yang dipancarkan berada pada 20 derajat dari cahaya

  

maksimum. Kebanyakan produk dari LED yang ada pada pasaran menyertakan lensa

plastik untuk mendapatkan derajat pancaran yang lebih besar. Misalnya secara mekanik

LED yang dipancarkan mempunyai derajat pancar 20 derajat terhadap tegak lurus, maka

dengan adanya lensa plastik, derajat pancar akan bertambah menjadi sekitar 60 derajat

terhadap tegak lurus seperti pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Penambahan derajat pancar oleh lensa plastik

  2.3 Sensor cahaya Sensor berfungsi untuk mengubah besaran tertentu menjadi besaran lain untuk

diproses di dalam sistem, oleh karena itu sensor merupakan piranti yang penting di dalam

sebuah sistem instrumentasi.

  Sensor cahaya yang digunakan dalam perancangan adalah LDR (Light Dependent

Resistor ) yang terbuat dari bahan Cadmium Sulfide (CdS). LDR merupakan sensor yang

peka cahaya. Perubahan intensitas penerangan yang diterima sensor menyebabkan

perubahan resistansinya, perubahan resistansi ini akan dipakai untuk menghasilkan

perubahan tegangan pada sistem instrumentasi. Sensor cahaya LDR di dalam tempat

gelap mempunyai resistansi yang sangat tinggi dalam satuan mega ohm dan dalam tempat

yang terang resistansinya akan berubah menjadi kecil mencapai satuan kurang dari 1 kilo

ohm. Resistansi dari LDR ini berbanding tebalik dengan intensitas penerangan yang jatuh

pada LDR .Gambar 2.4 menunjukan simbol dari LDR

Gambar 2.6 Simbol LDR

  2.4 LDR(Light Dependent Resistor) Di dalam perancangan ini, sensor yang digunakan adalah light dependent resistor

(LDR). Sebelum LDR digunakan dalam perancangan, terlebih dahulu dilakukan

percobaan untuk mengetahui karakteristik LDR terhadap cahaya. Alat standar yang

digunakan untuk mencari karakteristik LDR adalah digital light meter LT luxtron LX-

  

105. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Petrus Adianto dihasilkan karakteristik

LDR seperti gambar 2.5.

Gambar 2.7 Karakteristik LDR (light dependent resistor) Berdasarkan karakteristik pada gambar 2.5, resisitansi pada LDR (Rldr) akan

  

berubah-ubah berbanding terbalik dengan intensitas cahaya LED yang mengenai

tranduser. Semakin besar intensitas cahaya LED yang mengenai sensor, resistansi pada

LDR akan semakin kecil.

  Kuat penerangan yang diinginkan dalam perancangan ini adalah minimal 0 lux

(gelap) sampai maksimal 1000 lux (terang). Ini sebagai nilai perbandingan untuk

pembuatan pola radiasi, karena derajat lebar radiasi ditentukan oleh besarnya intensitas

keterangan pada tiap sudut lampu LED. Berdasarkan pada gambar 3.2, pada saat 0 lux,

hambatan pada LDR sebesar 20 Mohm dan pada 1000 lux hambatan LDR sebesar 3,4

Kohm.

  Supaya LDR dapat digunakan, maka dibuatlah untai pembagi tegangan antara

LDR dan variable resistor. Pada saat hambatan LDR maksimum diinginkan keluaran dari

pembagi tegangan 0 volt, maka untai pembagi tegangan dapat dirangkai seperti pada

gambar 2.6

Gambar 2.8 Untai pembagi tegangan Berdasarkan rangkaian pada gambar 2.6, tegangan keluaran dapat dirumuskan sebagai

  berikut: R

  1 V = × V …………………………………………………………(2.1)

  R R

• out cc

1 LDR

  

Jadi untuk mendapatkan tegangan sensor sebesar 0,833 maka variable resistor R1 harus

diatur sebesar 217,82 Ohm. Penulis mengambil data dari skripsi Petrus Adianto,

berdasarkan pengukuran cahaya dengan light meter LT-Luxtron LX-105 dan dengan

LDR maka didapatkan Tabel 2..7 look up table untuk pengukuran cahaya.

Tabel 2.7 Pengukuran cahaya

  LUX Rldr Vin ADC LUX Rldr Vin ADC Kohm ADC Kohm ADC

  (volt) (volt) 000 >20M 0.00 000 0250 7.79 1.20 120

  010 70.5 0.15 015 0260 7.58 1.22 122 020 45.0 0.22 022 0270 7.42 1.24 124 030 37.0 0.25 025 0280 7.23 1.30 130 040 29.4 0.25 025 0290 7.13 1.32 132 050 23.4 0.32 032 0300 6.80 1.34 134 060 21.0 0.35 035 0310 6.65 1.36 136 070 18.3 0.42 042 0320 6.30 1.40 140 080 17.0 0.42 042 0330 5.90 1.43 143 090 16.7 0.53 053 0340 5.88 1.46 146 0100 15.5 0.57 057 0350 5.85 1.48 148

  0110 14.8 0.62 062 0360 5.81 1.50 150 0120 14.6 0.63 063 0370 5.76 1.52 152 0130 14.5 0.64 064 0380 5.66 1.54 154 0140 13.5 0.66 066 0390 5.63 1.56 156 0150 12.9 0.95 095 0400 5.56 1.58 158 0160 12.3 0.98 098 0410 5.28 1.60 160 0170 9.70 1.03 103 0420 5.22 1.63 163 0180 9.26 1.05 105 0430 5.13 1.64 164 0190 9.10 1.07 107 0440 5.01 1.65 165 0200 9.48 1.08 108 0450 4.99 1.68 168 0210 9.30 1.10 110 0460 4.97 1.69 169 0220 9.20 1.12 112 0470 4.94 1.72 172 0230 8.95 1.14 114 0480 4.90 1.73 173 0240 8.32 1.16 116 0490 4.87 1.74 174

Tabel 2.7 Pengukuran cahaya(lanjutan)

  LUX Rldr Vin ADC LUX Rldr Vin ADC Kohm ADC Kohm ADC

  (volt) (volt) 500 4,85 1,76 176 750 3,61 2,17 217

  510 4,80 1,78 178 760 3,55 2,20 220 520 4,75 1,80 180 770 3,54 2,22 222 530 4,70 1,82 182 780 3,53 2,23 223 540 4,68 1,84 184 790 3,49 2,24 224 550 4,60 1,86 186 800 3,45 2,25 225 560 4,57 1,88 188 810 3,42 2,26 226 570 4,50 1,89 189 820 3,40 2,27 227 580 4,48 1,91 191 830 3,38 2,30 230 590 4,45 1,92 192 840 3,37 2,32 232 600 4,39 1,94 194 850 3,35 2,33 233 610 4,35 1,95 195 860 3,33 2,34 234 620 4,34 1,97 197 870 3,31 2,35 235 630 4,33 1,98 198 880 3,28 2,37 237 640 4,28 2,00 200 890 3,26 2,39 239 650 4,17 2,02 202 900 3,24 2,41 241 660 4,16 2,04 204 910 3,21 2,42 242 670 4,15 2,06 206 920 3,18 2,43 243 680 4,10 2,08 208 930 3,14 2,45 245 690 4,05 2,10 210 940 3,10 2,46 246 700 4,00 2,11 211 950 3,08 2,47 247 710 3,95 2,12 212 960 3,05 2,49 249 720 3,65 2,13 213 970 3,03 2,50 250 730 3,63 2,14 214 980 3,01 2,53 253 740 3,62 2,16 216 990 2,98 2,54 254

  1000 2,92 2,55 255

2.5 Pengondisi tegangan

  

Pengondisi tegangan dalam perancangan ini digunakan penguat tak membalik

atau non-inverting, rangkaian penguat tak membalik dapat dilihat pada gambar 2.5

Gambar 2.9 Penguat tak membalik Dalam gambar 2.5 terlihat bahwa sinyal masukan dihubungkan ke masukan non-

  

, sehingga sinyal keluaran mempunyai fase yang sama dengan sinyal masukan.

inverting

  

Diasumsikan bahwa untai masukan diferensial ideal, maka tegangan pada

masukan inverting sama dengan tegangan sinyal masukan Va = Vin. Op-amp mempunyai resistansi masukan sangat tinggi, oleh karena itu arus masukan Op-amp mendekati nol (0), sehingga arus pada R1 sama dengan arus pada R2 yaitu:

  ,atau I =

  I

  1

  2 V V −

  V 1 in

  = …………………………………………(2.4) R

  1 R

  2 Penguat tegangan kalang tertutup dapat dicari sebagai berikut: Vo = +

  V V …………………………………………(2.5) R R

  2

1 Karena

  V V V , maka : = =

  R a in

  1

  V o R

• V =

2 Vi

  …………………………………………(2.6)

  V = ×

• I R

  (

  2 2 ) in Karena

  I 2 = , maka:

  I

  1

  ⎡ ⎤

  V

  Vo = × R

• in

  V

  2 in

  ⎢ ⎥ R

  1

  ⎣ ⎦ ⎡ R ⎤

  2

  = + ×

  V V in in

  ⎢ ⎥ R

  1

  ⎣ ⎦ ⎡ R ⎤

  = 1 ×

• 2

  V in

  ⎢ ⎥ R

  1

  ⎣ ⎦ ⎡ R ⎤

  2

  ∴ = + A 1 .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .( 2 . 7 ) v

  ⎢ ⎥ R

  1

  ⎣ ⎦

Tegangan keluaran (Vo) didapat dengan mengalikan tegangan masukan (Vin) dengan

faktor penguatan (Av).

  Vo = Av × Vin ……………………………………………(2.8)

   2.6 Motor stepper Motor stepper seperti halnya motor DC atau AC, memiliki bagian yang bergerak

disebut rotor dan bagian yang tetap disebut stator. Pada motor stepper bagian rotor

biasanya berupa magnet permanen berbentuk radial yang bergerigi, sedangkan bagian

statornya memiliki lilitan atau koil sehingga dapat membentuk medan magnet jika dialiri

arus listrik (eksitasi). Bagian ujung dari batang lilitan biasanya juga bergerigi gambar

motor stepper ditunjukkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.10 Gambar dalam motor stepper Jika suatu lilitan dengan arah tertentu dialiri arus listrik , maka akan menimbulkan medan

  

magnet utara-selatan pada ujung inti besinya. Jika lilitan pada bagian stator dieksitasi

secara berurutan sedemikian rupa secara bergantian sehingga timbul medan magnet, akan

mnyebabkan rotor berputar mengikuti arah medan magnet.

Pengendalian motor stepper tergantung dari cara pemberian arus atau eksitasi

lilitan dalam motor stepper tersebut. Ada beberapa macam cara atau metode eksitasi

untuk mengendalikan motor stepper seperti yang dibahas berikut.

2.6.1 Metode langkah penuh (Full step)

  Metode langkah penuh terbagi menjadi dua jenis eksitasi, yaitu eksitasi tungggal

(single excitation) dan eksitasi ganda (double excitation). Pada eksitasi tunggal, tiap

lilitan dieksitasi satu-satu secara bergantian. Setelah langkah keempat kembali seperti

langkah pertama, untuk jelasnya dapat dilihat pada tabel 2.1. di bawah ini :

Tabel 2.2. Metode langah penuh eksitasi tunggal Langakah Lilitan 1 Lilitan 2 Lilitan 3 Lilitan 4

  1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1

  Pada eksitasi ganda, tiap lilitan berurutan dua-dua dieksitasi secara bergantian. Setelah langkah keempat, kembali lagi seperti langkah pertama. Urutan pemberian langkah ditunjukan pada tabel 2.2.

Tabel 2.3 Metode langkah penuh eksitasi ganda Langkah Lilitan 1 Lititan 2 Lilitan 3 Lilitan 4

  1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1

  Pada eksitasi tunggal daya yang dibutuhkan lebih kecil dari pada eksitasi ganda, sebab daya hanya digunakan untuk mencatu satu lilitan saja pada tiap-tiap langkah.

2.6.2 Metode setengah langkah (half step)

  

Metode ini diperoleh dengan menggabungkan dua jenis eksitasi tunggal dan

eksitasi ganda. Urutan langkah eksitasi half step dapat dilihat pada tabel 2.3 di bawah ini:

Tabel 2.4 Metode setengah langkah penuh eksitasi ganda Langkah Lilitan 1 Lilitan 2 Lilitan 3 Lilitan 4

  1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 0 0 0 1

  Pada metode setengah langkah ini diperoleh langkah motor stepper yang lebih halus dari pada metode langkah penuh.

2.7 Driver ULN 2004 ULN 2004 gambar 2.4 adalah buffer inverter yang merupakan buffer pembalik.

  Jika diberi masukan 1 maka keluaran 0 atau sebaliknya. Output dan input masing-masing diparalel untuk kemapuan arus yang lebih tinggi. Aplikasinya antara lain untuk relay , lamp Driver, dan display Driver (LED).

  Driver

Gambar 2.11 ULN 2004

2.8 Parallel port

  2.8.1 Batasan port Secara umum pengertian kata port adalah terminal tempat untuk keluar masuk

barang. Pada bidang komputer pengertian port hampir sama dengan pengertian secara

umum yaitu terminal tempat untuk berhubungan dengan periferal lain.

  2.8.2 Printer port Printer port terdiri atas tiga port alamat. Ketiga port alamat tersebut adalah port

data, port status dan control port atau port kendali. Port data berada pada alamat 378,

  port status berada pada alamat 379 dan control port berada di alamat 37a. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 2.4 .

Tabel 2.5 Pengalamatan parallel port

  Printer Port data Port status Port control Lpt1 3bc 3bd 3be Lpt2 378 379 37a Lpt3 278 279 27a

Pengalamatan printer port yang digunakan dalam penelitian ini adalah

pengalamatan LPT2 yaitu alamat port data 378 dan alamat stasusnya berada pada alamat 379.

2.8.3 Paralel port output

  

Printer port terdiri dari dua puluh lima saluran yang terbagi menjadi empat

fungsi. Keempat fungsi tersebut adalah:

  1. Data (8Pin)

  2. Control (4Pin)

  3. Status (5Pin)

  4. Ground (8 Pin) Printer Port terdiri dari delapan bit keluaran yakni data D7 (MSB) sampai D0 (LSB).

  Empat pin kontrol yaitu SELECT_IN, AUTOFEED, INIT dan STROBE. SELECT_IN berfungsi untuk mengetahui bahwa printer telah terpilih dan selanjutnya dapat digunakan untuk operasi pencetakan. SELECT_IN dalam keadaan normal akan berlogika 0, logika 0 menandakan printer telah terpilih dan selanjutnya dapat digunakan untuk mencetak. Fungsi INIT adalah untuk inisialisasi dari printer. Fungsi AUTOFEED untuk memajukan kertas kedalam printer. STROBE dalam keadaan normal akan berlogika tinggi, STROBE akan berlogika rendah saat printer sedang mencetak karakter, semua bit keluaran dari port data akan berlogika tinggi pada saat aktif. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.5.

Tabel 2.6 Bagian-bagian Pin printer port

  9 Data bit 7 Output

  16 Initialisasi Control

  15 Error Status

  14 Auto feed Control Pin Keterangan Status port