Perancangan Kontrol Pencahayaan Pada Ruang Baca Berbasis Arduino dan Sensor Cahaya
20
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Pencahayaan
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) cahaya adalah sinar atau
terang (dari sesuatu yang bersinar seperti matahari, bulan, lampu, lilin, dsb) yang
memungkinkan mata menangkap benda-benda disekitarnya. Cahaya sendiri dapat
dibagi menjadi dua bagian, yaitu :
A. Cahaya Alami
Cahaya alami adalah cahaya yang bersumber dari penerangan atau sinar alam
sepertimatahari, lahar panas, fosfor di pohon-pohon, kilat dan kunang-kunang.
Cahaya alami memiliki beberapa kelebihan diantaranya,
•
Bersifat alami (natural), manusia pada dasarnya tidak ingin dicabut dari alam dan
•
ingin selalu berada didalam atau dekat dengan alam.
•
Tersedia secara gratis
•
Memiliki daya panas dan kimiawi yang diperlukan bagi makhluk hidup di bumi.
•
peredarannya saat mengelilingi matahari.
•
Tersedia berlimpah
•
Memiliki spektrum cahaya lengkap
Dinamais, arah sinar matahari selalu berubah oleh rotasi bumi maupun
Lebih alami bagi irama tubuh
Disamping kelebihannya cahaya alami juga memiliki kekurangan, diantaranya,
•
Pada bangunan berlantai banyak dan gemuk (berdenah rumit) sulit untuk
memanfaatkan cahaya alami matahari (walau ada teknologi serat kaca yang dapat
•
•
menyalurkan cahaya jauh kedalam ruangan)
Intensitas cahaya tidak mudah diatur, dapat sangat menyilaukan atau sangat redup
Pada malam hari tidak tersedia
Universitas Sumatera Utara
21
•
Sering membawa serta panas masuk ke dalam
B. Cahaya Buatan
Cahaya buatan adalah cahaya yang bersumber dari sinar atau pencahayaan
buatan seperti bola lampu, lilin, lampu sentir, dsb.Pencahayaan buatan diperlukan
karena kita tidak dapat sepenuhnya bergantung pada ketersediaan cahaya
alami.Misalnya pada malam hari atau diluar yang tak terjangkau oleh cahaya
alami.Dengan demikian sudah semestinya pencahayaan buatan bersifat saling
mendukung dengan pencahayaan alami (tidak dapat dikatakan mana yang lebih
unggul). Pencahayaan buatan diperlukan bila :
•
•
Tidak tersedia cahaya alami siang hari, saat antara matahari terbenan dan terbit
•
cahaya bola langit akan berkurang
•
ruangan yang jauh dari jendela
Tidak tersedia cukup cahaya alami dari matahari, saat mendung tebal, intensitas
Cahaya alami dari matahari tidak dapat menjangkau tempat tertentu didalam
Diperlukan cahaya merata pada ruang lebar. Pada ruangan yang lebar, hanya
lokasi disekitar jendela saja yang terang, sedangkan bagian tengah akan menjadi
redup. Hal ini terutama terjadi pada ruangan lebar, luas dan terletak dibawah
lantai lain sehingga tidak dapat dibuat lubang cahaya di atap. Namun jika ruang
luas tersebut dapat diberi atap transparan, tidaklah terlalu disarankan untuk daerah
•
tropis karena ruangan akan menjadi sangat panas.
Diperlukan untuk fungsi khusus
Sebagai tambahan, pencahayaan buatan tidak akan dapat sepenuhnya
menggantikan pencahayaan alami dari matahari. Sinar matahari membawa efek fisik,
kimia, dan psikologis yang tidak seutuhnya dapat digantikan oleh sinar
lampu.Makhluk hidup (manusia, hewan dan tumbuhan) pada dasarnya sangat terkait
oleh alam. Oleh karena itu mengasingkan manusia secara total dari pencahayaan
alami tentu tidak disarankan karena akan membawa dampak merugikan baik secara
fisik maupun mental
Universitas Sumatera Utara
22
2.2.Istilah-Istilah dan Pengertian dalam Pencahayaan
Beberapa istilah-istilah
yang sering digunakan dalam
penghitungan
pencahayaan adalah sebagai berikut :
a. Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya (light intensity, luminous intensity), diukur dengan Candela
(cd)) adalah kuat cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah sumber cahaya ke arah
tertentu.penggambaran intensitas cahaya dapat dilihat pada gambar 2.1. berikut ini,
Gambar 2.1.Penggambaran Intensitas Cahaya
b. Fluk Cahaya
Fluk cahaya (luminous flux, diukur dengan Lumen (lm)) adalah banyak
cahaya yang dipancarkan ke segala arah oleh sebuah sumber cahaya per satuan waktu
(biasanya per detik).Penggambaran fluk cahaya dapat dilihat pada gambar 2.2.berikut
ini,
Gambar 2.2.Penggambaran Fluk Cahaya
Universitas Sumatera Utara
23
c. Iluminansi Cahaya
Iluminan (illuminancediukur dengan Lux (lx), lumen/�2 ) adalah banyaknya
cahaya yang datang pada suatu unit bidang. Iluminasi (illumination) adalah cahaya
yang datang pada suatu objek.Pengambaran iluminansi cahaya dapat dilihat pada
gambar 2.3.berikut ini,
Gambar 2.3.Penggambaran Lux (Iluminasi)
d. Luminansi Cahaya
Luminan (Luminance, diukur dengan candela/�2 ) adalah intensitas cahaya
yang dipancarkan, dipantulkan, atau diteruskan oleh suatu unit bidang yang diterangi,
Gambar 2.4.Penggambaran Luminan
Untuk lebih jelasnya mengenai besaran, lambang, satuan dan lambang satuan dalam
pencahayaan dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut.
Universitas Sumatera Utara
24
Tabel 2.1.Simbol dan Satuan Dalam Cahaya
NO.
1
Kesatuan
Simbol
Simbol
Satuan
Kuat Cahaya (Intensitas Cahaya)
Satuan
Lilin
I
(candela,
cd
candlepower)
2
Arus cahaya (yaitu jumlah
banyaknya cahaya (Q) per satuan
Ф
Lumen
lm
E
Lux
lx
IL
cd/�2
cd/�2
waktu (t)) ; Ф = Q/t
3
Arus cahaya yang datang
(iluminan) per satuan luas
permukaan ; E = Q/A
4
Arus cahaya yang pergi (luminan)
per satuan luas permukaan; IL=I/A
Dalam
kenyataannya,
menghitung
penerangan
tidak
semudah
yang
dibayangkan. Banyak faktor yang mempengaruhi di suatu titik, antara lain distribusi
intensitas cahaya luminer, efisiensi, bentuk dan ukuran ruang, pantulan permukaan,
serta ketinggian lampu dari bidang kerja. Dari segi pengarahan cahaya dikenal istilah
pencahayaan langsung (direct lighting), yaitu pencahayaan dengan mengarahkan
sinar langsung ke bidang kerja atau objek. Lawan dari pencahayaan langsung adalah
pencahayaan tidak langsung (indirect lighting), yaitu pencahayaan dengan cara
memantulkan sinar terlebih dahulu (misalnya ke langit-langit dan ke dinding).
Pencahayaan tak langsung sangat baur sehingga menimbulkan suasana lembut.Pada
umumnya lampu memberikan gabungan antara kedua pencahayaan tersebut.
Berdasarkan cakupannya dikenal istilah pencahayaan umum (general
lighting), yaitu pencahayaan merata untuk seluruh ruangan dan dimaksudkan untuk
memberikan terang merata, walaupun mungkin minimal, agar tidak terlalu
gelap.Berbeda dengan pencahayaan umum, pencahayaan kerja (task lighting) adalah
pencahayaan fungsional untuk kerja visual tertentu, biasanya disesuaikan dengan
Universitas Sumatera Utara
25
standar kebutuhan penerangan bagi suatu jenis kerja.pencahayaan yang secara khusus
diarahkan ke objek tertentu untuk memperkuat penampilannya (fungsi estetik) disebut
pencahayaan aksen (accent lighting). Cahaya ambien (ambient light) adalah cahaya
keseluruhan dalam suatu ruang yang merupakan efek gabungan dari pencahayaan
umum, aksen, dll.Pada umumnya lampu dapat memberikan pencahayaan dari
beberapa definisi pencahayaan tersebut. Ada banyak lampu yang tersedia di toko
(Prasasto,2009).
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan bola lampu pijar soft tone 100W
sebagai sumber penerangan. Adapun beberapa alasan digunakannya bola lampu pijar
dalam penelitian ini karena kelebihan lampu ini antara lain sebagai berikut :
•
•
Biaya awal yang rendah
•
dimmer)
•
lampu pijar hanya cocok untuk pencahayaan yang rendah
•
Tidak terpengaruh oleh suhu dan kelembapan
•
•
•
•
Pengaturan intensitas cahaya (terang/redup) mudah dan murah (dengan memakai
Dalam penelitian tidak membutuhkan pencahayaan yang tinggi, dimana bola
Pemakaian sangat luwes
Perlengkapannya sederhana dan dapat ditangani dengan sederhana
Tetapi di balik kelebihannya, lampu pijar memiliki kekurangan antara lain :
Umur pendek (750-1000 jam), makin rendah watt umur bola lampu semakin
pendek
Untuk negara tropis, panas dari lampu akan menambah beban AC
Warna yang cenderung hangat, secara psikologis akan membuat suasana ruang
kurang sejuk
2.3.Arduino
2.3.1. Sekilas Tentang Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source
yang didalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan
Universitas Sumatera Utara
26
jenis AVR dari perusahaan Atmel. Pembuatan Arduino dimulai pada tahun 2005,
dimana sebuah situs perusahaan komputer Olivetti di Ivrea Italia, membuat perangkat
untuk mengendalikan proyek desain interaksi siswa supaya lebih murah dibandingkan
sistem yang ada pada saat itu. Dilanjutkan pada bulan Mei 2011, dimana sudah lebih
dari 300.000 unit Arduino terjual.Pendiri dari Arduino itu sendiri bernama Massimo
Banzi dan David Cuartielles sebagai founder.Awalnya mereka memberikan nama
proyek itu dengan sebutan Arduin dari Ivrea tetapi seiring dengan perkembangan
zaman, nama proyek itu diubah menjadi Arduino yang berarti “teman yang kuat” atau
dalam versi Bahasa inggrisnya dikenal dengan sebutan “Hardwin”.Secara umum
Arduino terdiri dari 2 bagian, yaitu :
1. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source
2. Software Arduino yang juga open source, meliputi software Arduino IDE
untukmenulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
Saat ini ada bermacam-macam bentuk dan jenis Arduino yang disesuaikan dengan
peruntukannya, tidak hanya board (papan) Arduno yang disediakan, tetapi juga
terdapat modul siap pakai (shield), juga aksesoris seperti USB adaptor dan
sebagainya.Pada penelitian kali ini penulis menggunakan Arduino Uno.
2.3.2. Papan/BoardArduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang
memiliki 14 pin digital Input/Output (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai Output
PWM), 6 Input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP,
dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke komputer dengan
kabel USB atau daya eksternal dengan adaptor AC-DC atau baterai.Papan/Board
ArduinoUNO dapat dilihat pada gambar 2.5. berikut ini,
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar. 2.5. Papan/BoardArduino UNO
•
Adapun spesifikasi dari Board Arduino diatas ialah :
•
Mikrokontroler ATmega328
•
Tegangan Input (Disarankan) 7-12V
•
Tegangan Operasi 5V
•
Batas Tegangan Input 6-20V
•
Pin Analog Input 6 pin
•
Arus DC untuk pin 3,3V 50mA
•
SRAM 2KB (ATmeg328)
•
Pin Digital Input/Output 14 (Dimana 6 pin Output PWM)
•
Arus DC per I/O pin yaitu 40mA
•
Flash memory 32KB (ATmega328), dimana 0,5 KB digunakan oleh bootloader
•
EEPROM 1KB (ATmega 328)
Clock 16MHz
2.3.3. Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
Universitas Sumatera Utara
28
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
•
•
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
•
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
•
2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
•
32 x 8-bit register serba guna.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM
•
tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
•
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
•
Modulation) output.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroler ATmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan
memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan
kerja dan parallelism.Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam
satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya
sudah diambil dari memori program.Konsep inilah yang memungkinkan instruksi –
instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba
guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang
dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan
sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk
mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut
dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ),
dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ).
Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit.Setiap alamat memori
program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas,
terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64
Universitas Sumatera Utara
29
byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register
control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O
lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h –
0x5Fh.Gambar 2.6 berikut memperlihatkan pin-pin Mikrokontroler ATMega328,
pada gambar 2.7, 2.8 dan 2.9 berikut merupakan konfigurasi dari port Mikrokontroler
ATMega328, dan pada gambar 2.10 memperlihatkan tampilan architecture
ATmega328 :
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 328
Gambar 2.7. Konfigurasi Port B
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 2.8. Konfigurasi Port C
Gambar 2.9. Konfigurasi Port D
Universitas Sumatera Utara
31
Gambar 2.10.Architecture ATmega328
2.3.4. Kelebihan Arduino
Arduino menyederhanakan proses kerja dengan mikrokontroler, sekaligus
menawarkan beberapa macam kelebihan, diantarnya :
•
Arduino mudah didapatkan dipasaran dan memiliki harga yang cukup terjangkau
•
dipasaran
•
dengan kumpulan library yang cukup lengkap
•
yang akan menangani upload program dari computer
Sederhana dan mudah pemrogramannya, karena software Arduino dilengkapi
Tidak perlu perangkat chip programmer, karena didalamnya sudah ada bootloader
Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna laptop yang tidak
memiliki port serial/RS232 bisa menggunakannya
Universitas Sumatera Utara
32
•
Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino,
misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.
2.3.5. Catu Daya
Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal.Sumber daya dipilih secara otomatis, sumber daya eksternal (non-USB)
dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan menancapkan Power Jack, dapat juga dihubungkan pada power pin (Gnd dan
Vin). Board Arduino UNO dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20
volt.jika disuplay kurang 7 V, meskipun pin 5V dapat disuplay kurang dari 5V, board
mungkin tidak stabil. Jikamenggunakan tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan
bisa panas dan merusak board.Kisaran tegangan yang disarankan adalah 7 sampai
12V. Adapun pin power suplay pada Arduino Uno adalah :
•
Vin. Tegangan input board Arduino ketika menggunakan sumber daya (5V dari
sambungan USB atau dari sumber regulator lain). Kita dapat mensuplay tegangan
pada pin ini, jika suplay tegangan lewat power jack, dapat mengakses melalui pin
•
ini
5V. Keluaran pin ini telah diatur sebesar 5V dari regulator pada board. Board
dapat disuplay melalui DC jack power (7-12V), koneksi USB (5V), atau pin Vin
(7-12V). Menyuplai tegangan melalui pin 5V atau 3.3V bypass regulator, dapat
•
merusak board
•
50mA
3v3. Suplay 3.3V dihasilkan oleh regulator pada board. Menarik arus maksimal
GND. Pin Ground
2.3.6. Input dan Output
Setiap pin digital pada board Arduino dapat digunakan sebagai input ataupun
output. Dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(),
pin-pin ini beroperasi pada tegangan 5V. Setiap pin mampu memberikan atau
menerima arus maksimum dan memiliki resistor pull-up internal (secara default tidak
Universitas Sumatera Utara
33
terhubung) dari 20-5 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus,
diantaranya :
•
Serial, 0(RX) dan 1 (TX) digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan
(TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dengan chip
•
ATmega8U2 USB to TTL serial.
•
pada nilai yang rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai
•
analogWrite().
•
menggunakan library SPI
Interupsi Eksternal, 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt
PWM, 3,5,6,9,10 dan 11. Menyediakan 8 bit output PWM dengan fungsi
SPI, 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI
LED, 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. ketika pin bernilai TINGGI
(HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai RENDAH (LOW), LED akan
•
mati (OFF)
Uno memiliki 6 analog input tertulis di label A0 hingga A5, masingmasingnya memberikan 10 bit resolusi (1024). Secara asal input analog
tersebut terukuru dari 0 (ground) sampai 5 volt, itupun memungkinkan
perubahan teratas dari jarak yang digunakan oleh pin AREF dengan fungsi
•
analogReference().
TWI: pin A4 atau pin SDA dan and A5 atau pin SCL. Support TWI
communication menggunakan Wire library. Inilah pin sepasang lainnya di
•
board UNO.
•
analogReference().
AREF. Tegangan
referensi
untuk
input
analog.
digunakan
fungsi
Reset. Meneka jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat tambahan
tombol reset untuk melindungi salah satu blok.
2.3.7. Bahasa Pemrograman Arduino
Banyak Bahasa pemrograman yang biasa digunakan untuk pemrograman
mikrokontroler.Misalnya Bahasa assembly, namun dalam pemrograman Arduino ini
Universitas Sumatera Utara
34
bahasa yang dipakai adalah Bahasa C. Bahasa C adalah Bahasa yang sangat lazim
dipakai sejak awal computer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan
software. Bahasa C adalah multi-platfrom karena Bahasa C bisa diterapkan pada
lingkungan Windows, Unix, Linux atau sistem operasi lain tanpa mengalmai
perubahan source code, (Kalaupun ada perubahan biasanya sangat minim). Karena
Arduino menggunakan Bahasa C yang multi-platfrom, software Arduino pun bisa
dijalankan pada semua sistem operasi yang umum.
Terdapat banyak library Bahasa C yang bisa didapat.Setiap library Arduino
biasanya disertai dengan contoh pemakaiannya.Keberadaan library-library ini bukan
hanya membantu kita membuat proyek mikrokontroler, tetapi bisa dijadikan sarana
untuk mendalami program Bahasa C pada mikrokontroler.Tampilan pemrograman
Arduino dapat dilihat pada gambar 2.11.berikut ini.
Gambar 2.11. Tampilan Pemrograman Arduino Dengan Software Arduino IDE
Dimana pada gambar tersebut terdiri dari 3 bagian yaitu,
•
Bagian atas, yakni Toolbar, pada bagian ini juga terdapat menu file, edit, sketch,
tools dan help
Universitas Sumatera Utara
35
•
•
Bagian tengah, yaitu tempat penulisan kode program atau sketch
Bagian bawah berupa jendela pesan (message windows) atau tes konsul yang
berisi status dan pesan error.
Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai karakter bahasa C dan software
Arduino,
•
Struktrur
Setiap program Arduino (biasa di sebut sketch) mempunyai dua buah fungsi
yang harus ada yaitu,
-
Void setup (){}, semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya
satu kali ketika program arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
-
Void loop (){}, fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup)
selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi dan lagi
secara terus menerus sampai catu daya (power dilepaskan)
•
Syntax
-
//(Komentar satu baris), terkadang diperlukan untuk memberikan catatan pada
apa arti dari kode-kode program yang dituliskan. cukup menuliskan dua buah
garis miring, dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan diabaikan
oleh program
-
/*
*/(Komentar banyak baris), jika kita punya banyak catatan (lebih dari 1
baris) pada apa arti kode-kode program yang dituliskan, hal itu dapat dituliskan
pada beberapa garis sebagai komentar. Semua hal yang terletak diantara kedua
simbol tersebut akan diabaikan oleh program
-
{} (Kurung kurawal), digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program
mulai dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan)
-
; (Titik koma), setiap baris kode program harus diakhiri dengan titik koma.
Jika ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan
Universitas Sumatera Utara
36
-
Header file adalah library file yang telah tersedia di dalam Arduino. Library ini
akan digunakan untuk membantu pemrograman berdasarkan perangkat yang
digunakan. Sintaks penulisan dimulai dengan ”#include” kemudian diikuti
nama header library dengan diapit tanda””. Biasanya tampilan warnanya
adalah oranye.
•
Variabel
Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk
memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan untuk
memindahkannya.
-
int (Integer), digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak
mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32.768 dan 32.767.
-
long (Long), digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte
(32 bit) dari memori RAM dan mempunyai rentang dari -2.147.483.648 dan
2.147.483.647
-
boolean (Boolean), variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai
TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya
menggunakan 1 bit dari RAM
-
float (Float), digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte
(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3,4028235E+38 dan
3,4028235E+38
-
char (Character), menyimpan satu karakter menggunakan kode ASCII
(mislanya ’A’ = 65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM
-
Byte, angka antara 0 dan 255. Sama halnya dngan char, namun byte hanya
menggunakan 1 byte memori
-
Unsignt int, sama dengan int. Menggunakan 2 byte tetapi unsign int tidak dapat
digunakan untuk menyimpan angka negatif, batasnya dari 0-65,35
-
Unsign long, sama dengan long. Namun unsign long tidak bisa menyimpan
angka negtaif. Batasnya dari 0 sampai 4.294.967.295
-
Double, Angka gana dengan presisi maksimum 1,7976931348623157 x 10308
Universitas Sumatera Utara
37
-
String, digunakan untuk menyimpan informasi teks, dengan karakter ASCII,
bisa menggunakan string untuk mengirim pesan via serial port, atau
menampilkan teks pada layar LCD
-
Array, adalah kumpulan variabel degan tipe yang sama. setiapvariabel dalam
kumpulan variabel tersebutterdapat elemen, dapat diakses mellaui indeks.
Misalnya kta ingin menginisialisasi pin 3, pin 5, pin 6 dan pin 7, maka dengan
menggunakan array menjadi int pints[] = [3, 5, 6, 7];
•
Operator Matematika
Bagian ini merupakan operator yang digunakan untuk memanipulasi angka
(bekerja seperti matematika yang sederhana), antara lain :
-
= (sama dengan), membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain.
Misalnya x = 10*2, menyatakan bahwa x sekarang sama dengan 20
-
% (persen), menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka
yang lain. Misalnya 12%10 ini akan menghasilkan angka 2
•
-
+ Penjumlahan
-
- Pengurangan
-
* Perkalian
-
/ Pembagian
Operating Pembanding
Digunakan untuk membandingkan nilai logika, seperti :
-
== Sama dengan (misalnya 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau 12 == 12
adalah TRUE (benar))
•
!= Tidak sama dengan (misalnya 12 != 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12
adalah FALSE (salah)
< Lebih kecil dari
> Lebih besar dari
Struktur Pengaturan
Program sangat bergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan
Universitas Sumatera Utara
38
berikutnya. Berikut ini adalah beberapa contoh elemen pengaturan. Masih banyak
contoh yang lain yang bisa dicari di internet atau literatur lain,
-
if....else,
if (kondisi) {}
else if (kondisi) {}
else {}
Dengan struktur seperti di atas, program akan menjalankan kode yang ada
didalam kurung kurawal jika kondisinya TRUE, dan jika tidak (FALSE) maka
akan diperiksa apakah kondisi pada eles if,dan jika kondisinya FALSE maka
kode pada else yang akan dijalankan
-
for, dengan format seperti berikut in,
for (int i = 0;i< #pengulangan; i++){}
Digunakan bila kita ingin melakukan pengulangan kode didalam kurung
kurawal beberapa kali ganti #pengulangan dengan jumlah pengulangan yang
diinginkan. melakukan perhtungan ke ata dengan i++ atau ke bawah dengan i-
•
Digital
-
pinMode(pin, mode), digunakan untuk menerapkan mode dari suatu pin, pin
adalah nomor pin yang akan digunakan dari 0-19. Mode yang digunakan
adalah INPUT atau OUTPUT
-
digitalWrite(pin, vlue), ketika sebuah pin diterapkan sebagai OUTPUT, pin
tersebut dapat dijadikan HIGH (di tarik menjadi 5 volt) atau LOW (diturunkan
menjadi ground)
•
Analog
Arduino adalah mesin digital, tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi
didalam alam analog. Berikut ini cara untuk menghadapi hal yang bukan digital.
-
analogWrite(pin, value), beberapa pin Arduino mendukung pin PWM (Pulse
Width Modulaion), yaitu pin 3,5,6,9,10,11. Ini dapat mengubah pin hidup (on)
atau mati (off) dengan sangat cepat sehingga membuatnya dapat berfungsi
Universitas Sumatera Utara
39
layaknya keluaran analog. Value atau nilai pada format kode tersebut adalah
angka antara 0 (0% duty cycle ~0V) dan 255 (100% duty cycle ~5V)
-
analogRead(pin), ketika pin analog ditetapkan sebagai INPUT, kita dapat
membaca keluaran voltasenya. Keluarannya berupa angka 0 (untuk 0 volt) dan
1023 (untuk 5 volt)
2.4.Sensor Cahaya
Sensor cahaya adalah komponen elektronika yang dapat berfungsi mengubah
suatu besaran optik (cahaya) menjadi besaran elektrik. Sensor cahaya berdasarkan
perubahan elektrik yang dihasilkan dibagi menjadi 2 jenis yaitu,
Photovoltaic : Yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan besaran
optik (cahaya) menjadi perubahan tegangan. Salah satu sensor cahaya jenis
photovoltaic adalah solar cell.
Photoconductive : Yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan
besaran optik (cahaya) menjadi perubahan nilai konduktansi (dalam hal ini nilai
resistansi). Contoh sensor cahaya jenis photoconductive adalah LDR, Photo
Diode,Photo Transistor.Berikut ini penjelasan singkat mengenai jenis–jenis sensor cahaya
yang sering digunakan dalam skala kecil.
2.4.1. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR atau Light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai
hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai
hambatan yang diterima LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima
oleh LDR itu sendiri. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan
intensitas cahaya yang dikenainya atau yang ada disekitarnya. LDR terbuat dari
bahan semikonduktor seperti cadmium sulfida.Dengan bahan ini energi dari cahaya
yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik
meningkat.Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
Dalam keadaan gelap atau dibawah cahaya yang redup, bahan piringan pada
LDR akan menghasilkan elektron bebas dalam jumlah yang relatif sangat kecil untuk
Universitas Sumatera Utara
40
mengalirkan muatan listrik. Hal ini berarti bahwa bahan bersifat sebagai
konduktoryang buruk untuk mengantarkan arus listrik atau bisa juga disebut LDR
memiliki resistansi yang besar pada saat cahaya redup.Namun pada saat cahaya
terang, lebih banyak elektron yang lepas dari atom-atom bahan semikonduktor
tersebut, sehingga banyak elektron untuk mengangkut muatan listrik.Artinya pada
saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR
memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang.Sesuai dengan pembahasan
tersebut bahwasanya hubungan resistansi dengan Iluminasi pada LDR berbanding
terbalik.Seperti halnya mata manusia, sensitivitas LDR juga tergantung dari panjang
gelombang yang mengenainya.masing-masing jenis material bahan semi konduktor
mempunyai grafik spectrum respon sendiri (Vadhya,2016). Bentuk sensor dan simbol
LDR serta grafik resistansi dengan Iluminasi pada LDR yang berbanding
terbalikdapat dilihat pada gambar 2.12 dan 2.13berikut ini,
(a)
(b)
Gambar 2.12.(a) Bentuk Sensor LDR, (b) Simbol LDR
Gambar 2.13. Grafik Resistansi Dengan Iluminasi Pada LDR Berbanding Terbalik
Universitas Sumatera Utara
41
2.4.2. Photodioda
Photodioda adalah sensor cahaya yang mengadopsi prinsip dioda, yaitu hanya
akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. Sama seperti LDR, photodioda juga akan
mengubah besaran cahaya yang diterima menjadi perubahan konduktansi pada kedua
kakinya, semakin besar cahaya yang diterima semakin tinggi juga nilai
konduktansinya dan sebaliknya. Pada photodioda walaupun nilai konduktansi tinggi
(resistansi rendah) tetapi arus listrik hanya dapat dialirkan satu arah saja dari kaki
Anoda ke kaki Katoda.Photodioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada
tidaknya cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat
yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas diatas
10mW/cm2. Photodioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi forward
bias, kita dapat memanfaatkan photodioda ini pada kondisi reverse bias dimana
resistansi dari photodioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.
Jika photodioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang mengalir ke
rangkaian pembanding, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda akan
bersifat sebagai tegangan, sehingga Vcc dan photo dioda tersusun seri, akibatnya
terdapat arus yang mengalir ke rangkaian pembanding.Simbol photodioda dapat di
lihat pada gambar 2.14 berikut
Gambar 2.14. Simbol Photo Diode
2.4.3. Photo Transistor
Photo transistor adalah sensor cahaya yang dapat mengubah besaran cahaya
menjadi besaran konduktansi. Photo transistor prinsip kerjanya sama halnya dengan
transistor pada umum, fungsi bias tegangan basis pada transistor biasa digantikan
Universitas Sumatera Utara
42
dengan besaran cahaya yang diterima photo transistor. Pada saat photo transistor
menerima cahaya maka nilai konduktansi kaki kolektor dan emitor akan naik
(resistansi kaki kolektor-emitor turun).Gambar 2.15 berikut ini menunjukkan simbol
dari photo transistor.Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun
bukan juga tanpa kelemahan.Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan
Phototransistor.
Kelebihan Photo Transistor
Photo Transistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan
dengan Photo Diode.
Photo Transistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga
mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
Photo Transistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan
Output yang hampir mendekati instan.
Photo Transistor dapat menghasilkan Tegangan, sedangkan Photoresistor
tidak bisa.
Kelemahan Photo Transistor
Photo Transistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan
yang melebihi 1000Volt
Photo Transistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak
(electric surge).
Photo Transistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat
lainnya (contoh: Tabung Elektron).
Gambar 2.15. Simbol Photo Transistor
Universitas Sumatera Utara
43
2.4.4. Solar Cell
Solar cell merupakan jenis sensor cahaya photovoltaic, solar cell dapat
mengubah cahaya yang diterima menjadi tegangan. Apabila solar cell menerima
pancaran cahaya maka pada kedua kaki solar cell akan muncul tegangan DC sebesar
0,5 Vdc sampai 0,6 Vdc untuk tiap cell. Aplikasi solar cell yang paling sering kita
jumpai adalah pada calculator. Gambar 2.16 berikut menggambarkan simbol dari
solar cell
Gambar 2.16 Simbol Solar Cell
2.5.LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah modul penampil yang banyak digunakan untuk menampilkan
output.LCD yang banyak digunakan saat ini dan digunakan juga pada rangkaian ini
adalah LCD 16x2 tipe M163, LCD ini dipilih karena disamping harganya yang
terjangkau juga mudah didapat di pasaran.LCD M1632 merupakan modul dengan
tampilan 16x2 (16 baris dan 2 kolom) dengan konsumsi daya rendah.Untuk rangkaian
interfacing, LCD tidak banyak memerlukan komponen pendukung, hanya diperlukan
satu variabel resistor untuk memberikan tegangan kontras pada matriks LCD. Dengan
menggunakan
program
dari
software
Arduino
IDE,
pemrograman
untuk
menampilkan karakter atau string ke LCD cukup mudah karena didukung library
yang telah disediakan oleh Arduino IDE tersebut. Kita tidak harus memahami
karakteristik LCD secara mendalam, perintah tulisan dan inisialisasi sudah disediakan
oleh library dari CodeVision AVR.Bentuk LCD dapat dilihat pada gambar
2.17.berikut ini. Fungsi kaki/pin LCD 16x2 dapat dilihat pada tabel2.2berikut.
Universitas Sumatera Utara
44
Gambar.2.17. LCD (Liquid Crystal Display) 16x2
Tabel 2.2. Fungsi Kaki/PIN LCD 16x2
PIN
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengantar Kontras
4
RS Instruction (Register select)
5
RW (Read Write) LCD Register
6
WN (Enable)
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground
2.6.PWM(Pulse Width Modulation)
PWM merupakan suatu teknik atau cara memodulasi lebar pulsa/sinyal untuk
mendapatkan tegangan rata-rata. PWM merupakan sebuah aset berharga pada
elektronika digital, karena tegangan yang dapat dioperasikan di rangkaian digital
hanya pada level 0volt (low) dan 5 volt (high). Tanpa adanya PWM elektronika
digital hanya mampu menyalakan dan mematikan lampu.Aplikasi PWM berbasis
mikrokontroler biasanya berupa pengendali kecepatan motor DC, pengendali motor
servo dan pengaturan nyala terang redup LED.
Universitas Sumatera Utara
45
PWM dibuat dengan memberikan lama waktu hidup (T ON) dan lama waktu
mati (T OFF) pada sebuah sinyal.Lama waktu hidup dan waktu mati berpengaruh
pada tegangan ekuivalen atau biasa disebut dengan duty cycle.Pada gambar
2.18berikut memperlihatkan grafik sinyal PWM,
Gambar 2.18. Grafik Sinyal PWM
Dari grafik sinyal PWM, terlihat bahwa sinyal PWM adalah sinyal digital
yang amplitudonya tetap, tetapi memiliki lebar pulsa yang aktif (duty cycle) dan
dapatdiubah-ubah.Periode sinyal PWM adalah waktu pulsa high (ON) di tambah
waktu pulsa low (OFF).
T ON = Waktu Pulsa High
T OFF = Waktu Pulsa Low
T total = T ON + T OFF
Duty cycle adalah prosentase keadaan pulsa high (1) dalam satu periode
sinyal. Besarnya duty cycle dapat dituliskan sebagai berikut :
� ��
Duty cycle = � �����
Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perbandingan antara T ON
dengan T total sebanding dengan tegangan keluaran atau yang disebut dengan
tegangan ekuivalen (duty cycle).Grafik perbandingan sinyal PWM dengan tegangan
ekuivalen linear dapat dilihat pada gambar 2.19 berikut. (Winarno & Deni
Arifianto,2011)
Universitas Sumatera Utara
46
Gambar 2.19. Grafik perbandingan Sinyal PWM Dengan Tegangan Ekuivalen Linier
2.7.TRIAC (TRIode forAlternating Current)
TRIAC adalah perangkat semikonduktor berterminal tiga yang berfungsi
sebagai pengendali arus listrik.Nama TRIAC ini merupakan singkatan dari TRIode
forAlternating Current (Trioda untuk arus bolak balik). TRIAC juga tergolong
sebagai Thyristor yang berfungsi sebagai pengendali atau Switching.TRIAC memiliki
kemampuan yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah (bidirectional) ketika
dipicu.Terminal Gate TRIAC hanya memerlukan arus yang relatif rendah untuk dapat
mengendalikan aliran arus listrik AC yang tinggi dari dua arah terminalnya.TRIAC
sering juga disebut dengan Bidirectional Triode Thyristor.Jika dilihat dari
strukturnya, TRIAC merupakan komponen elektronika yang terdiri dari 4 lapis
semikonduktor dan 3 Terminal, Ketiga Terminal tersebut diantaranya adalah MT1,
MT2 dan Gate. MT adalah singkatan dari Main Terminal, pada gambar 2.20 berikut
ini merupakan bentuk fisik TRIAC.
Universitas Sumatera Utara
47
Gambar 2.20. TRIAC (TRIode forAlternating Current)
TRIAC merupakan komponen yang sangat cocok untuk digunakan sebagai
AC Switching (Saklar AC).Karena dapat megendalikan aliran arus listrik pada dua
arah siklus gelombang bolak-balik AC. Kemampuan inilah yang menjadi kelebihan
dari TRIAC jika dibandingkan dengan SCR. Namun TRIAC pada umumnya tidak
digunakan pada rangkaian switching yang melibatkan daya yang sangat tinggi.Salah
satu alasannya adalah karena karakteristik Switching TRIAC yang non-simetris dan
juga gangguan elektromagnetik yang diciptakan oleh listrik yang berdaya tinggi itu
sendiri.Beberapa aplikasi TRIAC pada peralatan-peralatan Elektronika maupun listrik
diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Pengatur pada Lampu Dimmer.
2. Pengatur Kecepatan pada Kipas Angin.
3. Pengatur Motor kecil.
4. Pengatur pada peralatan-peralatan rumah tangga yang berarus listrik AC.
2.8.Optocoupler
Dalam dunia elektronika, optocoupler juga dikenal dengan sebutan Optoisolator,
Photocoupler
atau
Optical
Isolator.Optocoupler
adalah
komponen
elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik.Pada
Universitas Sumatera Utara
48
dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu Transmitter yang berfungsi
sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi
sumber cahaya.Optocoupler yang sering ditemukan adalah Optocoupler yang terbuat
dari bahan Semikonduktor dan terdiri dari kombinasi LED (Light Emitting Diode)
dan Phototransistor.Dalam Kombinasi ini, LED berfungsi sebagai pengirim sinyal
cahaya optik (Transmitter) sedangkan Phototransistor berfungsi sebagai penerima
cahaya tersebut (Receiver). Untuk lebih jelas mengenai Prinsip kerja Optocoupler,
bisa dilihat pada gambar 2.21 berikut ini,
Gambar 2.21.Rangkaian Internal Komponen Optocoupler
Dari gambar 2.21diatas dapat dijelaskan bahwa Arus listrik yang mengalir
melalui IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya Infra
merahnya. Intensitas Cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada
IR LED tersebut.Kelebihan Cahaya Infra Merah adalah pada ketahanannya yang lebih
baik jika dibandingkan dengan Cahaya yang tampak.Cahaya Infra Merah tidak dapat
dilihat dengan mata telanjang.Cahaya Infra Merah yang dipancarkan tersebut akan
dideteksi oleh Phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau Switch
ON pada Phototransistor. Optocoupler banyak diaplikasikan sebagai driver pada
rangkaian pada Mikrokontroller, driver pada Motor DC, DC dan AC power control
dan juga pada komunikasi rangkaian yang dikendalikan oleh PC (Komputer).Gambar
2.22berikut ini merupakan bentuk fisik optocoupler IC.
Universitas Sumatera Utara
49
Gambar 2.22. Optocoupler IC
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Pencahayaan
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) cahaya adalah sinar atau
terang (dari sesuatu yang bersinar seperti matahari, bulan, lampu, lilin, dsb) yang
memungkinkan mata menangkap benda-benda disekitarnya. Cahaya sendiri dapat
dibagi menjadi dua bagian, yaitu :
A. Cahaya Alami
Cahaya alami adalah cahaya yang bersumber dari penerangan atau sinar alam
sepertimatahari, lahar panas, fosfor di pohon-pohon, kilat dan kunang-kunang.
Cahaya alami memiliki beberapa kelebihan diantaranya,
•
Bersifat alami (natural), manusia pada dasarnya tidak ingin dicabut dari alam dan
•
ingin selalu berada didalam atau dekat dengan alam.
•
Tersedia secara gratis
•
Memiliki daya panas dan kimiawi yang diperlukan bagi makhluk hidup di bumi.
•
peredarannya saat mengelilingi matahari.
•
Tersedia berlimpah
•
Memiliki spektrum cahaya lengkap
Dinamais, arah sinar matahari selalu berubah oleh rotasi bumi maupun
Lebih alami bagi irama tubuh
Disamping kelebihannya cahaya alami juga memiliki kekurangan, diantaranya,
•
Pada bangunan berlantai banyak dan gemuk (berdenah rumit) sulit untuk
memanfaatkan cahaya alami matahari (walau ada teknologi serat kaca yang dapat
•
•
menyalurkan cahaya jauh kedalam ruangan)
Intensitas cahaya tidak mudah diatur, dapat sangat menyilaukan atau sangat redup
Pada malam hari tidak tersedia
Universitas Sumatera Utara
21
•
Sering membawa serta panas masuk ke dalam
B. Cahaya Buatan
Cahaya buatan adalah cahaya yang bersumber dari sinar atau pencahayaan
buatan seperti bola lampu, lilin, lampu sentir, dsb.Pencahayaan buatan diperlukan
karena kita tidak dapat sepenuhnya bergantung pada ketersediaan cahaya
alami.Misalnya pada malam hari atau diluar yang tak terjangkau oleh cahaya
alami.Dengan demikian sudah semestinya pencahayaan buatan bersifat saling
mendukung dengan pencahayaan alami (tidak dapat dikatakan mana yang lebih
unggul). Pencahayaan buatan diperlukan bila :
•
•
Tidak tersedia cahaya alami siang hari, saat antara matahari terbenan dan terbit
•
cahaya bola langit akan berkurang
•
ruangan yang jauh dari jendela
Tidak tersedia cukup cahaya alami dari matahari, saat mendung tebal, intensitas
Cahaya alami dari matahari tidak dapat menjangkau tempat tertentu didalam
Diperlukan cahaya merata pada ruang lebar. Pada ruangan yang lebar, hanya
lokasi disekitar jendela saja yang terang, sedangkan bagian tengah akan menjadi
redup. Hal ini terutama terjadi pada ruangan lebar, luas dan terletak dibawah
lantai lain sehingga tidak dapat dibuat lubang cahaya di atap. Namun jika ruang
luas tersebut dapat diberi atap transparan, tidaklah terlalu disarankan untuk daerah
•
tropis karena ruangan akan menjadi sangat panas.
Diperlukan untuk fungsi khusus
Sebagai tambahan, pencahayaan buatan tidak akan dapat sepenuhnya
menggantikan pencahayaan alami dari matahari. Sinar matahari membawa efek fisik,
kimia, dan psikologis yang tidak seutuhnya dapat digantikan oleh sinar
lampu.Makhluk hidup (manusia, hewan dan tumbuhan) pada dasarnya sangat terkait
oleh alam. Oleh karena itu mengasingkan manusia secara total dari pencahayaan
alami tentu tidak disarankan karena akan membawa dampak merugikan baik secara
fisik maupun mental
Universitas Sumatera Utara
22
2.2.Istilah-Istilah dan Pengertian dalam Pencahayaan
Beberapa istilah-istilah
yang sering digunakan dalam
penghitungan
pencahayaan adalah sebagai berikut :
a. Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya (light intensity, luminous intensity), diukur dengan Candela
(cd)) adalah kuat cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah sumber cahaya ke arah
tertentu.penggambaran intensitas cahaya dapat dilihat pada gambar 2.1. berikut ini,
Gambar 2.1.Penggambaran Intensitas Cahaya
b. Fluk Cahaya
Fluk cahaya (luminous flux, diukur dengan Lumen (lm)) adalah banyak
cahaya yang dipancarkan ke segala arah oleh sebuah sumber cahaya per satuan waktu
(biasanya per detik).Penggambaran fluk cahaya dapat dilihat pada gambar 2.2.berikut
ini,
Gambar 2.2.Penggambaran Fluk Cahaya
Universitas Sumatera Utara
23
c. Iluminansi Cahaya
Iluminan (illuminancediukur dengan Lux (lx), lumen/�2 ) adalah banyaknya
cahaya yang datang pada suatu unit bidang. Iluminasi (illumination) adalah cahaya
yang datang pada suatu objek.Pengambaran iluminansi cahaya dapat dilihat pada
gambar 2.3.berikut ini,
Gambar 2.3.Penggambaran Lux (Iluminasi)
d. Luminansi Cahaya
Luminan (Luminance, diukur dengan candela/�2 ) adalah intensitas cahaya
yang dipancarkan, dipantulkan, atau diteruskan oleh suatu unit bidang yang diterangi,
Gambar 2.4.Penggambaran Luminan
Untuk lebih jelasnya mengenai besaran, lambang, satuan dan lambang satuan dalam
pencahayaan dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut.
Universitas Sumatera Utara
24
Tabel 2.1.Simbol dan Satuan Dalam Cahaya
NO.
1
Kesatuan
Simbol
Simbol
Satuan
Kuat Cahaya (Intensitas Cahaya)
Satuan
Lilin
I
(candela,
cd
candlepower)
2
Arus cahaya (yaitu jumlah
banyaknya cahaya (Q) per satuan
Ф
Lumen
lm
E
Lux
lx
IL
cd/�2
cd/�2
waktu (t)) ; Ф = Q/t
3
Arus cahaya yang datang
(iluminan) per satuan luas
permukaan ; E = Q/A
4
Arus cahaya yang pergi (luminan)
per satuan luas permukaan; IL=I/A
Dalam
kenyataannya,
menghitung
penerangan
tidak
semudah
yang
dibayangkan. Banyak faktor yang mempengaruhi di suatu titik, antara lain distribusi
intensitas cahaya luminer, efisiensi, bentuk dan ukuran ruang, pantulan permukaan,
serta ketinggian lampu dari bidang kerja. Dari segi pengarahan cahaya dikenal istilah
pencahayaan langsung (direct lighting), yaitu pencahayaan dengan mengarahkan
sinar langsung ke bidang kerja atau objek. Lawan dari pencahayaan langsung adalah
pencahayaan tidak langsung (indirect lighting), yaitu pencahayaan dengan cara
memantulkan sinar terlebih dahulu (misalnya ke langit-langit dan ke dinding).
Pencahayaan tak langsung sangat baur sehingga menimbulkan suasana lembut.Pada
umumnya lampu memberikan gabungan antara kedua pencahayaan tersebut.
Berdasarkan cakupannya dikenal istilah pencahayaan umum (general
lighting), yaitu pencahayaan merata untuk seluruh ruangan dan dimaksudkan untuk
memberikan terang merata, walaupun mungkin minimal, agar tidak terlalu
gelap.Berbeda dengan pencahayaan umum, pencahayaan kerja (task lighting) adalah
pencahayaan fungsional untuk kerja visual tertentu, biasanya disesuaikan dengan
Universitas Sumatera Utara
25
standar kebutuhan penerangan bagi suatu jenis kerja.pencahayaan yang secara khusus
diarahkan ke objek tertentu untuk memperkuat penampilannya (fungsi estetik) disebut
pencahayaan aksen (accent lighting). Cahaya ambien (ambient light) adalah cahaya
keseluruhan dalam suatu ruang yang merupakan efek gabungan dari pencahayaan
umum, aksen, dll.Pada umumnya lampu dapat memberikan pencahayaan dari
beberapa definisi pencahayaan tersebut. Ada banyak lampu yang tersedia di toko
(Prasasto,2009).
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan bola lampu pijar soft tone 100W
sebagai sumber penerangan. Adapun beberapa alasan digunakannya bola lampu pijar
dalam penelitian ini karena kelebihan lampu ini antara lain sebagai berikut :
•
•
Biaya awal yang rendah
•
dimmer)
•
lampu pijar hanya cocok untuk pencahayaan yang rendah
•
Tidak terpengaruh oleh suhu dan kelembapan
•
•
•
•
Pengaturan intensitas cahaya (terang/redup) mudah dan murah (dengan memakai
Dalam penelitian tidak membutuhkan pencahayaan yang tinggi, dimana bola
Pemakaian sangat luwes
Perlengkapannya sederhana dan dapat ditangani dengan sederhana
Tetapi di balik kelebihannya, lampu pijar memiliki kekurangan antara lain :
Umur pendek (750-1000 jam), makin rendah watt umur bola lampu semakin
pendek
Untuk negara tropis, panas dari lampu akan menambah beban AC
Warna yang cenderung hangat, secara psikologis akan membuat suasana ruang
kurang sejuk
2.3.Arduino
2.3.1. Sekilas Tentang Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source
yang didalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan
Universitas Sumatera Utara
26
jenis AVR dari perusahaan Atmel. Pembuatan Arduino dimulai pada tahun 2005,
dimana sebuah situs perusahaan komputer Olivetti di Ivrea Italia, membuat perangkat
untuk mengendalikan proyek desain interaksi siswa supaya lebih murah dibandingkan
sistem yang ada pada saat itu. Dilanjutkan pada bulan Mei 2011, dimana sudah lebih
dari 300.000 unit Arduino terjual.Pendiri dari Arduino itu sendiri bernama Massimo
Banzi dan David Cuartielles sebagai founder.Awalnya mereka memberikan nama
proyek itu dengan sebutan Arduin dari Ivrea tetapi seiring dengan perkembangan
zaman, nama proyek itu diubah menjadi Arduino yang berarti “teman yang kuat” atau
dalam versi Bahasa inggrisnya dikenal dengan sebutan “Hardwin”.Secara umum
Arduino terdiri dari 2 bagian, yaitu :
1. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source
2. Software Arduino yang juga open source, meliputi software Arduino IDE
untukmenulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
Saat ini ada bermacam-macam bentuk dan jenis Arduino yang disesuaikan dengan
peruntukannya, tidak hanya board (papan) Arduno yang disediakan, tetapi juga
terdapat modul siap pakai (shield), juga aksesoris seperti USB adaptor dan
sebagainya.Pada penelitian kali ini penulis menggunakan Arduino Uno.
2.3.2. Papan/BoardArduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang
memiliki 14 pin digital Input/Output (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai Output
PWM), 6 Input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP,
dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke komputer dengan
kabel USB atau daya eksternal dengan adaptor AC-DC atau baterai.Papan/Board
ArduinoUNO dapat dilihat pada gambar 2.5. berikut ini,
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar. 2.5. Papan/BoardArduino UNO
•
Adapun spesifikasi dari Board Arduino diatas ialah :
•
Mikrokontroler ATmega328
•
Tegangan Input (Disarankan) 7-12V
•
Tegangan Operasi 5V
•
Batas Tegangan Input 6-20V
•
Pin Analog Input 6 pin
•
Arus DC untuk pin 3,3V 50mA
•
SRAM 2KB (ATmeg328)
•
Pin Digital Input/Output 14 (Dimana 6 pin Output PWM)
•
Arus DC per I/O pin yaitu 40mA
•
Flash memory 32KB (ATmega328), dimana 0,5 KB digunakan oleh bootloader
•
EEPROM 1KB (ATmega 328)
Clock 16MHz
2.3.3. Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
Universitas Sumatera Utara
28
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
•
•
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
•
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
•
2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
•
32 x 8-bit register serba guna.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM
•
tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
•
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
•
Modulation) output.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroler ATmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan
memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan
kerja dan parallelism.Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam
satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya
sudah diambil dari memori program.Konsep inilah yang memungkinkan instruksi –
instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba
guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang
dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan
sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk
mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut
dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ),
dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ).
Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit.Setiap alamat memori
program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas,
terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64
Universitas Sumatera Utara
29
byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register
control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O
lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h –
0x5Fh.Gambar 2.6 berikut memperlihatkan pin-pin Mikrokontroler ATMega328,
pada gambar 2.7, 2.8 dan 2.9 berikut merupakan konfigurasi dari port Mikrokontroler
ATMega328, dan pada gambar 2.10 memperlihatkan tampilan architecture
ATmega328 :
Gambar 2.6. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 328
Gambar 2.7. Konfigurasi Port B
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 2.8. Konfigurasi Port C
Gambar 2.9. Konfigurasi Port D
Universitas Sumatera Utara
31
Gambar 2.10.Architecture ATmega328
2.3.4. Kelebihan Arduino
Arduino menyederhanakan proses kerja dengan mikrokontroler, sekaligus
menawarkan beberapa macam kelebihan, diantarnya :
•
Arduino mudah didapatkan dipasaran dan memiliki harga yang cukup terjangkau
•
dipasaran
•
dengan kumpulan library yang cukup lengkap
•
yang akan menangani upload program dari computer
Sederhana dan mudah pemrogramannya, karena software Arduino dilengkapi
Tidak perlu perangkat chip programmer, karena didalamnya sudah ada bootloader
Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna laptop yang tidak
memiliki port serial/RS232 bisa menggunakannya
Universitas Sumatera Utara
32
•
Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino,
misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.
2.3.5. Catu Daya
Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal.Sumber daya dipilih secara otomatis, sumber daya eksternal (non-USB)
dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan menancapkan Power Jack, dapat juga dihubungkan pada power pin (Gnd dan
Vin). Board Arduino UNO dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20
volt.jika disuplay kurang 7 V, meskipun pin 5V dapat disuplay kurang dari 5V, board
mungkin tidak stabil. Jikamenggunakan tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan
bisa panas dan merusak board.Kisaran tegangan yang disarankan adalah 7 sampai
12V. Adapun pin power suplay pada Arduino Uno adalah :
•
Vin. Tegangan input board Arduino ketika menggunakan sumber daya (5V dari
sambungan USB atau dari sumber regulator lain). Kita dapat mensuplay tegangan
pada pin ini, jika suplay tegangan lewat power jack, dapat mengakses melalui pin
•
ini
5V. Keluaran pin ini telah diatur sebesar 5V dari regulator pada board. Board
dapat disuplay melalui DC jack power (7-12V), koneksi USB (5V), atau pin Vin
(7-12V). Menyuplai tegangan melalui pin 5V atau 3.3V bypass regulator, dapat
•
merusak board
•
50mA
3v3. Suplay 3.3V dihasilkan oleh regulator pada board. Menarik arus maksimal
GND. Pin Ground
2.3.6. Input dan Output
Setiap pin digital pada board Arduino dapat digunakan sebagai input ataupun
output. Dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(),
pin-pin ini beroperasi pada tegangan 5V. Setiap pin mampu memberikan atau
menerima arus maksimum dan memiliki resistor pull-up internal (secara default tidak
Universitas Sumatera Utara
33
terhubung) dari 20-5 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus,
diantaranya :
•
Serial, 0(RX) dan 1 (TX) digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan
(TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dengan chip
•
ATmega8U2 USB to TTL serial.
•
pada nilai yang rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai
•
analogWrite().
•
menggunakan library SPI
Interupsi Eksternal, 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt
PWM, 3,5,6,9,10 dan 11. Menyediakan 8 bit output PWM dengan fungsi
SPI, 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI
LED, 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. ketika pin bernilai TINGGI
(HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai RENDAH (LOW), LED akan
•
mati (OFF)
Uno memiliki 6 analog input tertulis di label A0 hingga A5, masingmasingnya memberikan 10 bit resolusi (1024). Secara asal input analog
tersebut terukuru dari 0 (ground) sampai 5 volt, itupun memungkinkan
perubahan teratas dari jarak yang digunakan oleh pin AREF dengan fungsi
•
analogReference().
TWI: pin A4 atau pin SDA dan and A5 atau pin SCL. Support TWI
communication menggunakan Wire library. Inilah pin sepasang lainnya di
•
board UNO.
•
analogReference().
AREF. Tegangan
referensi
untuk
input
analog.
digunakan
fungsi
Reset. Meneka jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat tambahan
tombol reset untuk melindungi salah satu blok.
2.3.7. Bahasa Pemrograman Arduino
Banyak Bahasa pemrograman yang biasa digunakan untuk pemrograman
mikrokontroler.Misalnya Bahasa assembly, namun dalam pemrograman Arduino ini
Universitas Sumatera Utara
34
bahasa yang dipakai adalah Bahasa C. Bahasa C adalah Bahasa yang sangat lazim
dipakai sejak awal computer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan
software. Bahasa C adalah multi-platfrom karena Bahasa C bisa diterapkan pada
lingkungan Windows, Unix, Linux atau sistem operasi lain tanpa mengalmai
perubahan source code, (Kalaupun ada perubahan biasanya sangat minim). Karena
Arduino menggunakan Bahasa C yang multi-platfrom, software Arduino pun bisa
dijalankan pada semua sistem operasi yang umum.
Terdapat banyak library Bahasa C yang bisa didapat.Setiap library Arduino
biasanya disertai dengan contoh pemakaiannya.Keberadaan library-library ini bukan
hanya membantu kita membuat proyek mikrokontroler, tetapi bisa dijadikan sarana
untuk mendalami program Bahasa C pada mikrokontroler.Tampilan pemrograman
Arduino dapat dilihat pada gambar 2.11.berikut ini.
Gambar 2.11. Tampilan Pemrograman Arduino Dengan Software Arduino IDE
Dimana pada gambar tersebut terdiri dari 3 bagian yaitu,
•
Bagian atas, yakni Toolbar, pada bagian ini juga terdapat menu file, edit, sketch,
tools dan help
Universitas Sumatera Utara
35
•
•
Bagian tengah, yaitu tempat penulisan kode program atau sketch
Bagian bawah berupa jendela pesan (message windows) atau tes konsul yang
berisi status dan pesan error.
Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai karakter bahasa C dan software
Arduino,
•
Struktrur
Setiap program Arduino (biasa di sebut sketch) mempunyai dua buah fungsi
yang harus ada yaitu,
-
Void setup (){}, semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya
satu kali ketika program arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
-
Void loop (){}, fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup)
selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi dan lagi
secara terus menerus sampai catu daya (power dilepaskan)
•
Syntax
-
//(Komentar satu baris), terkadang diperlukan untuk memberikan catatan pada
apa arti dari kode-kode program yang dituliskan. cukup menuliskan dua buah
garis miring, dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan diabaikan
oleh program
-
/*
*/(Komentar banyak baris), jika kita punya banyak catatan (lebih dari 1
baris) pada apa arti kode-kode program yang dituliskan, hal itu dapat dituliskan
pada beberapa garis sebagai komentar. Semua hal yang terletak diantara kedua
simbol tersebut akan diabaikan oleh program
-
{} (Kurung kurawal), digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program
mulai dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan)
-
; (Titik koma), setiap baris kode program harus diakhiri dengan titik koma.
Jika ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan
Universitas Sumatera Utara
36
-
Header file adalah library file yang telah tersedia di dalam Arduino. Library ini
akan digunakan untuk membantu pemrograman berdasarkan perangkat yang
digunakan. Sintaks penulisan dimulai dengan ”#include” kemudian diikuti
nama header library dengan diapit tanda””. Biasanya tampilan warnanya
adalah oranye.
•
Variabel
Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk
memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan untuk
memindahkannya.
-
int (Integer), digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak
mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32.768 dan 32.767.
-
long (Long), digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte
(32 bit) dari memori RAM dan mempunyai rentang dari -2.147.483.648 dan
2.147.483.647
-
boolean (Boolean), variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai
TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya
menggunakan 1 bit dari RAM
-
float (Float), digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte
(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3,4028235E+38 dan
3,4028235E+38
-
char (Character), menyimpan satu karakter menggunakan kode ASCII
(mislanya ’A’ = 65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM
-
Byte, angka antara 0 dan 255. Sama halnya dngan char, namun byte hanya
menggunakan 1 byte memori
-
Unsignt int, sama dengan int. Menggunakan 2 byte tetapi unsign int tidak dapat
digunakan untuk menyimpan angka negatif, batasnya dari 0-65,35
-
Unsign long, sama dengan long. Namun unsign long tidak bisa menyimpan
angka negtaif. Batasnya dari 0 sampai 4.294.967.295
-
Double, Angka gana dengan presisi maksimum 1,7976931348623157 x 10308
Universitas Sumatera Utara
37
-
String, digunakan untuk menyimpan informasi teks, dengan karakter ASCII,
bisa menggunakan string untuk mengirim pesan via serial port, atau
menampilkan teks pada layar LCD
-
Array, adalah kumpulan variabel degan tipe yang sama. setiapvariabel dalam
kumpulan variabel tersebutterdapat elemen, dapat diakses mellaui indeks.
Misalnya kta ingin menginisialisasi pin 3, pin 5, pin 6 dan pin 7, maka dengan
menggunakan array menjadi int pints[] = [3, 5, 6, 7];
•
Operator Matematika
Bagian ini merupakan operator yang digunakan untuk memanipulasi angka
(bekerja seperti matematika yang sederhana), antara lain :
-
= (sama dengan), membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain.
Misalnya x = 10*2, menyatakan bahwa x sekarang sama dengan 20
-
% (persen), menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka
yang lain. Misalnya 12%10 ini akan menghasilkan angka 2
•
-
+ Penjumlahan
-
- Pengurangan
-
* Perkalian
-
/ Pembagian
Operating Pembanding
Digunakan untuk membandingkan nilai logika, seperti :
-
== Sama dengan (misalnya 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau 12 == 12
adalah TRUE (benar))
•
!= Tidak sama dengan (misalnya 12 != 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12
adalah FALSE (salah)
< Lebih kecil dari
> Lebih besar dari
Struktur Pengaturan
Program sangat bergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan
Universitas Sumatera Utara
38
berikutnya. Berikut ini adalah beberapa contoh elemen pengaturan. Masih banyak
contoh yang lain yang bisa dicari di internet atau literatur lain,
-
if....else,
if (kondisi) {}
else if (kondisi) {}
else {}
Dengan struktur seperti di atas, program akan menjalankan kode yang ada
didalam kurung kurawal jika kondisinya TRUE, dan jika tidak (FALSE) maka
akan diperiksa apakah kondisi pada eles if,dan jika kondisinya FALSE maka
kode pada else yang akan dijalankan
-
for, dengan format seperti berikut in,
for (int i = 0;i< #pengulangan; i++){}
Digunakan bila kita ingin melakukan pengulangan kode didalam kurung
kurawal beberapa kali ganti #pengulangan dengan jumlah pengulangan yang
diinginkan. melakukan perhtungan ke ata dengan i++ atau ke bawah dengan i-
•
Digital
-
pinMode(pin, mode), digunakan untuk menerapkan mode dari suatu pin, pin
adalah nomor pin yang akan digunakan dari 0-19. Mode yang digunakan
adalah INPUT atau OUTPUT
-
digitalWrite(pin, vlue), ketika sebuah pin diterapkan sebagai OUTPUT, pin
tersebut dapat dijadikan HIGH (di tarik menjadi 5 volt) atau LOW (diturunkan
menjadi ground)
•
Analog
Arduino adalah mesin digital, tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi
didalam alam analog. Berikut ini cara untuk menghadapi hal yang bukan digital.
-
analogWrite(pin, value), beberapa pin Arduino mendukung pin PWM (Pulse
Width Modulaion), yaitu pin 3,5,6,9,10,11. Ini dapat mengubah pin hidup (on)
atau mati (off) dengan sangat cepat sehingga membuatnya dapat berfungsi
Universitas Sumatera Utara
39
layaknya keluaran analog. Value atau nilai pada format kode tersebut adalah
angka antara 0 (0% duty cycle ~0V) dan 255 (100% duty cycle ~5V)
-
analogRead(pin), ketika pin analog ditetapkan sebagai INPUT, kita dapat
membaca keluaran voltasenya. Keluarannya berupa angka 0 (untuk 0 volt) dan
1023 (untuk 5 volt)
2.4.Sensor Cahaya
Sensor cahaya adalah komponen elektronika yang dapat berfungsi mengubah
suatu besaran optik (cahaya) menjadi besaran elektrik. Sensor cahaya berdasarkan
perubahan elektrik yang dihasilkan dibagi menjadi 2 jenis yaitu,
Photovoltaic : Yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan besaran
optik (cahaya) menjadi perubahan tegangan. Salah satu sensor cahaya jenis
photovoltaic adalah solar cell.
Photoconductive : Yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan
besaran optik (cahaya) menjadi perubahan nilai konduktansi (dalam hal ini nilai
resistansi). Contoh sensor cahaya jenis photoconductive adalah LDR, Photo
Diode,Photo Transistor.Berikut ini penjelasan singkat mengenai jenis–jenis sensor cahaya
yang sering digunakan dalam skala kecil.
2.4.1. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR atau Light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai
hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai
hambatan yang diterima LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima
oleh LDR itu sendiri. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan
intensitas cahaya yang dikenainya atau yang ada disekitarnya. LDR terbuat dari
bahan semikonduktor seperti cadmium sulfida.Dengan bahan ini energi dari cahaya
yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik
meningkat.Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
Dalam keadaan gelap atau dibawah cahaya yang redup, bahan piringan pada
LDR akan menghasilkan elektron bebas dalam jumlah yang relatif sangat kecil untuk
Universitas Sumatera Utara
40
mengalirkan muatan listrik. Hal ini berarti bahwa bahan bersifat sebagai
konduktoryang buruk untuk mengantarkan arus listrik atau bisa juga disebut LDR
memiliki resistansi yang besar pada saat cahaya redup.Namun pada saat cahaya
terang, lebih banyak elektron yang lepas dari atom-atom bahan semikonduktor
tersebut, sehingga banyak elektron untuk mengangkut muatan listrik.Artinya pada
saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR
memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang.Sesuai dengan pembahasan
tersebut bahwasanya hubungan resistansi dengan Iluminasi pada LDR berbanding
terbalik.Seperti halnya mata manusia, sensitivitas LDR juga tergantung dari panjang
gelombang yang mengenainya.masing-masing jenis material bahan semi konduktor
mempunyai grafik spectrum respon sendiri (Vadhya,2016). Bentuk sensor dan simbol
LDR serta grafik resistansi dengan Iluminasi pada LDR yang berbanding
terbalikdapat dilihat pada gambar 2.12 dan 2.13berikut ini,
(a)
(b)
Gambar 2.12.(a) Bentuk Sensor LDR, (b) Simbol LDR
Gambar 2.13. Grafik Resistansi Dengan Iluminasi Pada LDR Berbanding Terbalik
Universitas Sumatera Utara
41
2.4.2. Photodioda
Photodioda adalah sensor cahaya yang mengadopsi prinsip dioda, yaitu hanya
akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. Sama seperti LDR, photodioda juga akan
mengubah besaran cahaya yang diterima menjadi perubahan konduktansi pada kedua
kakinya, semakin besar cahaya yang diterima semakin tinggi juga nilai
konduktansinya dan sebaliknya. Pada photodioda walaupun nilai konduktansi tinggi
(resistansi rendah) tetapi arus listrik hanya dapat dialirkan satu arah saja dari kaki
Anoda ke kaki Katoda.Photodioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada
tidaknya cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat
yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas diatas
10mW/cm2. Photodioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi forward
bias, kita dapat memanfaatkan photodioda ini pada kondisi reverse bias dimana
resistansi dari photodioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.
Jika photodioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang mengalir ke
rangkaian pembanding, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda akan
bersifat sebagai tegangan, sehingga Vcc dan photo dioda tersusun seri, akibatnya
terdapat arus yang mengalir ke rangkaian pembanding.Simbol photodioda dapat di
lihat pada gambar 2.14 berikut
Gambar 2.14. Simbol Photo Diode
2.4.3. Photo Transistor
Photo transistor adalah sensor cahaya yang dapat mengubah besaran cahaya
menjadi besaran konduktansi. Photo transistor prinsip kerjanya sama halnya dengan
transistor pada umum, fungsi bias tegangan basis pada transistor biasa digantikan
Universitas Sumatera Utara
42
dengan besaran cahaya yang diterima photo transistor. Pada saat photo transistor
menerima cahaya maka nilai konduktansi kaki kolektor dan emitor akan naik
(resistansi kaki kolektor-emitor turun).Gambar 2.15 berikut ini menunjukkan simbol
dari photo transistor.Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun
bukan juga tanpa kelemahan.Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan
Phototransistor.
Kelebihan Photo Transistor
Photo Transistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan
dengan Photo Diode.
Photo Transistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga
mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
Photo Transistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan
Output yang hampir mendekati instan.
Photo Transistor dapat menghasilkan Tegangan, sedangkan Photoresistor
tidak bisa.
Kelemahan Photo Transistor
Photo Transistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan
yang melebihi 1000Volt
Photo Transistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak
(electric surge).
Photo Transistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat
lainnya (contoh: Tabung Elektron).
Gambar 2.15. Simbol Photo Transistor
Universitas Sumatera Utara
43
2.4.4. Solar Cell
Solar cell merupakan jenis sensor cahaya photovoltaic, solar cell dapat
mengubah cahaya yang diterima menjadi tegangan. Apabila solar cell menerima
pancaran cahaya maka pada kedua kaki solar cell akan muncul tegangan DC sebesar
0,5 Vdc sampai 0,6 Vdc untuk tiap cell. Aplikasi solar cell yang paling sering kita
jumpai adalah pada calculator. Gambar 2.16 berikut menggambarkan simbol dari
solar cell
Gambar 2.16 Simbol Solar Cell
2.5.LCD (Liquid Crystal Display)
LCD adalah modul penampil yang banyak digunakan untuk menampilkan
output.LCD yang banyak digunakan saat ini dan digunakan juga pada rangkaian ini
adalah LCD 16x2 tipe M163, LCD ini dipilih karena disamping harganya yang
terjangkau juga mudah didapat di pasaran.LCD M1632 merupakan modul dengan
tampilan 16x2 (16 baris dan 2 kolom) dengan konsumsi daya rendah.Untuk rangkaian
interfacing, LCD tidak banyak memerlukan komponen pendukung, hanya diperlukan
satu variabel resistor untuk memberikan tegangan kontras pada matriks LCD. Dengan
menggunakan
program
dari
software
Arduino
IDE,
pemrograman
untuk
menampilkan karakter atau string ke LCD cukup mudah karena didukung library
yang telah disediakan oleh Arduino IDE tersebut. Kita tidak harus memahami
karakteristik LCD secara mendalam, perintah tulisan dan inisialisasi sudah disediakan
oleh library dari CodeVision AVR.Bentuk LCD dapat dilihat pada gambar
2.17.berikut ini. Fungsi kaki/pin LCD 16x2 dapat dilihat pada tabel2.2berikut.
Universitas Sumatera Utara
44
Gambar.2.17. LCD (Liquid Crystal Display) 16x2
Tabel 2.2. Fungsi Kaki/PIN LCD 16x2
PIN
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengantar Kontras
4
RS Instruction (Register select)
5
RW (Read Write) LCD Register
6
WN (Enable)
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground
2.6.PWM(Pulse Width Modulation)
PWM merupakan suatu teknik atau cara memodulasi lebar pulsa/sinyal untuk
mendapatkan tegangan rata-rata. PWM merupakan sebuah aset berharga pada
elektronika digital, karena tegangan yang dapat dioperasikan di rangkaian digital
hanya pada level 0volt (low) dan 5 volt (high). Tanpa adanya PWM elektronika
digital hanya mampu menyalakan dan mematikan lampu.Aplikasi PWM berbasis
mikrokontroler biasanya berupa pengendali kecepatan motor DC, pengendali motor
servo dan pengaturan nyala terang redup LED.
Universitas Sumatera Utara
45
PWM dibuat dengan memberikan lama waktu hidup (T ON) dan lama waktu
mati (T OFF) pada sebuah sinyal.Lama waktu hidup dan waktu mati berpengaruh
pada tegangan ekuivalen atau biasa disebut dengan duty cycle.Pada gambar
2.18berikut memperlihatkan grafik sinyal PWM,
Gambar 2.18. Grafik Sinyal PWM
Dari grafik sinyal PWM, terlihat bahwa sinyal PWM adalah sinyal digital
yang amplitudonya tetap, tetapi memiliki lebar pulsa yang aktif (duty cycle) dan
dapatdiubah-ubah.Periode sinyal PWM adalah waktu pulsa high (ON) di tambah
waktu pulsa low (OFF).
T ON = Waktu Pulsa High
T OFF = Waktu Pulsa Low
T total = T ON + T OFF
Duty cycle adalah prosentase keadaan pulsa high (1) dalam satu periode
sinyal. Besarnya duty cycle dapat dituliskan sebagai berikut :
� ��
Duty cycle = � �����
Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perbandingan antara T ON
dengan T total sebanding dengan tegangan keluaran atau yang disebut dengan
tegangan ekuivalen (duty cycle).Grafik perbandingan sinyal PWM dengan tegangan
ekuivalen linear dapat dilihat pada gambar 2.19 berikut. (Winarno & Deni
Arifianto,2011)
Universitas Sumatera Utara
46
Gambar 2.19. Grafik perbandingan Sinyal PWM Dengan Tegangan Ekuivalen Linier
2.7.TRIAC (TRIode forAlternating Current)
TRIAC adalah perangkat semikonduktor berterminal tiga yang berfungsi
sebagai pengendali arus listrik.Nama TRIAC ini merupakan singkatan dari TRIode
forAlternating Current (Trioda untuk arus bolak balik). TRIAC juga tergolong
sebagai Thyristor yang berfungsi sebagai pengendali atau Switching.TRIAC memiliki
kemampuan yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah (bidirectional) ketika
dipicu.Terminal Gate TRIAC hanya memerlukan arus yang relatif rendah untuk dapat
mengendalikan aliran arus listrik AC yang tinggi dari dua arah terminalnya.TRIAC
sering juga disebut dengan Bidirectional Triode Thyristor.Jika dilihat dari
strukturnya, TRIAC merupakan komponen elektronika yang terdiri dari 4 lapis
semikonduktor dan 3 Terminal, Ketiga Terminal tersebut diantaranya adalah MT1,
MT2 dan Gate. MT adalah singkatan dari Main Terminal, pada gambar 2.20 berikut
ini merupakan bentuk fisik TRIAC.
Universitas Sumatera Utara
47
Gambar 2.20. TRIAC (TRIode forAlternating Current)
TRIAC merupakan komponen yang sangat cocok untuk digunakan sebagai
AC Switching (Saklar AC).Karena dapat megendalikan aliran arus listrik pada dua
arah siklus gelombang bolak-balik AC. Kemampuan inilah yang menjadi kelebihan
dari TRIAC jika dibandingkan dengan SCR. Namun TRIAC pada umumnya tidak
digunakan pada rangkaian switching yang melibatkan daya yang sangat tinggi.Salah
satu alasannya adalah karena karakteristik Switching TRIAC yang non-simetris dan
juga gangguan elektromagnetik yang diciptakan oleh listrik yang berdaya tinggi itu
sendiri.Beberapa aplikasi TRIAC pada peralatan-peralatan Elektronika maupun listrik
diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Pengatur pada Lampu Dimmer.
2. Pengatur Kecepatan pada Kipas Angin.
3. Pengatur Motor kecil.
4. Pengatur pada peralatan-peralatan rumah tangga yang berarus listrik AC.
2.8.Optocoupler
Dalam dunia elektronika, optocoupler juga dikenal dengan sebutan Optoisolator,
Photocoupler
atau
Optical
Isolator.Optocoupler
adalah
komponen
elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik.Pada
Universitas Sumatera Utara
48
dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu Transmitter yang berfungsi
sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi
sumber cahaya.Optocoupler yang sering ditemukan adalah Optocoupler yang terbuat
dari bahan Semikonduktor dan terdiri dari kombinasi LED (Light Emitting Diode)
dan Phototransistor.Dalam Kombinasi ini, LED berfungsi sebagai pengirim sinyal
cahaya optik (Transmitter) sedangkan Phototransistor berfungsi sebagai penerima
cahaya tersebut (Receiver). Untuk lebih jelas mengenai Prinsip kerja Optocoupler,
bisa dilihat pada gambar 2.21 berikut ini,
Gambar 2.21.Rangkaian Internal Komponen Optocoupler
Dari gambar 2.21diatas dapat dijelaskan bahwa Arus listrik yang mengalir
melalui IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya Infra
merahnya. Intensitas Cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada
IR LED tersebut.Kelebihan Cahaya Infra Merah adalah pada ketahanannya yang lebih
baik jika dibandingkan dengan Cahaya yang tampak.Cahaya Infra Merah tidak dapat
dilihat dengan mata telanjang.Cahaya Infra Merah yang dipancarkan tersebut akan
dideteksi oleh Phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau Switch
ON pada Phototransistor. Optocoupler banyak diaplikasikan sebagai driver pada
rangkaian pada Mikrokontroller, driver pada Motor DC, DC dan AC power control
dan juga pada komunikasi rangkaian yang dikendalikan oleh PC (Komputer).Gambar
2.22berikut ini merupakan bentuk fisik optocoupler IC.
Universitas Sumatera Utara
49
Gambar 2.22. Optocoupler IC
Universitas Sumatera Utara