Aplikasi Fuzzy Logic Untuk Perancangan Alat Pengaturan Otomatis Intensitas Penerangan Ruangan Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535

4

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Cahaya
Cahaya merupakan radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang
kasat mata maupun yang tidak.Cahaya merupakan gelombang elektromagnetis (EM)
yang memiliki spectrum warna yang berbeda satu sama lain. Setiap warna dalam
spectrum mempunyai energy,frekuensi dan panjang gelombang yang berbedabeda.Cahaya merupakan paket partikel yang disebut foton.Foton dianggap sebagai
pembawa radiasi elektromagnetikSeperti : cahaya,gelombang radio,sinar ex. Frekuensi
foton bergantung pada energyyang dilepas atau diterima saat electron berpindah tingkat
energinya.
Spektrum cahaya merupakan kumpulan sinyal ,gelombang elektromagnetik
yang dapat dilihat oleh mata manusia, cahaya yang dilewatkan pada sebuah prisma
terpisahkan ke dalam warna-warna berdasarkan panjang gelombang.Spektrum
gelombang optis diperlihatkan pada gambar 2.1.
(Violet,Green,Red)
UltravioletVisible
200

400

Infrared
800

1600

Wavelength,nm
4

2

1

Photon energy, eV

Gambar 2.1. Spectrum Gelombang EM

Spectrum warna cahaya terdiri dari ultra violet dengan panjang gelombang
200 sampai 400 nanometer (nm),visible adalah spectrum warna cahaya yang dapat
dilihat oleh mata dengan panjang gelombang 400 sampai 800 nm yaitu warna

Universitas Sumatera Utara

5

violet,hijau dan merah, sedangkan spectrum warna infrared mulai dari 800 sampai 1600
nm.

2.2 Sensor Cahaya
Sensor cahaya adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi
perubahan cahaya dari sumber cahaya,pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang
mengenai benda atau ruangan. Contoh : photo transistor,photo cell, photo diode,dsb.

2.2.1

Prinsip Kerja
Prinsip kerja sensor cahaya yaitu sensor akan menangkap nilai(nilai intensitas

cahaya) dari cahaya yang disekitar . Nilai tersebut akan menjadi data yang kemudian
diolah oleh mikrokontroler (mikroposesor).

2.2.2

Sensor Cahaya TSL2561
Sensor modul tsl2561 adalah sensor cahaya digital canggih, ideal untuk

digunakan dalam berbagai situasi cahaya. Memungkinkan untuk perhitungan yang tepat
jika dibandingkan dengan sel Cds,sensor ini lebih tepat.Memungkinkan untuk
perhitungan lux yang tepat dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai keuntungan dan
waktu pembacaan untuk mendeteksi rentang cahaya dari sampai dengan 0,1 - 40.000 lux
dengan cepat. Bagian terbaik dari sensor ini adalah inframerah dan dioda spektrum, dan
kita juga dapat mengukur secara terpisah inframerah, full-spektrum atau cahaya manusia
terlihat. Kebanyakan sensor hanya dapat mendeteksi satu persatu, yang tidak akurat
mewakili apa yang mata manusia lihat melalui mata (karena kita tidak bisa melihat
cahaya IR yang terdeteksi oleh kebanyakan dioda foto).

Universitas Sumatera Utara

6

Gambar 2.2. Sensor CahayaTSL2561

Sensor ini memiliki digital interface yaitu two wire intergace (TWI) atau i2c.
Komponen dasar sensor tsl2561 dapat memilih salah satu dari tiga alamat. Sehingga kita
dapat memiliki hingga tiga sensor pada satu papan mikrokontroller. Masing-masing
dengan alamat i2c berbeda.Sensor ini memiliki on-board3.3V regulator dan tingkat
sirkuit pergeseran sehingga dapat digunakan dengan 3-5V power / logika mikrokontroler

Pembahasan disini akan digunakan produk tsl2561digital lux light sensor.
Berikut Fitur-fitur dari sensor tsl2561 yaitu:
 Mendeteksi respon mata manusia
Tepatnya tindakan pencahayaan dalam kondisi pencahayaan beragam
 Kisaran suhu : -30 sampai 800C
 Dynamic renge (Lux) : 0,1 sampai 40.000 Lux
 Rentang tegangan : 2.7-3.6 V
 Antarmuka (Interface) : I2C
 Papan/ Chip ini menggunakan I2C 7-bit alamat 0x39,0x29,0x49, dipilih dengan
jumper.

Universitas Sumatera Utara

7

2.2.3

Kelebihan dan Kekurangan Sensor Digital
Berikut adalahtable uraian-uraian dari kelebihan dan kekurangan pada sensor

digital.
Kelebihan sensor digital

Kekurangan sensor digital



Tidak bergantung pada jarak



Noise



Ideal untuk komunikasi data yang



Memerlukan bandwidth yg kurang



semakin berkembang

dari 5 kHz( untuk menstranmisikan

Nilai hasil pengukurannya dalam

sinyal yang sama

bentuk angka yang siap ditampilkan



Teknologi sekarang banyak
dirancang untuk memproduksi
produk digital

Tabel 2.1. Kelebihan dan kekurangan sensor digital

2.3 Fuzzy Logic
Logika fuzzy merupakan cabang ilmu artificial intelegence, yaitu suatu
pengetahuan yang membuat computer dapat meniru kecerdasan manusia sehingga
diharapkancomputer dapat melakukan hal-hal yang apabila dikerjakan manusia
memerlukan kecerdasan.

Fuzzy logic pertama kali dikenalkan kepada publik oleh lotfi Astor zadeh,
seorang profesor di university of california di Berkeley. Fuzzy logic digunakan untuk
menyatakan hukum operasional dari suatu sistem dengan ungkapan bahasa, bukan
dengan persamaan matematis. Ungkapan bahasa untuk karakteristik sistem biasanya
dinyatakan dalam bentuk implikasi logika, misalnya aturan jika - maka.
Secara bahasa, fuzzy berarti kabur atau samar. Logika fuzzy adalah logika multivalued

yang memungkinkan nilai menengah diantara dua logika.

Universitas Sumatera Utara

8

Pada teori himpunan klasik yang disebut juga dengan himpunan crisp
(himpunan tegas) hanya dikenal dua kemungkinan dalam fungsi keanggotaannya, yaitu
kemungkinan termasuk keanggotaan himpunan (logika 1) atau kemungkinan berada
diluar keanggotaannya (logika 0). Namun dalam teori himpunan fuzzy tidak hanya
memiliki dua kemungkinan dalam menentukan sifat keanggotaannya tetapi memiliki
derajat keanggotaan yang nilainya antara 0 dan 1

2.3.1 Pengendali Fuzzy Logic
Tujuan utama dalam system pengendali adalah mendapatkan keluaran
(output)sebagai respon dari masukan (input). Dalam kendali dengan cara klasik,
melibatkan formula-formula matematika yang cukup rumit. Hal ini berbeda dengan
kendali fuzzy. Pengendali fuzzy merupakan suatu sistem kendali yang berdasar pada basis
pengetahuan manusia didalam melakukan kendali terhadap suatu proses. Konsep
matematika yang mendasari logika fuzzy sangat sederhana dan mudah dimengerti.

Pendekatan fuzzy melibatkan aturan-aturan yang dinyatakan dalam kata-kata dan tidak
memerlukan presisi yang tinggi serta ada toleransi untuk data yang kurang tepat.
Struktur dasar sebuah pengendali fuzzy diperlihatkan pada gambar 2.3

Gambar 2.3. Struktur Dasar Pengendali Fuzzy

Universitas Sumatera Utara

9

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa dari masukan data crisp
dikonversi ke data set fuzzy menggunakan fungsi keanggotaan (fuzzifikasi). Kemudian
dilakukan system kesimpulan (inference system) dengan penalaran menggunakan fuzzy
input

dan evaluasi aturan fuzzy sehingga menghasilkan fuzzy output. Kemudian

digabungkan hasil dari setiap aturan fuzzy ,sehingga didapatkan 1 (satu) fuzzy set
tunggal, melalui proses komposisi. lalu didefuzzifikasi dimana fungsinya ialah
mengubah fuzzy output (nilai samar) menjadi crisp output (nilai pasti) berdasarkan

fungsi keanggotaan. Terdapat dua buah atribut yang terdapat dalam himpunan fuzzy,
yaitu :
1. Variable Linguistic, yaitu penamaan suatu grup yang mewakili suatu keadaan atau
kondisi tertentu dengan menggunakan bahasa alami.
2. VariableNumeris, yaitu suatu nilai (angka) yang menunjukkan ukuran dari variable.

2.3.2 Fuzzifikasi
Fuzzifikasi merupakan proses konversi input-input (masukan) yang bersifat
tegas (crisp) kedalam bentuksamar (fuzzy) dengan fungsi keanggotaan.Nah berikut
contoh proses fuzzifikasi ;
Fungsi Keanggotaan (nilai kebenaran)
Normal

Terang

Variabel linguistik

� [�]

Derajat keanggotaan

Gelap

Variabel Numerik

Variabel Intensitas cahaya dalam satuan lux

Gambar 2.4. Contoh Kurva Fungsi KeanggotaanFuzzy Logic

Universitas Sumatera Utara

10

Berdasarkan pada gambar dapat diketahui bahwa, pada saat fungsi
keanggotaan gelap dengan input 200 lux maka nilainya adalah 1� gelap [200 lux] =
(100% gelap). Pada saat fungsi keanggotaan gelap dengan input 300 lux maka nilainya
adalah > 0,5� gelap [300 lux] = (> 50% gelap). Pada saat fungsi keanggotaan normal
dengan input 500 lux maka nilainya adalah 1� gelap [500 lux] = (100% normal). Pada
saat fungsi keanggotaan normal dengan input 1000 lux maka nilainya adalah 1� gelap
[1000 lux] = (100% normal). Pada saat fungsi keanggotaan dengan input 1500 lux maka
nilainya adalah 0% baik itu kondisi gelap,normal maupun terang� gelap [1500 lux] =
(0% diantara normal dan terang). Pada saat fungsi keanggotaan terang dengan input
3000 lux maka nilainya adalah 1 � gelap [3000 lux] = (100% terang).
Sistem

inferensi

merupakan

pemrosesaninput-inputfuzzymenjadioutput

fuzzymelalui aturan-aturan (rules)if-then. Cara kerja logika fuzzysistem meliputi tahapan
:
1.

Fuzzyfikasi, proses untuk mengubah input sistem yang mempunyai nilai tegas
menjadi variable linguistik menggunakan fungsi keanggotaan yang disimpan dalam
basis pengetahuan.

2.

Pembentukan basis pengetahuan fuzzy (rule dalam bentuk if…then).

3.

Mesin Inferensi, proses untuk mengubah input fuzzy menjadi output fuzzy dengan
mengikuti aturan (if-then rules) yang telah ditetapkan pada pengetahuan fuzzy.

4.

Defuzzifikasi, proses untuk mengubah output fuzzy yang diperoleh dari mesin
inferensi menjadi nilai tegas menggunakan fungsi keanggotaan yang sesuai dengan
saat dilakukan fuzzyfikasi.

2.3.3 Perbedaan logika digital dengan logika fuzzy
Perbedaan Logika digital dengan logika fuzzy yaitu,
•

Logika digital, dikenal hanya ada dua nilai logika yaitu 1 dan 0. Misalnya pada
cahaya : gelap dan terang.

Universitas Sumatera Utara

11

•

Logika fuzzy, memiliki nilai diantara logika 1 dan 0, yang disebut dengan nilai
derajat keanggotaan.Misalnya pada cahaya : sangat gelap,agak gelap,kurang
gelap,sedikit gelap,sangat terang,agak terang,kurang terang,sedikit terang.

2.4 Mikrokontroler
Sebuah mikrokontroler sering kali disebut dengan sebutan “computer kecil
dalam sebuah chip”. Sebutan ini merupakan sebuah deskripsi yang cukup tepat bagi
piranti mikrokontroler. Mikrokontroler adalah sebuah rangkaian terpadu tunggal,dimana
semua blok rangkaian merupakan unit-unit terpisah didalam sebuah computer yang
digabung menjadi satu.Mikrokontoller dilengkapi CPU (Central Prosessing Unit), RAM
(Random Acces Memory), Input, Output, Timer/Counter, Serial com port secara spesifik
digunakan untuk kebutuhan control tertentu.

2.4.1

Fitur ATMega 8535
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut ;

1

Sistem mikroposesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16Mhz.

2

Kapabilitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM sebesar 512
byte.

3

ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.

4

Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.

5

Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.

Gambar 2.5. Mikrokontroler ATMega8535

Universitas Sumatera Utara

12

Port b

Port a

Port c
Port d

Gambar 2.6. Pin-pin Pada ATMega 8535

2.4.2

Konfigurasi ATMega 8535
Konfigurasi pin ATMega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.6. Dari gambar

tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 sebagai
berikut :
1

VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

2

GND merupakan pin ground.

3

Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

4

Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus , yaitu
Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.

5

Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
TWI, komparator analog, dan Timer Oscilat.

6

Port D (PD0.. PD7 merupakan pin I/O dua arah dan fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal, komunikasi serial.

7

RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

Universitas Sumatera Utara

13

8

XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

9

AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

10 AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
Lcd (liquid crystal display) adalah suatu jenis media tampil yang
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Lcd sudah digunakan diberbagai
bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer.
Pada bab ini aplikasi lcd yang dugunakan ialah lcd dot matrik dengan jumlah karakter 2
x 16. Lcd sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk
menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam lcd ini adalah :
1. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris
2. Mempunyai 192 karakter tersimpan
3. Terdapat karakter generator terprogram
4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit
5. Dilengkapi dengan back light.
6. Tersedia vr untuk mengatur kontras.
7. Pilihan konfigurasi untuk operasi write only atau read/write.
8. Catu daya +5 volt dc.
9. Kompatibel

dengan

dt-51

dan

dt-avr

low

cost

series

serta

sistem

mikrokontroler/mikroprosesor lain.

Gambar 2.7. LCD (Liquid Crystal Display)

Universitas Sumatera Utara

14

2.6 Driver Lampu
LEDdriver adalah

rangkaian

elektronik

yang

digunakan

untuk

menyalakan/menghidupkan rangkaian led hpl serta sebagai pengendali arus dan
tegangan/voltase secara otomatis.Driver led merupakan perangkat listrik yang mengatur
kekuatan untuk led.Driver led merespon perubahan kebutuhan led atau sirkuit led
dengan menyediakan sejumlah konstan listrik ke led sbg sifat listrik yang berubah
dengan suhu.

Gambar 2.8. Driver Lampu

2.6.1

Fungsi Driver Led
Led menggunakan arus listrik dc pada tegangan tertentu (tergantung dari

rangkaian), fungsi dari driver adalah untuk mengkonversi sumber listrik ac/ dc ke
tegangan dc yang dibutuhkan rangkaian led produk tersebut. Driver berkualitas harus
mampu memberikan supply tegangan yang konstan dan sesuai dengan yang dibutuhkan.
Driver berkualitas juga harus mampu menyerap fluktuasi tegangan sumber listrik (ie:
tegangan listrik yang naik turun tidak stabil)

2.6.2

Jenis-Jenis Driver Led
Led driver ini dibagi menjadi 2 jenis yaitu;

1. Led driver ac-dc, led driver ini inputnya ac, jadi langsung dicolok ke listrik 100v240v. Untuk output keluarannya itu dc, karena hpl bekerja dengan tegangan dc.
2. Led driver dc-dc, led driver yang ini inputnya dc, jadi voltase masuknya bisa
dihubungkan dengan aki 12 volt/power supply 12 volt/adaptor 12 volt. Untuk output

Universitas Sumatera Utara

15

keluarannya itu dc, karena tegangan hplnya bervariasi mengikuti berapa pcs led yang
diserikan.

2.6.3

Prinsip Kerja Driver Lampu
Fungsi daripada blok driver adalah untuk memberikan arus listrik yang cukup

kepada segmen/elemen led untuk menyala.led driver mempunyai 2 bagian utama, yaitu;


Dc-dc converter (buck boost inverter)



Fet led-driver

2.7 LED(Lighting Emitting Diode)
Led (light emitting diode) dan cara kerjanya – light emitting diode atau sering
disingkat dengan led adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya
monokromatik ketika diberikan tegangan maju. Led merupakan keluarga dioda yang
terbuat dari bahan semikonduktor.Led merupakan jenis pencahayaan yang menggunakan
dioda memancarkan cahaya sebagai sumber penerangan. Lampu led lebih efisien
dibandingkan neon/lampu .Led merupakan perangkat semikonduktor yang mengubah
listrik menjadi cahaya dengan menggunakan gerakan elektron.

Gambar 2.9. LED (Lighting Emiting Diode)

Universitas Sumatera Utara