SOUND SWITCH DENGAN DIMMER MENGGUNAKAN DECADE COUNTER CD4017 ( Sound Switch with Dimmer Using Decade Counter CD4017)
Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer
SOUND SWITCH DENGAN DIMMER
MENGGUNAKAN DECADE COUNTER CD4017
(Sound Switch with Dimmer Using Decade Counter CD4017)
Jeffery Febrian Lesmana*, Albert Mandagi**, Richie Estrada***
Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Jurusan Teknik Elektro
Universitas Kristen Krida Wacana – Jakarta
*bashudewa@gmail.com, **albertmandagi@trisakti.ac.id, ***richie.estrada@ukrida.ac.id
Abstrak
Saklar lampu merupakan sebuah media atau komponen terpenting yang berfungsi untuk
mengaktifkan maupun menonaktifkan cahaya lampu. Dalam studi ini, rancangan saklar lampu
melibatkan fitur pengaktifan lampu yang dikombinasikan dengan pengaturan tingkat pencahayaan
lampu. Proses penonaktifan (OFF) beserta pengaktifan (ON) dengan tingkatan pengaturan cahaya
pada lampu dikendalikan melalui suara. Selain itu, tingkat pencahayaan pada lampu dikendalikan
melalui rangkaian multivibrator monostabil dengan bantuan triac. Pemilihan kondisi dari tingkat
pencahayaan pada lampu dilakukan dengan menggunakan metode pencacah sinyal. Oscilloscope
maupun indikator berupa komponen yang terpasang pada rangkaian digunakan untuk mengamati
bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan pulsa-pulsa listrik. Hasil studi
menunjukkan bahwa tingkat pencahayaan dipengaruhi oleh pengaturan perioda yang bervariasi
pada rangkaian multivibrator monostabil dan perpindahan kondisi yang diatur oleh rangkaian
decade counter sebagai pencacah sinyal.
Kata Kunci: saklar lampu, tingkat pencahayaan, suara, multivibrator monostabil, decade counter
Abstract
Light switch is the most important media or component which function is to activate or deactivate
a lamp. This study aims to introduce the use of light switch by involving the lamp activation
feature, combined with the adjustment of lighting levels. The process of deactivation (OFF) and
activation (ON) using the adjustment of light levels is controlled through sound. Moreover, the
lighting levels of lamp are controlled through monostable multivibrator circuit with the aid of
triac. The selection of lighting level conditions is conducted by signal-counter method. The
oscilloscope and indicators in form of attached component on circuits are used to observe the
forms of wave, signal, logic conditions and the changes of electrical pulses. The study shows that
the lighting levels are influenced by the variety of adjustment periods of the monostable
multivibrator circuits and the transfer conditions set by decade counter circuits as signal-counter.
Keywords: lamp switch, lighting levels, sound, monostable multivibrator, decade counter
Tanggal Terima Naskah
Tanggal Persetujuan Naskah
: 21 Maret 2013
: 19 April 2013
116
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
1.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mendorong semakin banyak terciptanya aplikasi yang
dapat membantu pekerjaan atau kegiatan menjadi lebih praktis dan efisien bagi para
penggunanya. Sound Switch merupakan salah satu teknologi yang dapat dikembangkan
untuk menggantikan aplikasi saklar manual (saklar sentuh/saklar onoff) pada lampu.
Dalam studi ini, sistem kerja Sound Switch dirancang untuk dapat mengaktifkan
dan menonaktifkan cahaya lampu disertai dengan pengaturan dari tingkat pencahayaan
pada lampu. Perancangan ini memanfaatkan decade counter yang terhubung dengan lima
pasang IC timer 555 yang dirangkai secara monostabil dengan perioda bervariasi untuk
menghasilkan enam state, yaitu lima state untuk tingkat pencahayaan lampu yang
berbeda dan satu state untuk menonaktifkan cahaya lampu.
2.
REALISASI RANGKAIAN
Secara garis besar, Gambar 1 memperlihatkan konsep keseluruhan dari rangkaian
Sound Switch. Fungsi dari masing-masing blok dari rangkaian Sound Switch adalah
sebagai berikut:
1) AC Input berfungsi sebagai sumber tegangan bagi catu daya dan lampu [1], [2], [3].
2) Catu Daya berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian [1], [2], [3].
3) Mikrofon berfungsi untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik [2], [4].
4) Rangkaian Pre – Amplifier berfungsi sebagai penguatan awal bagi mikrofon [1], [3].
5) Rangkaian Amplifier berfungsi untuk memperkuat gelombang listrik yang dihasilkan
oleh rangkaian pre – amplifier hingga menghasilkan sinyal tegangan DC [1], [3].
6) Rangkaian Pulse Shaping berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan DC menjadi
pulsa trigger untuk rangkaian multivibrator monostabil [1], [2], [3].
7) Rangkaian Multivibrator Monostabil berfungsi sebagai penghasil pulsa clock [1], [2].
8) Rangkaian Decade Counter berfungsi sebagai pencacah sinyal sesuai dengan pulsa
clock yang berasal dari rangkaian multivibrator monostabil untuk mengaktifkan
rangkaian multivibrator monostabil (B) [5], [6].
9) Rangkaian Power ON Reset berfungsi untuk mengembalikan sinyal pencacah ke
kondisi awal [5], [6].
10) Rangkaian Zero Crossing Detector berfungsi untuk menghasilkan pulsa trigger (hasil
dari sinkronisasi pada titik 0 dari sinyal AC) bagi rangkaian multivibrator monostabil
[3], [7].
11) Rangkaian Multivibrator Monostabil (A) berfungsi untuk menghasilkan pulsa clock
dengan perioda bervariasi yang akan digunakan untuk men-trigger rangkaian
multivibrator monostabil (B) [1], [2].
12) Rangkaian Multivibrator Monostabil (B) berfungsi untuk menghasilkan pulsa “high”
sesaat [1], [2].
13) Rangkaian OR Gate berfungsi sebagai saklar logika [5], [6].
14) Rangkaian MOC dan Triac berfungsi sebagai transmisi dari tegangan rendah (DC)
menuju tegangan tinggi (AC) dan mengaktifkan tingkat pencahayaan lampu sesuai
dengan siklus pengaktifan rangkaian multivibrator monostabil (B) [1], [3], [7].
15) Lampu berfungsi sebagai sumber pencahayaan [2], [7].
Rangkaian keseluruhan Sound Switch (Gambar 3) merupakan rangkaian saklar
elektronik (memanfaatkan energi akustik) yang dirancang untuk mengaktifkan dan
menonaktifkan cahaya lampu disertai pengaturan dari tingkat pencahayaan pada lampu.
Proses pengaturan tingkat pencahayaan (akibat perubahan phase aktif) lampu pada
rangkaian Sound Switch terangkum dalam Tabel 1. Siklus kerja Sound Switch (Gambar 2)
dimulai dari kondisi lampu OFF hingga Stage 5 (kondisi nyala lampu paling terang).
117
Catu Daya
Mikrofon
Rangkaian
Pre – Amplifier
Rangkaian
Amplifier
Titik Uji 1
Rangkaian
Zero Crossing Detector
AC Input
Rangkaian
Pulse Shaping
Titik Uji 2
Rangkaian
Decade Counter
Titik Uji 3
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (A)
Titik Uji 5
Rangkaian
Multivibrator Monostabil
Titik Uji 4
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (B)
Titik Uji 6
Rangkaian
Power ON Reset
Rangkaian
OR Gate
Rangkaian
MOC dan Triac
Titik Uji 7
Lampu
Titik Uji 8
Gambar 1. Blok diagram dan titik-titik pengujian rangkaian Sound Switch
Tabel 1. Tingkat pengaturan cahaya lampu pada rangkaian Sound Switch
118
0
1
2
3
4
5
6
Pulse Shaping
Trigger ke –
0
1
2
3
4
5
6
Rangkaian
Multivibrator Monostabil
Pin 3
L
H
H
H
H
H
H
Rangkaian Decade Counter
Q0
H
L
L
L
L
L
Q 1 Q2 Q3
L L
L
H L
L
L H L
L L H
L L
L
L L
L
RESET
Q4 Q5
L L
L L
L L
L L
H L
L H
Perioda Aktif
(MOC dan Triac)
A1 & B1
A2 & B2
A3 & B3
A4 & B4
A5 & B5
Phase Aktif Lampu
(1 siklus gelombang)
126 dan 306o
108o dan 288o
90o dan 270o
54o dan 234o
0o dan 180o
Kembali ke kondisi awal
o
Kondisi
Lampu
OFF
Redup
.
.
.
Terang
Sound Switch dengan Dimmer…
Suara ke –
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Stage 1
Stage 2
Stage 3
Stage 4
Stage 5
OFF
Gambar 2. Siklus kerja Sound Switch
15 VAC
220 V
AC
D4
1n4007
CT
D1
1n4007
~
D5
1n4007
IC 1
7812
+
D2
1n4007
~
VCC
D3
1n4007
LED1
C1
100 nF
15 VAC
C3
4700 mF
C5
100 nF
C7
220 mF
R1
2k2 W
VG
C2
100 nF
D6
1n4007
C4
4700 mF
C6
100 nF
C8
220 mF
IC 2
7912
VDD
R9
4k7 W
R7
10 kW
R8
1 kW
R2
6k8 W
R4
1 kW
C9
100 pF
R3
10 kW
R10
10 kW
R11
82 kW
R13
6k8 W
C10
1 mF
R5
4k7 W
T1
BC547
R6
100 kW
R19
10 kW
R17
560 kW
T3
BC547
C12
1 mF
VR1
100 kW
R16
10 kW
(2)
C13
10 nF
D8
1n4148
D7
1n4148
C14
1 mF
(7)
Mikrofon
Electret
Condencer
R12
39 kW
RST
(2)
TRG
IC 3
LM741
R14
510 W
(3)
OUT
+
(1)
LED3
(3)
(14)
IC 5
CD4017
CLK
C16
10 nF
CV
(5)
C17
100 nF
VDD
(4)
Vcc RST
(3)
Q0
(2)
Q1
(4)
Q2
(7)
LED2
C18
10 mF
Q3
(14)
LED4
Q5
LED5
IC 6b
CD4071
C19
10 mF
(1)
(3)
IC 6a
CD4071
(5)
(2)
(7)
LED6
CE GND Q6
R21
1 kW
(6)
(4)
(10) Q4
(1)
GND
T4
BC547
(5)
VR2
10 kW
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 4
555
R18
10 kW
(4)
C11
1 mF
R20
47 kW
(8)
C15
47 nF
(6)
(1)
R15
4k7 W
(4)
T2
BC547
O1
(menuju Rangkaian
Multivibrator
Monostabil (A))
R22
1 kW
R23
220 kW
LED7
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch
119
Sound Switch dengan Dimmer…
VCC
input Q1
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 7
555 (A1)
OUT
GND
(1)
R24
6k8 W
R25
100 kW
(2)
OUT
C21
10 nF
(5)
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 8
555 (B1)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
C20
100 nF
GND
R26
1 kW
(3)
CV
(1)
LED8
(5)
C22
1 mF
C23
100 nF
C24
1 mF
R27
1 kW
input Q2
(4)
input
O1
RST
(2)
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 9
555 (A2)
OUT
GND
(1)
R28
5k6 W
R29
100 kW
OUT
C26
10 nF
(5)
C25
100 nF
GND
R30
1 kW
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 10
555 (B2)
(3)
CV
(4)
RST
(2)
TRG
(3)
CV
(1)
LED9
(5)
C27
1 mF
C28
100 nF
C29
1 mF
R31
1 kW
input Q3
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 11
555 (A3)
OUT
GND
(1)
R32
4k7 W
R33
100 kW
(2)
(5)
C30
100 nF
GND
(14)
(1)
(2)
(1)
(3)
(3)
(9)
IC 17c
CD4071
Lampu
(10)
(5)
CV
LED10
(5)
C32
1 mF
IC 17a
CD4071
(8)
OUT
C31
10 nF
R34
1 kW
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 12
555 (B3)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
C33
100 nF
C34
1 mF
(6)
IC 17b
CD4071
(4)
(12)
(13)
R35
1 kW
IC 17d
CD4071
(11)
R45
390 W
(7)
(1)
(6)
TRIAC
BT-137
input Q4
(2)
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
IC 13
555 (A4)
OUT
GND
(1)
R36
2k7 W
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
R37
100 kW
(2)
C35
100 nF
GND
R38
1 kW
(8)
LED13
OUT
C36
10 nF
(5)
AC
(4)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 14
555 (B4)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
MOC3023
(3)
CV
(1)
R44
1 kW
LED11
(5)
C37
1 mF
C38
100 nF
C39
1 mF
R39
1 kW
input Q5
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 15
555 (A5)
OUT
GND
(1)
R40
1k5 W
CV
(5)
R41
100 kW
(2)
(4)
RST
TRG
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 16
555 (B5)
(3)
OUT
C41
10 nF
C40
100 nF
GND
(1)
C42
1 mF
R42
1 kW
(8)
(3)
CV
(5)
C43
100 nF
LED12
C44
1 mF
R43
1 kW
VG
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch (lanjutan)
Stage 1 (Gambar 2) merupakan kondisi lampu dengan nyala paling kecil (redup).
Redupnya tingkat pencahayaan pada lampu bersumber dari aktifnya rangkaian
multivibrator monostabil (A1) (rangkaian yang menghasilkan nilai perioda terbesar) dan
rangkaian multivibrator monostabil (B1) akibat pergeseran state dari Q0 menjadi Q1 pada
rangkaian decade counter. Stage 5 pada Gambar 2 merupakan stage yang menghasilkan
cahaya lampu paling terang (maksimal). Terangnya tingkat pencahayaan pada lampu
bersumber dari aktifnya rangkaian multivibrator monostabil (A5) (rangkaian yang
menghasilkan nilai perioda terkecil) dan rangkaian multivibrator monostabil (B5) akibat
pergeseran state dari Q4 menjadi Q5 pada rangkaian decade counter.
120
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Siklus kerja dari rangkaian Sound Switch diakhiri dengan padamnya lampu.
Padamnya lampu disebabkan oleh pergeseran state dari Q5 menjadi Q6 pada rangkaian
decade counter yang akan me-reset-kan kembali cacahan sinyal ke kondisi awal (akibat
aktifnya rangkaian power ON reset), yaitu state Q0. State Q0 adalah state yang tidak
terhubung dengan rangkaian multivibrator monostabil (B), sehingga MOC dan triac tidak
akan terpicu dan lampu tidak terhubung dengan sumber tegangan AC.
3.
HASIL PENGUJIAN RANGKAIAN
Untuk mengamati bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan
pulsa-pulsa listrik, maka dilakukan pengujian terhadap beberapa bagian penting yang
menentukan kerja dari rangkaian Sound Switch. Hasil pengujian keseluruhan dari
rangkaian Sound Switch pada masing-masing titik-titik pengujian (Gambar 1)
menggunakan oscilloscope dan indikator komponen yang terpasang pada rangkaian
Sound Switch (Gambar 3) terangkum dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
1
CH1 : audio generator
CH2 : Titik Uji 1
2
CH1 : sinyal Titik Uji 1
CH2 : Titik Uji 2
3
CH1 : sinyal Titik Uji 2
CH2 : Titik Uji 3
121
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
4
Hasil Pengujian
Clock
ke –
0
1
2
3
4
5
6
Kondisi LED (output IC 5)
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
H off
off
off
off off
L on
off
off
off off
L off
off
off off
on
L off
off
off off
on
L off
off
off
on off
L off
off
off
off on
RESET (kembali ke kondisi awal)
Keterangan
Q0 : Q1 : nyala LED3
Q2 : nyala LED4
Q3 : nyala LED5
Q4 : nyala LED6
Q5 : nyala LED7
CH1 : full wave rectifier
CH2 : sinyal voltage divider
5
CH1 : sinyal voltage divider
CH2 : sinyal zero crossing
CH1 : sinyal zero crossing
CH2 : Titik Uji 5
6.A1
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A1
122
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
6.A2
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A2
6.A3
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A3
6.A4
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A4
6.A5
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A5
7
Input
trigger
dari –
RESET
A1
A2
A3
A4
A5
I
C
5
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Kondisi LED
(output IC 8, 10, 12, 14, 16)
B1 B2 B3 B4 B5
off
off
off
off off
off
off
off off
on
off
off
off off
on
off
off
off off
on
off
off
off
on off
off
off
off
off on
B1 : nyala LED8
B2 : nyala LED9
B3 : nyala LED10
B4 : nyala LED11
B5 : nyala LED12
123
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (1) 126o dan 306o (2) 108o dan 288o
8
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (3) 90o dan 270o (4) 54o dan 234o
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (5) 0o dan 180o
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan hingga hasil pengujian rangkaian keseluruhan, maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1) Suara sebagai sinyal AC yang masuk ke blok pre amp dan amplifier, akan
diperkuat dan diubah menjadi sinyal DC yang berbentuk pulsa sebagai trigger bagi
IC 4 timer 555.
2) IC 4 timer 555 akan menghasilkan sinyal output yang dimanfaatkan oleh decade
counter untuk mengatur urutan state atau kondisi.
3) Zero crossing detector akan mensinkronkan pergerakan sinyal AC, ketika sinyal
melewati phase titik 0. Output dari zero crossing detector digunakan untuk mentrigger seluruh IC timer 555 (A) dengan perioda bervariasi.
124
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
4) Konfigurasi dari IC timer 555 (A) yang dirangkai secara monostabil dengan nilai
perioda yang bervariasi berpengaruh terhadap besarnya tegangan lampu dan
berdampak pada tingkat pencahayaan lampu.
5) IC timer 555 (B) berfungsi untuk mengaktifkan MOC, sehingga triac ter-trigger.
6) Setiap 10 ms sekali, semua IC timer 555 (A) akan ter-trigger. Akan tetapi, hanya
akan terdapat satu saja yang aktif untuk menghasilkan cahaya lampu. Sistem
pengaktifan tersebut diatur oleh IC decade counter.
REFERENSI
[1]. Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis, “Electronic Devices and Circuit Theory,
Eleventh Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2012.
[2]. Estrada, Richie, “Clap Switch to Control Room Light”, Jurnal Teknik dan Ilmu
Komputer UKRIDA, Vol.01, No. 02, 2012, p.144-152.
[3]. Floyd, Thomas L., “Electronics Fundamentals – Circuits, Devices, and Applications,
Sixth Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004.
[4]. Townshend,
Phil,
“Electret
Microphone”,
EduTek,
http://www.edutek.ltd.uk/CBricks_Pages/Electret_Microphone.html, diakses 12
Januari 2013.
[5]. Kleitz, William, “Digital Electronics: A Practical Approach, Seventh Edition”,
Pearson Education, Inc., New Jersey, 2005.
[6]. Purwanto, Eko B., “Teori dan Aplikasi Sistem Digital”, Graha Ilmu, Yogyakarta,
2011.
[7]. Lazaridis, Giorgos, “Voltage Controlled AC Light Dimmer”, PCBheaven,
http://pcbheaven.com/circuitpages/Voltage_Controlled_AC_Light_Dimmer, diakses
13 December 2012.
125
SOUND SWITCH DENGAN DIMMER
MENGGUNAKAN DECADE COUNTER CD4017
(Sound Switch with Dimmer Using Decade Counter CD4017)
Jeffery Febrian Lesmana*, Albert Mandagi**, Richie Estrada***
Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Jurusan Teknik Elektro
Universitas Kristen Krida Wacana – Jakarta
*bashudewa@gmail.com, **albertmandagi@trisakti.ac.id, ***richie.estrada@ukrida.ac.id
Abstrak
Saklar lampu merupakan sebuah media atau komponen terpenting yang berfungsi untuk
mengaktifkan maupun menonaktifkan cahaya lampu. Dalam studi ini, rancangan saklar lampu
melibatkan fitur pengaktifan lampu yang dikombinasikan dengan pengaturan tingkat pencahayaan
lampu. Proses penonaktifan (OFF) beserta pengaktifan (ON) dengan tingkatan pengaturan cahaya
pada lampu dikendalikan melalui suara. Selain itu, tingkat pencahayaan pada lampu dikendalikan
melalui rangkaian multivibrator monostabil dengan bantuan triac. Pemilihan kondisi dari tingkat
pencahayaan pada lampu dilakukan dengan menggunakan metode pencacah sinyal. Oscilloscope
maupun indikator berupa komponen yang terpasang pada rangkaian digunakan untuk mengamati
bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan pulsa-pulsa listrik. Hasil studi
menunjukkan bahwa tingkat pencahayaan dipengaruhi oleh pengaturan perioda yang bervariasi
pada rangkaian multivibrator monostabil dan perpindahan kondisi yang diatur oleh rangkaian
decade counter sebagai pencacah sinyal.
Kata Kunci: saklar lampu, tingkat pencahayaan, suara, multivibrator monostabil, decade counter
Abstract
Light switch is the most important media or component which function is to activate or deactivate
a lamp. This study aims to introduce the use of light switch by involving the lamp activation
feature, combined with the adjustment of lighting levels. The process of deactivation (OFF) and
activation (ON) using the adjustment of light levels is controlled through sound. Moreover, the
lighting levels of lamp are controlled through monostable multivibrator circuit with the aid of
triac. The selection of lighting level conditions is conducted by signal-counter method. The
oscilloscope and indicators in form of attached component on circuits are used to observe the
forms of wave, signal, logic conditions and the changes of electrical pulses. The study shows that
the lighting levels are influenced by the variety of adjustment periods of the monostable
multivibrator circuits and the transfer conditions set by decade counter circuits as signal-counter.
Keywords: lamp switch, lighting levels, sound, monostable multivibrator, decade counter
Tanggal Terima Naskah
Tanggal Persetujuan Naskah
: 21 Maret 2013
: 19 April 2013
116
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
1.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mendorong semakin banyak terciptanya aplikasi yang
dapat membantu pekerjaan atau kegiatan menjadi lebih praktis dan efisien bagi para
penggunanya. Sound Switch merupakan salah satu teknologi yang dapat dikembangkan
untuk menggantikan aplikasi saklar manual (saklar sentuh/saklar onoff) pada lampu.
Dalam studi ini, sistem kerja Sound Switch dirancang untuk dapat mengaktifkan
dan menonaktifkan cahaya lampu disertai dengan pengaturan dari tingkat pencahayaan
pada lampu. Perancangan ini memanfaatkan decade counter yang terhubung dengan lima
pasang IC timer 555 yang dirangkai secara monostabil dengan perioda bervariasi untuk
menghasilkan enam state, yaitu lima state untuk tingkat pencahayaan lampu yang
berbeda dan satu state untuk menonaktifkan cahaya lampu.
2.
REALISASI RANGKAIAN
Secara garis besar, Gambar 1 memperlihatkan konsep keseluruhan dari rangkaian
Sound Switch. Fungsi dari masing-masing blok dari rangkaian Sound Switch adalah
sebagai berikut:
1) AC Input berfungsi sebagai sumber tegangan bagi catu daya dan lampu [1], [2], [3].
2) Catu Daya berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian [1], [2], [3].
3) Mikrofon berfungsi untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik [2], [4].
4) Rangkaian Pre – Amplifier berfungsi sebagai penguatan awal bagi mikrofon [1], [3].
5) Rangkaian Amplifier berfungsi untuk memperkuat gelombang listrik yang dihasilkan
oleh rangkaian pre – amplifier hingga menghasilkan sinyal tegangan DC [1], [3].
6) Rangkaian Pulse Shaping berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan DC menjadi
pulsa trigger untuk rangkaian multivibrator monostabil [1], [2], [3].
7) Rangkaian Multivibrator Monostabil berfungsi sebagai penghasil pulsa clock [1], [2].
8) Rangkaian Decade Counter berfungsi sebagai pencacah sinyal sesuai dengan pulsa
clock yang berasal dari rangkaian multivibrator monostabil untuk mengaktifkan
rangkaian multivibrator monostabil (B) [5], [6].
9) Rangkaian Power ON Reset berfungsi untuk mengembalikan sinyal pencacah ke
kondisi awal [5], [6].
10) Rangkaian Zero Crossing Detector berfungsi untuk menghasilkan pulsa trigger (hasil
dari sinkronisasi pada titik 0 dari sinyal AC) bagi rangkaian multivibrator monostabil
[3], [7].
11) Rangkaian Multivibrator Monostabil (A) berfungsi untuk menghasilkan pulsa clock
dengan perioda bervariasi yang akan digunakan untuk men-trigger rangkaian
multivibrator monostabil (B) [1], [2].
12) Rangkaian Multivibrator Monostabil (B) berfungsi untuk menghasilkan pulsa “high”
sesaat [1], [2].
13) Rangkaian OR Gate berfungsi sebagai saklar logika [5], [6].
14) Rangkaian MOC dan Triac berfungsi sebagai transmisi dari tegangan rendah (DC)
menuju tegangan tinggi (AC) dan mengaktifkan tingkat pencahayaan lampu sesuai
dengan siklus pengaktifan rangkaian multivibrator monostabil (B) [1], [3], [7].
15) Lampu berfungsi sebagai sumber pencahayaan [2], [7].
Rangkaian keseluruhan Sound Switch (Gambar 3) merupakan rangkaian saklar
elektronik (memanfaatkan energi akustik) yang dirancang untuk mengaktifkan dan
menonaktifkan cahaya lampu disertai pengaturan dari tingkat pencahayaan pada lampu.
Proses pengaturan tingkat pencahayaan (akibat perubahan phase aktif) lampu pada
rangkaian Sound Switch terangkum dalam Tabel 1. Siklus kerja Sound Switch (Gambar 2)
dimulai dari kondisi lampu OFF hingga Stage 5 (kondisi nyala lampu paling terang).
117
Catu Daya
Mikrofon
Rangkaian
Pre – Amplifier
Rangkaian
Amplifier
Titik Uji 1
Rangkaian
Zero Crossing Detector
AC Input
Rangkaian
Pulse Shaping
Titik Uji 2
Rangkaian
Decade Counter
Titik Uji 3
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (A)
Titik Uji 5
Rangkaian
Multivibrator Monostabil
Titik Uji 4
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (B)
Titik Uji 6
Rangkaian
Power ON Reset
Rangkaian
OR Gate
Rangkaian
MOC dan Triac
Titik Uji 7
Lampu
Titik Uji 8
Gambar 1. Blok diagram dan titik-titik pengujian rangkaian Sound Switch
Tabel 1. Tingkat pengaturan cahaya lampu pada rangkaian Sound Switch
118
0
1
2
3
4
5
6
Pulse Shaping
Trigger ke –
0
1
2
3
4
5
6
Rangkaian
Multivibrator Monostabil
Pin 3
L
H
H
H
H
H
H
Rangkaian Decade Counter
Q0
H
L
L
L
L
L
Q 1 Q2 Q3
L L
L
H L
L
L H L
L L H
L L
L
L L
L
RESET
Q4 Q5
L L
L L
L L
L L
H L
L H
Perioda Aktif
(MOC dan Triac)
A1 & B1
A2 & B2
A3 & B3
A4 & B4
A5 & B5
Phase Aktif Lampu
(1 siklus gelombang)
126 dan 306o
108o dan 288o
90o dan 270o
54o dan 234o
0o dan 180o
Kembali ke kondisi awal
o
Kondisi
Lampu
OFF
Redup
.
.
.
Terang
Sound Switch dengan Dimmer…
Suara ke –
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Stage 1
Stage 2
Stage 3
Stage 4
Stage 5
OFF
Gambar 2. Siklus kerja Sound Switch
15 VAC
220 V
AC
D4
1n4007
CT
D1
1n4007
~
D5
1n4007
IC 1
7812
+
D2
1n4007
~
VCC
D3
1n4007
LED1
C1
100 nF
15 VAC
C3
4700 mF
C5
100 nF
C7
220 mF
R1
2k2 W
VG
C2
100 nF
D6
1n4007
C4
4700 mF
C6
100 nF
C8
220 mF
IC 2
7912
VDD
R9
4k7 W
R7
10 kW
R8
1 kW
R2
6k8 W
R4
1 kW
C9
100 pF
R3
10 kW
R10
10 kW
R11
82 kW
R13
6k8 W
C10
1 mF
R5
4k7 W
T1
BC547
R6
100 kW
R19
10 kW
R17
560 kW
T3
BC547
C12
1 mF
VR1
100 kW
R16
10 kW
(2)
C13
10 nF
D8
1n4148
D7
1n4148
C14
1 mF
(7)
Mikrofon
Electret
Condencer
R12
39 kW
RST
(2)
TRG
IC 3
LM741
R14
510 W
(3)
OUT
+
(1)
LED3
(3)
(14)
IC 5
CD4017
CLK
C16
10 nF
CV
(5)
C17
100 nF
VDD
(4)
Vcc RST
(3)
Q0
(2)
Q1
(4)
Q2
(7)
LED2
C18
10 mF
Q3
(14)
LED4
Q5
LED5
IC 6b
CD4071
C19
10 mF
(1)
(3)
IC 6a
CD4071
(5)
(2)
(7)
LED6
CE GND Q6
R21
1 kW
(6)
(4)
(10) Q4
(1)
GND
T4
BC547
(5)
VR2
10 kW
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 4
555
R18
10 kW
(4)
C11
1 mF
R20
47 kW
(8)
C15
47 nF
(6)
(1)
R15
4k7 W
(4)
T2
BC547
O1
(menuju Rangkaian
Multivibrator
Monostabil (A))
R22
1 kW
R23
220 kW
LED7
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch
119
Sound Switch dengan Dimmer…
VCC
input Q1
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 7
555 (A1)
OUT
GND
(1)
R24
6k8 W
R25
100 kW
(2)
OUT
C21
10 nF
(5)
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 8
555 (B1)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
C20
100 nF
GND
R26
1 kW
(3)
CV
(1)
LED8
(5)
C22
1 mF
C23
100 nF
C24
1 mF
R27
1 kW
input Q2
(4)
input
O1
RST
(2)
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 9
555 (A2)
OUT
GND
(1)
R28
5k6 W
R29
100 kW
OUT
C26
10 nF
(5)
C25
100 nF
GND
R30
1 kW
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 10
555 (B2)
(3)
CV
(4)
RST
(2)
TRG
(3)
CV
(1)
LED9
(5)
C27
1 mF
C28
100 nF
C29
1 mF
R31
1 kW
input Q3
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 11
555 (A3)
OUT
GND
(1)
R32
4k7 W
R33
100 kW
(2)
(5)
C30
100 nF
GND
(14)
(1)
(2)
(1)
(3)
(3)
(9)
IC 17c
CD4071
Lampu
(10)
(5)
CV
LED10
(5)
C32
1 mF
IC 17a
CD4071
(8)
OUT
C31
10 nF
R34
1 kW
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 12
555 (B3)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
C33
100 nF
C34
1 mF
(6)
IC 17b
CD4071
(4)
(12)
(13)
R35
1 kW
IC 17d
CD4071
(11)
R45
390 W
(7)
(1)
(6)
TRIAC
BT-137
input Q4
(2)
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
IC 13
555 (A4)
OUT
GND
(1)
R36
2k7 W
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
R37
100 kW
(2)
C35
100 nF
GND
R38
1 kW
(8)
LED13
OUT
C36
10 nF
(5)
AC
(4)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 14
555 (B4)
(3)
CV
(4)
RST
TRG
MOC3023
(3)
CV
(1)
R44
1 kW
LED11
(5)
C37
1 mF
C38
100 nF
C39
1 mF
R39
1 kW
input Q5
(4)
input
O1
(2)
RST
TRG
(8)
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 15
555 (A5)
OUT
GND
(1)
R40
1k5 W
CV
(5)
R41
100 kW
(2)
(4)
RST
TRG
Vcc (7)
DIS
(6)
THR
IC 16
555 (B5)
(3)
OUT
C41
10 nF
C40
100 nF
GND
(1)
C42
1 mF
R42
1 kW
(8)
(3)
CV
(5)
C43
100 nF
LED12
C44
1 mF
R43
1 kW
VG
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch (lanjutan)
Stage 1 (Gambar 2) merupakan kondisi lampu dengan nyala paling kecil (redup).
Redupnya tingkat pencahayaan pada lampu bersumber dari aktifnya rangkaian
multivibrator monostabil (A1) (rangkaian yang menghasilkan nilai perioda terbesar) dan
rangkaian multivibrator monostabil (B1) akibat pergeseran state dari Q0 menjadi Q1 pada
rangkaian decade counter. Stage 5 pada Gambar 2 merupakan stage yang menghasilkan
cahaya lampu paling terang (maksimal). Terangnya tingkat pencahayaan pada lampu
bersumber dari aktifnya rangkaian multivibrator monostabil (A5) (rangkaian yang
menghasilkan nilai perioda terkecil) dan rangkaian multivibrator monostabil (B5) akibat
pergeseran state dari Q4 menjadi Q5 pada rangkaian decade counter.
120
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Siklus kerja dari rangkaian Sound Switch diakhiri dengan padamnya lampu.
Padamnya lampu disebabkan oleh pergeseran state dari Q5 menjadi Q6 pada rangkaian
decade counter yang akan me-reset-kan kembali cacahan sinyal ke kondisi awal (akibat
aktifnya rangkaian power ON reset), yaitu state Q0. State Q0 adalah state yang tidak
terhubung dengan rangkaian multivibrator monostabil (B), sehingga MOC dan triac tidak
akan terpicu dan lampu tidak terhubung dengan sumber tegangan AC.
3.
HASIL PENGUJIAN RANGKAIAN
Untuk mengamati bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan
pulsa-pulsa listrik, maka dilakukan pengujian terhadap beberapa bagian penting yang
menentukan kerja dari rangkaian Sound Switch. Hasil pengujian keseluruhan dari
rangkaian Sound Switch pada masing-masing titik-titik pengujian (Gambar 1)
menggunakan oscilloscope dan indikator komponen yang terpasang pada rangkaian
Sound Switch (Gambar 3) terangkum dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
1
CH1 : audio generator
CH2 : Titik Uji 1
2
CH1 : sinyal Titik Uji 1
CH2 : Titik Uji 2
3
CH1 : sinyal Titik Uji 2
CH2 : Titik Uji 3
121
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
4
Hasil Pengujian
Clock
ke –
0
1
2
3
4
5
6
Kondisi LED (output IC 5)
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
H off
off
off
off off
L on
off
off
off off
L off
off
off off
on
L off
off
off off
on
L off
off
off
on off
L off
off
off
off on
RESET (kembali ke kondisi awal)
Keterangan
Q0 : Q1 : nyala LED3
Q2 : nyala LED4
Q3 : nyala LED5
Q4 : nyala LED6
Q5 : nyala LED7
CH1 : full wave rectifier
CH2 : sinyal voltage divider
5
CH1 : sinyal voltage divider
CH2 : sinyal zero crossing
CH1 : sinyal zero crossing
CH2 : Titik Uji 5
6.A1
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A1
122
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
6.A2
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A2
6.A3
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A3
6.A4
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A4
6.A5
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A5
7
Input
trigger
dari –
RESET
A1
A2
A3
A4
A5
I
C
5
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Kondisi LED
(output IC 8, 10, 12, 14, 16)
B1 B2 B3 B4 B5
off
off
off
off off
off
off
off off
on
off
off
off off
on
off
off
off off
on
off
off
off
on off
off
off
off
off on
B1 : nyala LED8
B2 : nyala LED9
B3 : nyala LED10
B4 : nyala LED11
B5 : nyala LED12
123
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (1) 126o dan 306o (2) 108o dan 288o
8
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (3) 90o dan 270o (4) 54o dan 234o
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (5) 0o dan 180o
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan hingga hasil pengujian rangkaian keseluruhan, maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1) Suara sebagai sinyal AC yang masuk ke blok pre amp dan amplifier, akan
diperkuat dan diubah menjadi sinyal DC yang berbentuk pulsa sebagai trigger bagi
IC 4 timer 555.
2) IC 4 timer 555 akan menghasilkan sinyal output yang dimanfaatkan oleh decade
counter untuk mengatur urutan state atau kondisi.
3) Zero crossing detector akan mensinkronkan pergerakan sinyal AC, ketika sinyal
melewati phase titik 0. Output dari zero crossing detector digunakan untuk mentrigger seluruh IC timer 555 (A) dengan perioda bervariasi.
124
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
4) Konfigurasi dari IC timer 555 (A) yang dirangkai secara monostabil dengan nilai
perioda yang bervariasi berpengaruh terhadap besarnya tegangan lampu dan
berdampak pada tingkat pencahayaan lampu.
5) IC timer 555 (B) berfungsi untuk mengaktifkan MOC, sehingga triac ter-trigger.
6) Setiap 10 ms sekali, semua IC timer 555 (A) akan ter-trigger. Akan tetapi, hanya
akan terdapat satu saja yang aktif untuk menghasilkan cahaya lampu. Sistem
pengaktifan tersebut diatur oleh IC decade counter.
REFERENSI
[1]. Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis, “Electronic Devices and Circuit Theory,
Eleventh Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2012.
[2]. Estrada, Richie, “Clap Switch to Control Room Light”, Jurnal Teknik dan Ilmu
Komputer UKRIDA, Vol.01, No. 02, 2012, p.144-152.
[3]. Floyd, Thomas L., “Electronics Fundamentals – Circuits, Devices, and Applications,
Sixth Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004.
[4]. Townshend,
Phil,
“Electret
Microphone”,
EduTek,
http://www.edutek.ltd.uk/CBricks_Pages/Electret_Microphone.html, diakses 12
Januari 2013.
[5]. Kleitz, William, “Digital Electronics: A Practical Approach, Seventh Edition”,
Pearson Education, Inc., New Jersey, 2005.
[6]. Purwanto, Eko B., “Teori dan Aplikasi Sistem Digital”, Graha Ilmu, Yogyakarta,
2011.
[7]. Lazaridis, Giorgos, “Voltage Controlled AC Light Dimmer”, PCBheaven,
http://pcbheaven.com/circuitpages/Voltage_Controlled_AC_Light_Dimmer, diakses
13 December 2012.
125