PERANCANGAN SISTEM KONTROL PENERANGAN, PENDINGIN RUANGAN, DAN TELEPON OTOMATIS TERJADWAL BERBASIS MIKROKONTROLER

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM KONTROL PENERANGAN, PENDINGIN RUANGAN, DAN TELEPON OTOMATIS TERJADWAL BERBASIS MIKROKONTROLER Ratih Puspadini, T. Ahri Bahriun Konsentrasi Teknik Komputer, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan INDONESIA or Abstrak Pada suatu perusahaan sering dijumpai suatu masalah tentang penerangan dan pendingin ruangan yang beroperasi tidak berdasarkan kebutuhan. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya ketidak efisienan energi dan biaya. Paper ini membahas tentang perancangan suatu alat sistem kontrol penerangan, pendingin ruangan dan telepon yang terjadwal berbasis mikrokontroler AT89S52. Rancangan ini diharapkan untuk diaplikasikan pada gedung perkantoran dalam rangka penghematan energi. Sebagai penentu waktu digunakan RTC (Real Time Clock) tipe DS12887 dan sebagai penampil informasi digunakan panel LCD (Liquid Crystal Display) 16x2. Sebagai tambahan alat ini juga dilengkapi dengan sensor gerak sehingga penerangan dan pendingin ruangan akan bekerja selama ada pergerakan. Selain itu alat ini juga dilengkapi dengan saklar on/off yang dapat dioperasikan khususnya pada saat jam kerja tambahan (lembur). Berdasarkan hasil pengujian diperoleh, rangkaian pengatur hidup dan mati sistem penerangan, pendingin ruangan dan pengalihan saluran telepon pada ruangan pimpinan, ruangan karyawan dan ruangan satpam sesuai dengan waktu yang terjadwal telah berfungsi dengan baik. Kata kunci : Sistem kontrol penerangan, Mikrokontroler AT89S52, RTC DS Pendahuluan Pada suatu perusahaan atau perkantoran sering dijumpai suatu permasalahan, yaitu masalah pengaturan energi. Gedung perkantoran kebanyakan belum memiliki sistem pengaturan penerangan, pendingin ruangan dan saluran telepon secara otomatis yang telah terjadwal. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya ketidak efisienan energi dan biaya, dimana lampu dan AC beroperasi secara sia-sia. Dengan kata lain sistem bekerja tidak berdasarkan kebutuhan. Dengan menggunakan sistem kontrol penerangan, pendingin ruangan dan telepon pada gedung perkantoran, masalah tersebut diatas dapat diatasi. Sistem yang dirancang pada paper ini dapat melakukan pengontrolan dengan menggunakan suatu mikrokontroler yang bertindak sebagai pengatur utama. Agar dapat mengetahui waktu dan tanggal maka sistem yang dirancang ini dilengkapi dengan RTC. Sistem pengontrolan gedung perkantoran yang dirancang pada paper ini meliputi : a. Ruangan pimpinan. Selain daripada pengaturan penerangan dan pendingin ruangan yang terjadwal, ruangan pimpinan dilengkapi dengan sensor pendeteksi gerak sehingga sistem akan menyalakan lampu dan pendingin ruangan selama ada orang diruangan tersebut. b. Ruangan karyawan. Sistem penerangan dan pendingin ruangan pada ruangan karyawan hanya akan menyala pada jadwal yang telah ditentukan. Namun apabila diperlukan, penerangan dan pendingin ruangan dapat dinyalakan secara manual. Hal ini perlu jika ada karyawan bekerja diluar jam kerja. c. Ruangan satpam. Saluran telepon utama dari meja receptionist akan dialihkan ke ruangan satpam diluar jam kerja. 2. Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah chip yang didalamnya terdapat mikroprosesor yang sudah dilengkapi dengan I/O dan memori. Mikrokontroler terdiri dari sejumlah komponen, antara lain: Prosesor, ROM, RAM, Timer/Counter, Bandar I/O dan peralatan pendukung lainnya.[1] 2.1. Mikrokontroler AT89S52 Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler yang dikembangkan dari keluarga mikrokontoler 8051 (MSC-51) oleh Atmel

2 Corporation. Mikrokontroler ini dirancang dengan teknologi CMOS dan memori program internal sebesar 8 KByte Flash EPROM yang bisa diprogram dalam sistem ISP. Mikrokontroler AT89S52 mempunyai 40 kaki terdiri dari : 8 kaki sumber interupsi, dan 32 kaki digunakan untuk keperluan port paralel.[2] 3. Blok Diagram Sistem Secara umum blok diagram yang dirancang diperlihatkan pada Gambar RTC (Real Time Clock) RTC (Real Time Clock) adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan waktu yang sebenarnya. Dalam paper ini digunakan sebuah IC RTC dengan tipe DS12887 merupakan RTC menggunakan jalur data seri yang memiliki register data detik, menit, jam, tanggal, bulan dan tahun valid hingga tahun RTC ini memiliki 128 lokasi RAM terdiri dari 14 byte untuk data waktu serta kontrol, dan 114 byte sebagai RAM umum.[3] 2.3. LCD (Liquid Crystal Display) LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD karakter adalah LCD yang bisa menampilkan karakter ASCII dengan format dot matriks.[4] LCD yang digunakan dalam paper ini adalah LCD 16x2 karakter dengan tipe M1632. LCD M1632 adalah LCD yang membutuhkan daya kecil, dilengkapi panel LCD, serta kontroler LCD CMOS memiliki karakter generator built-in ROM/RAM.[5] 2.4. Relay Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus.[6] Relay terdiri dari dua bagian, yaitu: kumparan dan kontak. Kumparan terdiri dari belitan kawat tembaga halus, sedangkan kontak terbuat dari bahan penghantar, umumnya tembaga. Kontak terdiri dari dua jenis, yaitu: kontak normally opened yang terbuka jika kumparan tidak dialiri arus listrik, dan kontak normally closed yang tertutup jika kumparan tidak dialiri arus listrik. Gambar 1. Blok Diagram Sistem Mikrokontroler mendapat masukan dari RTC dan saklar on/off, keluaran dari mikrokontroler digunakan untuk menggerakkan LCD dan penerangan berserta pendingin ruangan melalui rangkaian driver. RTC mengirim dan menerima data dari mikrokontroler, data yang dikirim dari RTC adalah waktu saat itu (real time). Data-data yang dikirimkan dari mikrokontroler ke LCD terdiri dari waktu dan tanggal pada saat itu (real time). Saklar on/off dirancang berfungsi untuk pengaturan jadwal penyalaan dan pemadaman penerangan dan pendingin ruangan. Rangkaian driver berfungsi untuk menggerakkan relay yang mengatur penerangan, pendingin ruangan dan saluran telepon Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Rangkaian sistem minimum mikrokontroler diperlihatkan pada Gambar Sensor Gerak PIR Sensor gerak PIR (Passive Infrared) adalah sensor inframerah pendeteksi pergerakan manusia. Sensor gerak yang digunakan dalam rancangan ini adalah tipe PIR AMN12111 (slight motion detection type). Sensor PIR ini mendeteksi perubahan dari sinar inframerah yang terjadi ketika ada pergerakan oleh seseorang atau suatu objek yang memiliki suhu atau temperatur yang berbeda dari lingkungan disekitarnya.[7] Gambar 2. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Rangkaian sistem minimum terdiri dari mikrokontroler AT89S52, rangkaian osilator (clock), rangkaian reset, soket pemrograman dan rangkaian regulator yang menggunakan IC 7805 untuk menstabilkan tegangan catuan yang masuk ke V CC.

3 3.2. Rancangan Rangkaian Sistem Kontrol Pada rangkaian yang dirancang ini, sistem minimum mikrokontroler dilengkapi dengan saklar on/off, RTC, LCD, dan rangkaian driver. Port 2.0 Port 2.2 digunakan sebagai masukan untuk saklar on/off, sedangkan Port 2.3 digunakan untuk pengatur dari RTC. Port 0.0 Port 0.7 digunakan sebagai bus alamat dan bus data dari RTC. Port 1.4 Port 1.7 digunakan sebagai bus data untuk panel LCD Rangkaian Pewaktu RTC Rangkaian pewaktu RTC (Real Time Clock) yang diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar 3. Rangkaian Pewaktu RTC Tipe RTC yang digunakan adalah DS12887 memiliki bus data, bus alamat dan bus kontrol. Dimana, bus alamat berfungsi untuk mengalamati memori yang menyimpan data waktu, sedangkan bus data berfungsi untuk memberikan informasi atau nilai data berupa jam maupun tanggal. Bus kontrol berfungsi sebagai kendali enable dan arah aliran data. Pin 4 Pin 11 (AD0 AD7) dari RTC dihubungkan dengan Port 0.0 Port 0.7 (AD0 AD7) dari mikrokontroler. Pin 18 ( dari RTC dihubungkan dengan resistor 1 KΩ ke V CC dan kapasitor 10 pf ke ground berfungsi untuk mereset RTC pada saat catu daya dinyalakan. Pin 13 ( RTC digunakan untuk mengaktifkan RTC. Pin ini dihubungkan ke Port 2.3. Pin 14 (AS) RTC dihubungkan ke Pin 30 (ALE) dari mikrokontroler. Pin 15 (R/ ) RTC dihubungkan ke Port 3.6 ( dari mikrokontroler. Pin 17 (DS) RTC dihubungkan ke Port 3.7 ( dari mikrokontroler. Pin 12 (GND) RTC berfungsi sebagai ground, dan Pin 24 (V CC ) RTC berfungsi untuk catu daya dengan tegangan +5 Volt Rangkaian Driver Rangkaian driver merupakan suatu rangkaian yang berfungsi sebagai penguat arus, sehingga dapat mengendalikan beban yang lebih besar. Rangkaian driver ini yang diperlihatkan pada Gambar 4. Ke Mikrokontroler RB IB D1 VBE Relay VCC IC NPN AC 220V Beban Listrik (Lampu, AC/Kipas, dsb) Gambar 4. Rangkaian Driver Rangkaian ini terdiri dari sebuah transistor, sebuah resistor, sebuah dioda dan sebuah relay. Transistor berfungsi sebagai penguat arus yang akan memperkuat arus keluaran mikrokontroler sehingga menjadi cukup besar untuk menggerakkan relay. Karena arus keluaran logika tinggi (I OH ) mikrokontroler terlalu kecil maka tahanan R B ditambahkan guna memperbesar arus basis transistor. Besarnya arus basis yang dibutuhkan adalah sebesar I C /h FE. Besarnya I C adalah sama dengan besarnya arus relay. Nilai tahanan R B dapat dihitung sebagai berikut : I C = I relay = (V CC V CE(sat) )/R relay I C = (12 V 0 V)/100 Ω I C = 12 V/100 Ω = 120 ma Jika h FE = 100 maka besarnya I B yang dibutuhkan adalah : I B = I C /h FE = 120 ma/100 = 1,2 ma Nilai ini jauh lebih besar dari arus keluaran logika tinggi mikrokontroler (I OH ) yang hanya sebesar 60µA. Untuk mengatasi hal ini maka tahanan R B ditambahakan guna memperbesar arus basis transistor (I B ). Nilai tahanan ini dipilih sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan I B yang dibutuhkan dan dapat diserap oleh keluaran mikrokontroler pada saat berlogika rendah (I OL ). Untuk menghasilkan I B = 1,2 ma maka nilai tahanan R B dapat dihitung sebagai berikut : R B = (V CC(relay) V BE )/I B R B = (12 V 0,7 V)/1,2 ma = 9,416 KΩ Pada saat relay harus padam, arus yang mengalir dari tahanan R B ini harus dapat diserap oleh port mikrokontroler sehingga tegangan keluaran dari port tersebut lebih kecil dari 0,7 Volt sehingga transistor dapat menyumbat (cut-off). Karena arus keluaran logika rendah (I OL ) dapat mencapai 1,6 ma maka nilai tahanan R B dapat diterapkan. Tetapi karena nilai tersebut bukan nilai standar maka dipilih nilai standar yang terdekat, yaitu 10 KΩ. Akan tetapi arus basis yang dihasilkan menjadi kurang dari 1,2 ma sehingga untuk mengkompensasi ini transistor yang digunakan harus memiliki h FE yang sedikit lebih besar dari 100. Dioda (D1) berfungsi untuk meredam arus balik dari kumparan relay pada saat relay dipadamkan agar tidak merusak transistor.

4 Pada rangkaian yang dirancang dibutuhkan dua rangkaian driver, satu untuk mengatur penerangan dan pendingin ruangan sedangkan yang satunya lagi untuk mengatur saluran telepon. Hubungan rangkaian driver ini dengan mikrokontroler diperlihatkan pada Gambar 5. Untuk mengatur kontras maka V EE dihubungkan dengan resistor variabel 5KΩ yang dipasangkan antara V CC dengan ground. Karena Untuk menyalakan back light dari LCD maka Pin 15 dihubungkan ke catu daya +5 Volt dan Pin 16 dihubungkan ke ground Rangkaian Saklar On/Off Rangkaian saklar on/off diperlihatkan pada Gambar 7. Gambar 5. Rangkaian Driver Keseluruhan 3.5. Rangkaian LCD Rangkaian LCD 16x2 seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Gambar 6. Rangkaian LCD 16x2 Panel LCD memiliki bus data dan bus kontrol. Bus data berfungsi untuk memberikan data dari mikrokontroler ke LCD atau sebaliknya, sedangkan bus kontrol terdiri dari RS (Register Select), RW (Read/Write) dan Clock. Dalam rancangan ini LCD diprogram untuk menampilkan tanggal dan jam yang sedang berlangsung. Pada rancangan ini panel LCD dioperasikan pada mode 4 bit, sehingga diperlukan 7 buah line yang terdiri dari: 1. 3 pin kendali, yaitu: a. Pin 4 (RS) LCD dihubungkan ke Port 3.0 (RXD) dari mikrokontroler, b. Pin 5 (RW) LCD dihubungkan ke Port 3.1 (TXD) dari mikrokontroler, c. Pin 6 (E) LCD dihubungkan ke Port 3.3 ( dari mikrokontroler pin bus data, yaitu: Pin (D4 D7) LCD dihubungkan ke Pin 5 8 (Port 1.4 Port 1.8) dari mikrokontroler. Gambar 7. Rangkaian Saklar On/Off Rangkaian saklar on/off ini merupakan masukan bagi sistem untuk mengatur penjadwalan, dimana masukan diberikan oleh pengguna dengan memberikan data jam atau waktu operasi yang diinginkan. Pada rangkaian yang dirancang ini terdapat dua buah saklar on/off dan tiga buah push button yang masing-masing fungsinya adalah : 1. Tombol Auto/Manual dihubungkan ke Pin 21 (Port 2.0) dari mikrokontroler, berfungsi untuk memilih mode otomatis atau manual sistem penerangan, pendingin ruangan dan telepon. 2. Tombol On/Off dihubungkan ke Pin 22 (Port 2.1) dari mikrokontroler, berfungsi untuk hidup maupun mati sistem penerangan, pendingin ruangan dan telepon pada mode manual dipilih pada saat ada jadwal kerja tambahan (lembur). 3. Tiga buah push button yang masing-masing berfungsi untuk : a. Push button Setting untuk memulai pengaturan dihubungkan ke Pin 23 (Port 2.2) dari mikrokontroler. b. Push button Count_Up untuk mengatur tahun, bulan, tanggal, hari, jam dan menit dihubungkan ke Pin 25 (Port 2.4) dari mikrokontroler. c. Push button Enter untuk selesai mengatur waktu dihubungkan ke Pin 26 (Port 2.5) dari mikrokontroler Diagram Alir Perangkat Lunak Diagram alir yang menggambarkan aliran atau proses kerja program diperlihatkan pada Gambar 8.

5 Mulai Inisialisasi Baca Jam RTC Baca Kalender RTC Tampilkan Jam pada LCD Kalender = Hari kerja? Ya Jam = Jam kerja? Ya Tidak Tidak Baca Tombol Manual Tombol Manual = ON? Ya Matikan Sistem Penerangan, Pendingin Ruangan dan Saluran Telepon Tidak mengeluarkan data tertentu pada ke empat port mikrokontroler. Pengukuran port mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan voltmeter. Data hasil pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut: P0 = = 03H P1 = = 00H P2 = = 7FH P3 = = F7H Keterangan : Logika 0 tegangan 0 Volt, dan logika 1 tegangan 5 Volt. Pengukuran yang dilakukan memberikan hasil sesuai dengan yang diharapkan, sehingga dapat disimpulkan bahwa rangkaian mikrokontroler berfungsi dengan baik Pengujian LCD Hidupkan Sistem Penerangan, Pendingin Ruangan dan Saluran Telepon Gambar 8. Diagram Alir Secara Garis Besar Program dimulai dengan inisialisasi sistem dilanjutkan dengan pembacaan RTC kemudian menampilkan jam dan tanggal pada LCD. Proses selanjutnya adalah membandingkan data dari RTC dengan hari kerja. Jika hari itu adalah hari kerja maka program akan dilanjutkan dengan membandingkan apakah jam sama dengan jam kerja. Jika sama, maka program akan menghidupkan penerangan, pendingin ruangan dan telepon akan dihubungkan ke meja receptionist. Jika hari dan jam tidak dari RTC bukan hari jam kerja, maka program akan membaca tombol manual. Kemudian program akan ke pembandingan selanjutnya, yaitu: apakah tombol manual berada pada posisi ON atau OFF. Jika tombol manual ON, maka program akan menghidupkan penerangan, pendingin ruangan dan telepon dihubungkan ke meja receptionist. Jika tombol manual OFF maka program akan mematikan penerangan, pendingin ruangan dan telepon dihubungkan ke ruangan satpam. 4. Pengujian Bagian Bagian Dari Rangkaian Pengatur Pada pengujian ini bagian bagian dari rangkaian pengatur diuji secara terpisah untuk mengetahui apakah sudah berfungsi sesuai dengan yang diharapkan. Untuk keperluan ini dibuat empat program kecil, untuk menguji ke empat bagian dari rangkaian pengatur Pengujian Mikrokontroler Pengujian awal mikrokontroler dilakukan dengan memprogram mikrokontroler untuk Pengujian tampilan LCD dilakukan dengan mengirimkan karakter A pada baris pertama kolom pertama dari panel LCD. Hasil pengujian ini sesuai dengan yang diharapkan yaitu: tampilnya huruf A pada baris pertama kolom pertama panel LCD Pengujian Sensor PIR Pengujian sensor PIR dilakukan dengan cara mengukur keluaran sensor tersebut dengan menggunakan voltmeter. Dari pengukuran tersebut diketahui bahwa sensor akan menghasilkan tegangan sebesar 4,32 Volt (logika 1 ) jika ada pergerakan objek dan tegangan sebesar 0,11 Volt (logika 0 ) jika tidak ada pergerakan objek. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sensor PIR ini berfungsi dengan baik Pengujian Relay Pengujian relay dilakukan dengan memprogram relay untuk hidup dan mati sesuai dengan kondisi logika yang diberikan oleh program dalam hal ini khusus dihubungkan dengan sensor gerak. Relay hidup pada saat terdapat pergerakan objek dan relay mati setelah 30 detik tidak terdapat pergerakan objek. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa relay berfungsi dengan baik Pengujian Keseluruhan Pengujian keseluruhan ini dilakukan dalam tiga tahapan, yaitu: hari Senin sampai dengan Jumat, hari Sabtu, dan hari Minggu Pengujian Untuk Hari Senin Sampai Dengan Jumat Pengujian keseluruhan dilakukan setelah semua komponen dihubungkan, yaitu: RTC, LCD, relay, sensor PIR, dan saklar on/off telah terhubung pada

6 mikrokontroler dan keseluruhan program telah di download ke mikrokontroler. Pengujian dilakukan dengan menjalankan program utama dengan mengubah waktu RTC agar tidak perlu menunggu terlalu lama. Untuk pengujian penyalaan sistem, RTC diset pada pukul Jika sistem bekerja dengan baik maka lampu dan kipas akan menyala pada pukul Hal ini dapat dilihat pada Gambar 9. RTC diset pada pukul Hasil pengujian adalah sesuai dengan yang diharapkan Pengujian Untuk Hari Minggu Prosedur pengujian untuk hari Minggu juga sama dengan pengujian untuk hari Senin sampai dengan Jumat, akan tetapi sistem tidak akan pernah menyala sepanjang hari tersebut, kecuali terdapat perintah dari saklar manual. Hasil pengujian berhasil sesuai dengan yang diharapkan. 5. Kesimpulan Gambar A. Gambar B. Pukul (Mati) Pukul (Hidup) Gambar 9. Pengujian Penyalaan Sistem Pada pengujian untuk pemadaman sistem, RTC diset pada pukul Jika berfungsi dengan baik maka lampu dan kipas akan padam pada pukul Hal ini dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar A. Gambar B. Pukul (Hidup) Pukul (Mati) Gambar 10. Pengujian Pemadaman Sistem Dari pengujian ini dapat disimpulkan bahwa sistem bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Untuk keperluan pengujian saluran telepon kontak relay pengatur telepon digunakan untuk menyalakan sebuah LED. Dengan demikian maka status relay dapat diamati dengan menyala atau padamnya LED tersebut. Dari pengujian yang dilakukan dapat diketahui bahwa relay pengaturan telepon tersebut bekerja sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 11. Gambar A. Gambar B. Telepon Kantor (LED Hijau) Telepon Satpam (LED Merah) Gambar 11. Pengujian Saluran Telepon Pengujian Untuk Hari Sabtu Prosedur pengujian untuk hari Sabtu adalah sama dengan pengujian untuk hari Senin sampai dengan Jumat, akan tetapi waktu pemadaman bukan pada pukul 18.00, tetapi pukul Untuk keperluan itu maka pada pengujian pemadaman Berdasarkan dari proses perancangan sistem kontrol penerangan, pendingin ruangan dan telepon otomatis terjadwal menggunakan mikrokontroler dapat diperoleh kesimpulan, antara lain: 1. Alat yang dibuat berhasil dalam pengaturan hidup atau mati penerangan, pendingin ruangan dan saluran telepon walaupun masih terdapat beberapa kekurangan. 2. Dari hasil pengujian yang dilakukan, rangkaian pengatur penerangan, pendingin ruangan dan saluran telepon yang dibuat telah berfungsi dengan baik, sesuai dengan yang diharapkan. 6. Daftar Pustaka [1] Tarigan, Pernantin, Sistem Tertanam (Embedded System), Yogyakarta : Penerbit Graha Ilmu, Cetakan Pertama, [2] ATMEL Corporation, AT89S52 : 8 bit Microcontroler with 8K Bytes In System Programmable Flash, (diakses pada tanggal 02 Agustus 2012). [3] Dallas Semiconductor, DS12887 Real Time Clock, (diakses pada tanggal 02 Oktober 2012). [4] Usman, Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89S52, Yogyakarta : CV. Andi Offset, Cetakan I, [5] HITACHI, HD44780U (LCD-II) : (Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller Driver). (diakses pada tanggal 02 Oktober 2012). [6] Bishop, Owen, Dasar Dasar Elektronika, Jakarta : Penerbit Erlangga, Cetakan I, [7] Panasonic, MP Motion Sensor NaPiOn (Passive Infrared Type) AMN (diakses pada tanggal 12 November 2012).