PERANCANGAN SENSOR PROXIMITY BERDASARKAN EFEK KAPASITANSI DIIMPLEMENTASIKAN PADA LAMPU

Transkripsi

1 PERANCANGAN SENSOR PROXIMITY BERDASARKAN EFEK KAPASITANSI DIIMPLEMENTASIKAN PADA LAMPU Oleh D. Setia Djayadi NIM : Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA Januari 2012

2 PERANCANGAN SENSOR PROXIMITY BERDASARKAN EFEK KAPASITANSI DIIMPLEMENTASIKAN PADA LAMPU Oleh: D. SETIA DJAYADI NIM : Skripsi ini telah diterima dan disahkan sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar SARJANA TEKNIK dalam Program Studi Teknik Elektro FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA Disahkan Oleh: Pembimbing I Pembimbing II Ir. F. Dalu Setiaji, MT. Tgl Daniel Santoso, M.S. Tgl

3 INTISARI Untuk mengurangi penggunaan energi listrik, khususnya untuk lampu dapat dilakukan dengan mengurangi penggunaan atau mematikan lampu pada ruang yang tidak berpenghuni.pada Tugas Akhir ini dirancang suatu sensor proximity berdasarkan efek kapasitansi yang akan digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu. Perancangan dilakukan dengan menggunakan deteksi perubahan tegangan dan frekuensi. Pada deteksi perubahan tegangan apabila terdapat kehadiran manusia akan terdapat perubahan arus yang kemudian perubahan arus tersebut akan diteruskan ke rangkaian Front End Amplifier. Amplifier ini mendeteksi perubahan arus pada rangkaian kapasitif dan mengubahnya menjadi tegangan yang kemudian dihubungkan dihubungkan ke driver lampu. Pada deteksi perubahan frekuensi apabila terdapat kehadiran manusia akan terdapat perubahan kapasitansi yang akan merubah frekuensi keluaran pada osilator. Keluaran dari osilator dihubungkan ke mikrokontroler. Mikrokontroler berfungsi untuk mengubah frekuensi menjadi tegangan DC yang selanjutnya akan dihubungkan ke driver lampu. Berdasarkan hasil percobaan didapatkan bahwa dengan menggunakan metode deteksi perubahan pada tegangan dapat mendeteksi pada jarak kurang lebih 30cm baik untuk posisi lampu digantung ataupun diletakkan diatas meja. Sedangkan dengan menggunakan metode deteksi perubahan frekuensi dapat mendeteksi pada jarak kurang lebih 50cm. i

4 PRAKATA Penulis mengucapkan terima kasih dan syukur kepada Buddha dan Tuhan Yesus Kristus yang mengizinkan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini semaksimal mungkin. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung dalam pengerjaan tugas akhir ini, yaitu 1. Seluruh pengajar,staf, dan laboran Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana yang telah memberikan pengajaran dan pelayanan selama penulis menempuh studi. 2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, MT. dan Bapak Daniel Santoso, S.T.,M.S. sebagai pembimbing I dan II yang telah memberikan bimbingan, saran serta meluangkan waktu untuk membantu penyelesaian tugas akhir penulis. 3. Papa, Mama, Amandani, Isma dan Setiaman sebagai anggota keluarga yang memberikan doa, dan material. Serta tekanan karena selalu menanyakan kapan lulus sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Seorang individu bernama D.Setia Djayadi dengan segala keberuntungannya 5. Teman-teman makan : Deni Kurniawan, Nana Chutez, Yenti Fransiska, Arief Teguh, Juwita Natasia, Adrian Subijanto., Imelda Vonny, Rudy Harsono, Sahat, Christien Natalia, Christian Surya dan teman-teman yang lain atas kesediannya menemani makan setiap saat. 6. Christien Natalia yang telah memberikan keceriaan kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir penulis walaupun waktu terasa amat sangat singkat. 7. Nana Chutez yang telah bertindak sebagai juragan di tahun terakhir penulis dalam pembuatan tugas akhir ini. ii

5 iii 8. Deni Kurniawan yang telah bersedia meminjamkan kamarnya sehingga penulis dapat mem-print semua tugas dan juga tidur siang bila sedang lelah. 9. Yenti Fransiska yang telah menemani setengah perjalanan hidup penulis di elektro dalam keadaan susah maupun senang. 10. Insan-insan dunia P3k0k 4nd dvdu7 : Arief, Budi, Xin, Vonny, Atin, Lina, Yoyo, Ian, Lukas, Gilbert, Jemmy, Deni, Bo, Yenti (yang dikeluarkan), dan Sahat (yang masih baru) yang telah memberikan warna dalam dunia facebook dan kehidupan di Salatiga selama menempuh kuliah. 11. Willy O yang telah membuat penulis melihat dunia secara lebih luas akan kejamnya dunia. 12. Teman-teman angkatan 2006 : Angling, Bonus, Indra, Stephanus, Lukas, Gilbert, Ricko, Sahat, Deni, Arief, Ian, Jemmy, Lina, Vony, Xin2, Yo2, Yenti, dan temanteman yang lain atas kenangan kebersamaannya selama studi. 13. Teman-teman futsal dan bulu tangkis yang telah membuat penulis berolahraga sehingga penulis dapat menjaga kadar kolestrol dan kebugaran penulis. 14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih atas segala suka duka yang telah diberikan. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat. Sabbe Satta Bhavantu Sukhitatta, semoga semua makhluk hidup berbahagia. Salatiga, Januari 2012 Penulis

6 DAFTAR ISI Halaman INTISARI... i PRAKATA... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR SINGKATAN... xi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Spesifikasi Sistematika Penulisan... 3 BAB II.DASAR TEORI Kapasitor Kapasitansi Kapasitansi pada Tubuh Manusia Mikro ATmega Osilator TRIAC Optoisolator BAB III. PERANCANGAN Gambaran Umum Sistem iv

7 v 3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras Modul Catu Daya Modul Mikrokontroler Modul Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan Tegangan Modul Front End Amplifier Modul Penguat Selisih (Differential Amplifier) dan Low Pass Filter (LPF) Modul Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan Frekuensi Modul Osilator Op Amp Modul Driver Lampu Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian Modul Pengujian Modul Catu Daya Pengujian Modul Mikrokontroler Pengujian Deteksi Perubahan Tegangan Pengujian Deteksi Perubahan Frekuensi Pengujian TRIAC Pengujian Keseluruhan BAB V. KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 57

8 vi LAMPIRAN A DATASHEET LAMPIRAN B DOKUMENTASI ALAT... 71

9 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Kapasitor Keping Sejajar.. 5 Gambar 2.2. Pengukuran Nilai Kapasitansi Manusia 9 Gambar 2.3. Nilai Kapasitansi Baru yang Muncul di Antara Objek Sebagai Hasil dari Kehadiran Seseorang Gambar 2.4. Konfigurasi Kaki ATmega Gambar 2.5. Rangkaian Osilator Relaksasi dengan Op-Amp Gambar 2.6. Simbol TRIAC.. 14 Gambar 2.7. Skematik MOC. 15 Gambar 3.1. Blok Diagram Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan Tegangan 17 Gambar 3.2. Blok Diagram Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan Frekuensi Gambar 3.3. Rangkaian Catu Daya Gambar 3.4. Rangkaian Mikrokontroler 20 Gambar 3.5. Pemasangan Osilator ATmega Gambar 3.6. Rangkaian Pe-reset ATmega Gambar 3.7. Fully Differential Amplifier Gambar 3.8. Rangkaian Front End Amplifier Gambar 3.9. Rangkaian Integrator 24 Gambar Rangkaian Penguat Selisih dan LPF. 26 Gambar Rangkaian Osilator Op Amp. 27 Gambar Modul Driver Lampu vii

10 viii Gambar Diagram Alur Program Gambar 4.1. Model Lampu yang Digantung Gambar 4.2. Gambar elektroda dengan lampu, jarak antar elektroda dan kedalaman elektroda, dengan tinggi meja 75cm.. 35 Gambar 4.3. Grafik Percobaan dengan Sumber 220V AC (a) Percobaan 1, (b) Percobaan 2, (c) Percobaan 3, (d) Percobaan Gambar 4.4. Grafik Percobaan Pada Malam Hari Gambar 4.5. Grafik Percobaan Pada Siang Hari Gambar 4.6. Pengujian Diatas Meja.. 42 Gambar 4.7. Rangkaian Osilator Op Amp. 47 Gambar 4.8. (a) Grafik Percobaan pada tanggal 12 Agustus 2011, (b) Grafik Percobaan pada tanggal 13 Agustus 2011, (c) Grafik Percobaan pada tanggal 18 November Gambar 4.9. Hasil Komparator Op-Amp Gambar Hasil Op-Amp Osilator.. 50 Gambar (a) Grafik Percobaan pada tanggal 20 November 2011, (b) Grafik Percobaan pada tanggal 20 November Gambar Grafik Percobaan pada Tanggal 2 Januari Gambar Grafik Percobaan pada Tanggal 3 Januari

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Tabel Dielektrik Bahan. 7 Tabel 2.2. Kapasitansi Berdasarkan Posisi Manusia. 8 Tabel 4.1. Tanpa Sumber 220V AC Tabel 4.2. Dengan Sumber 220V AC. 37 Tabel 4.3. Percobaan Pada Siang dan Malam Hari. 39 Tabel 4.4. Variasi Spacing dengan Depth 2in (5.08cm). 42 Tabel 4.5. Variasi Spacing dengan Depth 3in (7.62cm). 43 Tabel 4.6. Variasi Spacing dengan Depth 4in (10.16cm) Tabel 4.7. Variasi Spacing dengan Depth 5in (12.17cm) Tabel 4.8. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 12 Agustus Tabel 4.9. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 13 Agustus Tabel Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 18 November Tabel Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 20 November Tabel Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 21 November Tabel Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 2 Januari ix

12 x Tabel Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 3 Januari

13 DAFTAR SINGKATAN AC ADC AVR CT DC EEPROM I/O IC RAM SRAM TRIAC TTL USART Alternating Current Analog to Digital Converter Alf and Vegard s RISC-processor Center Tap Direct Current Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory Input/Output Integrated Circuit Random Access Memory Static Random Access Memory Triode Alternating Current Switch Transistor-Transistor Logic Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter xi