RAY TRACER PENGUJIAN CAHAYA LED. B. M. Wibawa, I M. Joni, F. Faizal, V. Hutabalian, K. Heru dan C. Panatarani

Transkripsi

1 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 RAY TRACER PENGUJIAN CAHAYA LED B. M. Wibawa, I M. Jni, F. Faizal, V. Hutabalian, K. Heru dan C. Panatarani Grup Riset Fenmena Transprt dan Pemrsesan Bahan Jurusan Fisika Universitas Padjadjaran Jl. Singaperbangsa N 2 Bandung c.panatarani@unpad.ac.id ABSTRAK Telah berhasil dirancang bangung ray tracer pengujian cahaya LED yang mampu mengakuisisi data dan memvisualisasikan pla sebaran cahaya di permukaan LED. Alat tersebur dapat mengakuisisi data dengan reslusi 0,5 di sekitar permukaan LED dengan rentang sudut Rancang bangun alat tersebut terdiri atas perangkat detektr, mdul akuisisi data, mtr penggerak sensr dan kmputasi. Detektr yang digunakan adalah sensr LDR. Mdul akuisisi data terdiri dari rangkaian pengkndisi sinyal sensr, ADC0804, mikrkntrler AT89S51 dan jalur kmunikasi RS-232. Sedangkan untuk memberi perintah, mengntrl kecepatan gerakan sensr, penerimaan data, penampilan data, penyimpanan data dan memvisualisasikan pla grafik data secara real time dibuat perangkat lunak dengan bahasa pemrgraman visual basic. Hasil pengujian terhadap LED Luxen Star/O dan Emitter memperlihatkan pla yang sama dengan datasheet dari kedua jenis LED tersebut. Pla hasil pengukuran Luxen Star/O mengalami pergeseran lebar sudut pla sebaran cahaya rata-rata sejauh 15 pada 20% relative intensitas, 7 pada 60% dan 6 pada 80% relative intensitas. Kata kunci: LED, LDR, ray tracer 1. PENDAHULUAN LED (Light Emitting Dide) merupakan kmpnen elektrnik yang dapat mengemisikan cahaya. Saat ini LED digunakan bukan hanya untuk indikatr dalam suatu rangkaian elektrnik, namun lebih jauh penggunaan LED diarahkan pada sumber cahaya efisien pengganti lampu knvensinal [1]. LED yang digunakan untuk sumber cahaya harus memiliki pancaran cahaya yang merata di seluruh permukaannya. Sekilas cahaya yang dipancarkan terlihat memiliki intesitas pancar yang merata dipermukaan LED, namun jika dilihat secara teliti dan seksama sebaran distribusi pancaran cahaya LED tidaklah merata di permukaan LED. Untuk menganalisis pla sebaran cahaya LED, diperlukan alat karakterisasi yang mampu memvisualisasikan sebaran cahaya LED. Pada makalah ini akan diuraikan hasil perancangan dan pembuatan sistem pengukuran pla distribusi cahaya LED. ISBN : V-223

2 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember Metde Perancangan Sistem pengukuran distribusi cahaya yang dibutuhkan bersifat fleksibel, prtabel dan memiliki perangkat lunak antar muka yang mudah digunakan. Sistem instrumentasi dirancang berbasiskan PC agar mampu melakukan penyimpanan data, pendkumentasian dan untuk keperluan lainya. Rancangan sistem pengukuran distribusi cahaya LED diperlihatkan pada Gambar 1. Kmputer Perangkat Lunak LDR Pengkndisi sinyal ADC 0804 Mikrkntrler AT89S51 Perangkat Lunak Mtr Stepper Gambar 1. Diagram Blk Sistem Alat Karakterisasi LED LDR ( Light Dependent Resistr) adalah kmpnen ptelektrnik yang bersifat resistif, dimana nilai resistansi dipengaruhi leh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan LDR. LDR terdiri dari sebuah cakram semiknduktr yang memiliki dua buah elektrda pada permukaannya. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektrn bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi knduktr yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat gelap, LDR memiliki hambatan mencapai 2 MΩ. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektrn yang lepas dari atm bahan semiknduktr tersebut. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi knduktr yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Pada saat terang, LDR memiliki hambatan mencapai 10 KΩ. [2] Pengkndisi sinyal dihubungkan dengan sensr LDR untuk menguatkan dan menstabilkan keluaran dari sensr LDR. ADC0804 berfungsi mengubah tegangan analg dari pengkndisi sinyal sensr LDR menjadi tegangan digital. Mikrkntrler AT89S51 digunakan sebagai penampung data yang dikirimkan dari kmputer maelalui kmunikasi data RS-232 untuk menggerakkan mtr stepper serta mengambil data digital hasil knversi data analg dari sensr LDR di setiap sudut pengukuran, digunakan bahasa pemrgraman assembler. Mtr stepper menggerakkan dudukan sensr LDR disekitar permukaan LED sejauh 180 dengan reslusi 0,5. ISBN : V-224

3 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 Kmputer berfungsi untuk mengntrl dan memnitring sistem kerja alat secara keseluruhan. Pla grafik sebaran cahaya dan data ditampilkan secara real- time pada tampilan mnitr. Perintah-perintah yang diberikan leh kmputer berupa perintah yang dimengerti leh mikrkntrler AT89S51 yang disesuaikan dengan kde standar bahasa pemrgraman assembler. Prgram pada kmputer ditulis dengan menggunakan sftware Visual Basic versi 6. Kerja alat dalam prses pengambilan data dikendalikan dan dimnitr secara terprgram dari kmputer. Pemrsesan di kmputer meliputi penglahan data masukan dan merubahnya menjadi infrmasi data tampilan pada kmputer. Selain melakukan pengendalian pada aktuatr, kmputer juga dapat menampilkan tabel pengambilan data desimal ADC0804 dari sensr LDR untuk keperluan pengujian sistem instrumentasi. Kmputer memberikan perintah-perintahnya melalui RS 232 pada mikrkntrler AT89S51 untuk mengambil data dari ADC0804 serta mengerakkan sensr LDR di sekitar permukaan LED. Diagram alir cara penerima dan pengirim data ke kmputer diperlihatkan pada Gambar 2 selanjutnya diterjemahkan ke dalam bahasa assembler dan di-uplad ke mikrktrler. Mulai Ambil knversi data digital Sensr LDR ke kmputer Gerakkan sensr 0,5 Sampai 180 Selesai Gambar 2. Flw Chart Prgram Assembler pada Mikrkntrler Ray Tracer Kmputer mengendalikan dan memnitr runut prses pengambilan data, psisi sensr, pengaturan kecepatan sensr dalam mengambil data dan penampilan pla sebaran di mnitr (Gambar 3). ISBN : V-225

4 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 Mtr Stepper Mdul akuisisi data Dudukan Sensr LDR Gambar 3. Jalur Kmunikasi Data 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem instrumentasi yang telah dibuat dikalibrasi dengan cara mengukur intensitas pla sebaran LED standar (LED Luxen Star/O dan Luxen Emitter). Pancaran LED Luxen Star/O yang diuji berwarna biru (LXHL-NB98) & putih (LXHL-NW98) [5] dan pancaran Luxen Emiter yang diuji juga berwarna biru (LXHL-DB01) dan putih (LXHL-DW01) [6]. LED ditempatkan pada dudukan LED tegak lurus terhadap permukaan sensr LDR. Jarak dudukan sensr terhadap LED dapat divariasikan sepanjang lintasan geser. Psisi dudukan sensr LDR terlebih dahulu diarahkan ke sudut -90 (Gambar 4). Setelah itu prses pengambilan data dapat dimulai dengan menekan tmbl Right pada frm tampilan sftware, setelah itu sensr akan bergerak searah dengan jarum jam. Tampilan frm perangkat lunak ditampilkan pada Gambar 5. Sistem tmatisasi ray tracer ditampilkan pada Gambar 6. LE LD Gambar 4. Skema Sistem Pengujian Ray Tracer Dengan membandingkan pla pada datasheet (Gambar 7(b) dan Gambar 9(b)) dan pengujian hasil pengukuran (Gambar 8 dan Gambar 10 ) dari dua jenis LED yang diuji terdapat pergeseran lebar sudut pla sebaran cahaya di permukaan LED. Pergeseran lebar sudut pla sebaran cahaya di permukaan LED untuk beberapa persentase relative intensitas dapat dilihat pada Tabel 1 untuk LED Luxen Star/O (LXHL-NB98 dan LXHL-NW98) dan Tabel 2 untuk ISBN : V-226

5 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 Luxen Emitter (LXHL-DB01 dan LXHL-NW01) dibandingkan dengan datasheet dari jenis LED tersebut. Pergeseran lebar sudut pla sebaran cahaya diamati dibeberapa persentase relative intensitas. Nilai persentase relative intensitas hasil pengukuran diperleh dari persamaan sebagai berikut: Data Desimal ADC SensrLDR Re lative Intensitas (%) = 100% (3.1) Data Desimal Maksimum ADC Sensr LDR Pengukuran Luxen Star/O (Gambar 8) mengalami pergeseran titik maksimum persentase relative intensitas rata-rata sejauh 2 (Gambar 8). Berdasarkan Tabel 1, dibeberapa persentase relative intensitas yang diamati sudut pancar sebaran cahaya melebar rata-rata 80% dari pla datasheet Luxen Star/O. Penggunan celah saat pengukuran LXHL-NW98 bertujuan menghindari terjadinya pergeseran sudut pengukuran atau meminimalisir datangnya cahaya dari sudut permukaan LED yang telah dan sebelum diukur (Tabel 1) sehingga planya lebih mendekati datasheet Luxen Star/O Gambar 7(b). Pengukuran Luxen Emitter (Gambar 10) mengalami pergeseran titik maksimum persentase relative intensitas rata-rata sejauh 10 untuk 80 % relative intensitas dan lebar sudut pancaran cahaya melebar rata-rata sejauh 21 (Tabel 2). Peningkatan intensitas yang sangat besar terjadi pada rentang pengukuran -60 sampai 60 (Gambar 10) dibandingkan pla pada datasheet Luxen Emitter (Gambar 9(b)). Namun demikian, hasil pengukuran menunjukkan pla yang sama dengan datasheet. Penyimpangan yang terjadi kemungkinan diakibatkan luas permukaan LDR yang cukup besar dan keterbatasan pada karakteristik spektral dan sensitivitas sensr LDR. Hal tersebut mengakibatkan nilai data pengukuran terakumulasi di beberapa rentang sudut pengukuran. Efek lain yang mempengaruhi penyimpangan hasil pengukuran dari dua jenis LED tersebut adalah getaran yang cukup kuat dari mtr stepper pada saat menggerakkan sensr LDR sehinga mempengaruhi kestabilan dudukan LDR dan LED. ISBN : V-227

6 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 Gambar 5. Tampilan Perangkat Lunak Prgram Gambar 6. Sistem Otmatisasi Ray Tracer ISBN : V-228

7 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 (a) (b) Gambar 7. (a) Bentuk Fisik Luxen Star/O dan (b) Pla Sebaran Intensitas Cahaya Luxen Star/O Tipe LXHL-NW98 dan LXHL-NB98 (a) Gambar 8. Hasil Pengujian LED Luxen Star/O (a) Pla Hasil Pengujian LXHL-NW98 dan (b) LXHL-NB98 Tabel 1. Perbandingan Lebar Sudut Pla Sebaran Intensitas Cahaya terhadap Persentase Relative Itensitas Hasil Pengukuran pada Permukaan LED dengan Datasheet Grafik Luxen Star/O. Lebar Sudut Distribusi Intensitas Relatif pada Permukaan LED Persentase Intensitas Datasheet Hasil Pengukuran Relatif LUXEON LXHL-NW98 LXHL-NB98 Star/O (Celah Berdiameter 0,3 cm) (tanpa celah) 20 % (- 10 ) - ( 10 ) (- 17 ) - ( 17 ) (- 18 ) - ( 18 ) 60 % (- 5 ) - ( 5 ) (- 8 ) - ( 8 ) (- 9 ) - ( 9 ) 80 % (- 2,5 ) - ( 2,5 ) (- 4,5 ) - ( 4,5 ) (- 6 ) - ( 6 ) (b) ISBN : V-229

8 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember 2008 (a) Gambar 9. (a) Bentuk Fisik Luxen Emitter dan (b) Pla Sebaran Intensitas Cahaya Luxen Star/O Tipe LXHL-DW01 dan LXHL-DB01 (b) (a) Gambar 10. Hasil Pengujian LED Luxen Emitter (a) Pla Hasil Pengujian LXHL-DW01 dan (b) LXHL-DB01 (b) Tabel 2. Perbandingan Lebar Sudut Pla Sebaran Intensitas Cahaya terhadap Persentase Relative Intensitas Hasil Pengukuran pada Permukaan LED dengan Datasheet Grafik Luxen Emitter. Lebar Sudut Distribusi Intensitas Relatif pada Permukaan LED Persentase Intensitas Datasheet Hasil Pengukuran Relatif LUXEON LXHL-DW01 LXHL-DB01 Star/O 80 % (- 90 ) - (- 78 ) ( 90 ) - ( 78 ) (- 80 ) - (- 55,5 ) (- 80,5 ) - (- 60,5 ) ( 89,5 ) - ( 65,5 ) ( 83 ) - ( 66,5 ) ISBN : V-230

9 Prsiding Seminar Nasinal Sains dan Teknlgi-II 2008 Universitas Lampung, Nvember KESIMPULAN Telah berhasil dirancangbangun ray tracer pengujian cahaya di permukaan LED. Hasil pengujian menggunakan Luxen Emitter dan Luxen Star/O memperlihatkan pla sebaran cahaya yang terdeteksi leh ray tracer yang dibangun sama dengan datasheet dari dua jenis LED tersebut. Agar hasil pengukuran lebih presisi dan pla yang dihasilkan lebih mendekati pla datasheet tersebut, perlu adanya perancangan sistem pengerak sensr yang meminimalkan getaran dan pemilihan sensr cahaya yang memiliki sensitivitas lebih tinggi dan jangkuan spektral yang lebih luas dibandingkan LDR. 5. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Indnesia Tray Science Fundatin atas bantuan dana penelitian yang diberikan melalui Science and Technlgy Research Grant. DAFTAR PUSTAKA Light Emitting Dide.cm. (20/10/2008) (25/08/2008) Adi Kurnia, Pemrgraman Micrsft Visual Basic 6, Elex Kmputind, Jakarta, (15/05/2008) LUXEON Star DS23 Series, Technical Datasheet DS23, User s Manual. LUXEON Emitter DS25 Series, Technical Datasheet DS25, User s Manual. Basic-Receiving Data Frm A Micrcntrler.cm. (17/05/2008) Electrnic.cm. (17/05/2008) Dasar AT89S51.cm. (17/05/2008) ISBN : V-231