RANCANG BANGUN MODUL KONTROL LAMPU PENERANGAN Nur Kasan Universitas Muhammadiyah Malang, Malang Kontak Person: Universitas Muhammadiyah Malang Jln Raya Tlogomas 246 Malang, 65144 e-mail : nurkhasan@yahoo.co.id Abstrak Penempatan system kontrol lampu penerangan jalan umum sudah lebih banyak menggunakan saklar otomatis yang dikendalikan oleh cahaya matahari dengan komponen utama LDR dan komponen kontak bimetal, dimana bila terjadi penyimpangan dari setting cahaya, maka pengaturan padam dan nyala beban lampu akan berubah pula, begitu juga yang menggunakan rangkaian timer baik yang menggunakan pegas atau menggunakan pewaktu yang dapat diprogram atau diseting dalam kondisi terhubung dan terputus beban listriknya mudah berubah berubah pula. Dengan mempertimbangkan kondisi diatas, peneliti hendak merancang modul lapangan yang dapat diatur sesuai kehendak pemakai apapun kondisi ruangan dengan intensitas pencahayaan ruang saat itu (gelap sampai terang) dengan range lebar, dengan setting lebih presisi, karena pemanfaatan komponen semikonduktor IC op-amp yang dimanfaatkan untuk komparator, IC gerbang-gerbang logika dan transistor yang akan difungsikan untuk driver relay dengan kapasitas arus outnya minimal 10 Ampere. Dengan mempertimbangkan tersedianya semua komponen yang dirancang tersedia di pasaran local. Dalam hal ini telah direalisasikan modul secara riil dari disaian rangkaian elektronik yang menggunakan komponen utama (op-amp, gerbang logika, transistor) sebagai rangkaian kontrol untuk driver relay khususnya untuk beban lampu penerangan. kemudian hasil modul rancangan ini selanjutnya dapat ditempatkan pada ruang dengan intensitas cahaya matahari seadanya (gelap sampai terang). Rancang bangun modul ini diharapkan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat terutama sebagai kontrol ruangan dengan setting intensitas cahaya sesuai kehendak pemakai dan juga secara umum dapat membantu warga pedesaan khususnya sebagai kontrol lampu penerangan ruang didalam/diluar rumah maupun penerangan jalan umum. Kata kunci : Modul, otomat, hybrid. Pendahuluan Sistem penerangan jalan (mematikan & menghidupkan lampu penerangan jalan atau beban listrik lainnya) saat ini masih banyak yang menggunakan saklar manual untuk mengaktifkan atau mematikan lampu penerangan jalan terutama yang ada di kampung-kampung, khususnya. Di perkotaan sudah lebih banyak menggunakan saklar otomatis yang dikendalikan oleh cahaya matahari dengan komponen utama sebagai saklar utamanya adalah Komponen kontak bimetal, dimana bila terjadi penyimpangan dari setting cahaya, maka pengaturan padam dan nyala beban lampu akan berubah pula. Dengan mempertimbangkan kondisi diatas, peneliti hendak merancang modul lapangan Sehingga dalam hal ini memungkinkan untuk dirancang suatu modul peralatan dengan setting lebih presisi, karena pemanfaatan komponen aktif elektronik op-amp dan gerbang-gerbang logika yang difungsikan sebagai komparator sebagai sinyal pengendali kondisi cut-off dan saturasi transistor driver relay. Dengan mempertimbangkan tersedianya semua komponen yang dirancang tersedia di pasaran dengan harga sangat terjangkau. Dalam hal ini peneliti hendak mewujudkan modul secara riil dari disaian rangkaian elektronik yang menggunakan gerbang logika dan disain lain dengan aplikasi komponen op-amp sebagai driver IV-74
relay beban lampu penerangan., kemudian dari hasil rancangan dan uji rangkaian selanjutnya akan ditempatkan pada suatu kotak modul dengan disain terproteksi dari guyuran air hujan.. Rancang bangun modul ini diharapkan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat terutama sebagai kontrol lampu penerangan jalan. Bila cahaya matahari gelap/terbenam nilai hambatan LDR sangat tinggi, sehingga nilai tegangan output rangkaian devider transducer rendah, dengan rangkaian gerbang logika ataupun op-amp yang dirangkai sebagai komparator akan memberikan sinyal output high (logika 1) untuk mendriver transistor dalam kondisi saturasi sehingga kontak relay terhubung yang akan menyebabkan arus listrik dari jala-jala PLN mengalir ke beban lampu penerangan jalan (lampu menyala). Diagram blok dan Prinsip kerja peralatan Diagram blok sistem yang dirancang 90 K = 3 R 1 + 54 K 3 R 1 = 36 K R 1 = 12 K. Gambar 1 Diagram blok sistem yang dirancang Dalam Aplikasi dipakai Variabel Resistor dengan nilai 20 K. Rangkaian Transducer Gambar 2 Rangkaian voltage devider sebagai Transducer Pada disain ini sensor yang digunakan dalam mendeteksi intensitas cahaya digunakan LDR (Light Dependent Resistror); dimana dalam pengukuran nilai intensitas cahaya terhadap perubahan nilai tahanan didapatkan, bahwa intensitas cahaya maksimum dalam type LDR yang dipakai ini didapatkan sebesar 2000 candela adalah sekitar 350. Sedangkan intensitas cahaya minimum dalam pengukuran dengan menggunakan salah satu type LDR yang dipakai 0 candela didapatkan nilai tahanan sebesar 500 K. Dalam disain aplikatif dengan mempertimbangkan intensitas cahaya matahari yang tidak terlalu besar ataupun tidak terlalu rendah (antara kondisi terang-gelap atau sore hari jam 17.30) dengan nilai resistansi < 20 K ; sehingga dalam rancangan ini sebagai kontrol pada rangkaian driver transistor digunakan komponen op-amp type LM741; output op-amp dalam kondisi +Vsaturation bila tegangan pada (+) input sedikit lebih besar dai pada tegangan (-) input. Sebaliknya bila tegangan (+) input op-amp sedikit lebih kecil dari pada (-) input, maka output op-amp dalam kondisi Vsaruration. Besarnya hambatan R1 yang dipasang dalam rangkaian devide voltage sebesar: R LDR = 18 K. V CC = 5 V. Vo R LDR = V CC R 1 + R LDR IV-75
18K 3 = 5 V R 1 + 18K 2,5 Ra + 25 K = 12 Ra 12 Ra 2,5 Ra = 25 K 9,5 Ra = 25 K Ra = 2,63 K Ω Rangkaian Komparator Dalam perancangan ini digunakan IC LM741 dengan pertimbangan Low power consumtion dan tegangan supply maksimum ± 18 volt & dissipasi dayanya kecil, mudah didapatkan di pasaran dimana 1 chip mempunyai 8 pin, Off-set null (kaki 1), inverting input (kaki 2), non-inverting (kaki 3), V- (kaki 4), off-set null (kaki 5), output (kaki 6), V+ (kaki 7), not-connection (kaki 8). Pada inverting (-) input digunakan sebagai setting/referensi kontrol cut-off/saturasi Transistor, sedangkan non-inverting (+) input digunakan sebagai tegangan input driver Transistor driver relay. Sedangkan diode silicon 1N4148 sebagai penyerah output op-amp dan sekaligus sebagai proteksi bila ada tegangan balik yang masuk ke op-amp lewat outputnya (karena system rangkaian bekerja pada tegangan yang memungkinkan melebihi tegangan supply op-amp maksimum). Gambar 3 Rangkaian Komparator untuk control rangkaia driver Relay Agar output dari komparator LM741 dalam kondisi +Vsaturation, maka tegangan pada (-) input harus diseting < 2.53 Volt. Dalam hal ini dipilih nilai Vref sebesar 2,50 Volt, sehingga nilai hambatan pada Variabel resistor 10 KΩ dapat diseting sebesar : Vref Ra = V CC Ra + R B Ra 2,50 = 12 Ra + 10 K IV-76
Rangkaian Driver + 12V 1N4001 Relay Jala-jala listrik Vot Rb=12K FCS9013 Beban LPJ Ib Gambar 4 Rangkaian driver relay Rangkaian ini digunakan relay dengan tegangan supply 12 volt, impedansi relay 400 Ω arus output 10 A, sedangkan Vce (sat) transistor sebesar 0,2 volt (type FCS 9013) denga Ic maksimum sebesar 500 ma. Sedangkan Ic yang diperlukan untuk rangkan relay sebesar: Vcc Vce( sat) 12 0,2 Ic Rrelay 400 Ic = 29,5 ma Besarnya Ic = h fe.ib 29,5 Ib 0, 295mA 100 Ib = 295 ua. Sehingga: Vin Vbe Rb Ib ( 12 0,7) V 295uA Rb = 11,186 KΩ Dalam aplikasi digunakan Rb = 12 KΩ Power Supply Pada disain ini diperlukan besaran supply dc dengan trafo penurun tegangan ac 220 V menjadi 12 V, 300 ma kemudian disearahkan menggunakan rangkain diode bridge rectifier 1 Ampere dari type 1N4001 kemudian digunakan filter dengan kapasitor elektrolit 1000 uf dan 100 nf, seperti pada rangkaian dibawah ini. Gambar 4.5 Rangkaian power supply untuk modul IV-77
Gambar 1 Diagram skema Modul kombinasi saklar utama manual dan saklar otomatis Hasil Pengujian Data Hasil Pengujian di Lapangan Tabel 1 Data hasil pengujian & pengukuran peralatan yang dibuat pada Tgl 11-08-2010 Tabel 2 Data hasil pengujian & pengukuran peralatan yang dibuat pada Tgl 15-08-2010 Bilamana tegangan output dari sensor cahaya lebih besar dari setting tegangan referensi 2,5 volt didapatkan rangkaian kontrol driver lampu aktif, sehingga kondisi lampu penerangan jalan akan menyala. Tabel 3 Data hasil pengujian & pengukuran peralatan yang dibuat pada Tgl 15-10-2010 Tabel 4 Data hasil pengujian & pengukuran peralatan yang dibuat pada Tgl 17-10-2010 IV-78
Tabel 5 Data hasil pengujian & pengukuran peralatan yang dibuat pada Tgl 19-10-2010 Analisa Hasil Pengujian Dari hasil uji di lapangan yang di lakukan di lokasi wilayah Sidoarjo pada Bulan Agustus 2010 dengan sampling uji pada Pukul 05.00 s.d Pukul 17.30 dengan Tegangan referensi (Vref) diseting 2,50 volt. Didapatkan Pukul 05.00 beban Lampu Penerangan jalan kondisi masih tetap nyala, sedangkan pada pukul 09.00, pukul 12.00, pukul 15.00 dan pukul 17.15 kondisi lampu mati. Pada pukul 17.30 Lampu penerangan dalam kondisi menyala. Dari hasil uji di lapangan yang di lakukan di lokasi wilayah Sidoarjo pada Bulan Oktober 2010 dengan sampling uji pada Pukul 05.15 s.d Pukul 18.00 dengan Tegangan referensi (Vref) diseting 2,50 volt. Didapatkan Pukul 05.15, pukul 05.30 dan pukul 05.45 beban Lampu Penerangan jalan kondisi mati, sedangkan pada pukul 09.00, pukul 12.00, pukul 15.00 kondisi lampu mati. Pada pukul 17.30, pukul 17.45 dan pukul 18.00 Lampu penerangan dalam kondisi menyala. Dari hasil sampling uji peralatan di lapangan didapatkan bila nilai tegangan output dari sensor cahaya rendah (kurang dari tegangan setting referensi 2,5 volt); akan menyebabkan rangkaian kontrol driver tidak aktif, sehingga kondisi lampu penerangan mati/tidak menyala Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Dari hasil disain dan rancangan pembuatan peralatan kontrol lampu penerangan dengan sensor cahaya didapatkan beberapa hal antara lain : 1. Disain hardware dari peralatan yang dibuat telah menyesuaikan komponen-komponen yang dipakai mudah didapatkan di pasaran lokal, sehingga bila mengalami kerusakan tidak sulit untuk memperolehnya. 2. Disain ini diharapkan dapat diterapkan dilapangan, karena daya yang diperlukan untuk rangkaian kontrol ini 5 watt saja. 3. Prototype disain yang memungkinkan untuk pengembangan berikutnya dengan pertimbangan beaya yang agak cukup tinggi, tetapi dengan berbagai ragam kegunaan keperluan dilapangan. 4. Pada penggantian komponen sensor cahaya LDR yang digunakan dalam disain ini hendaknya dipilih sensor cahaya yang mempunyai type dan jenis dari pabrik yang sama, karena setting kepekaan cahaya tidak lebih besar menyimpang dari LDR sebelumnya. 5. Penggunaan peralatan untuk beban lampu penerangan, hendaknya disesuaikan dengan kemampuan output maksimum rangkain driver relay yang dipakai ( dalam Ampere) dan tegangan jala-jala pada tegangan rendah 110/220V. 6. Komponen lainnya tidak terikat dengan pabrik atau type, yang terpenting adalah fungsi masing-masing komponen terpenuhi, tetapi harus dilakukan setting ulang sebelum rangkaian keseluruhan diterapkan dilapangan. 7. Kapasitas arus output relay dapat diperbesar > 10 ampere dengan cara menambah beberapa maksimum 3 rangkaian driver relay. Saran. Adapun beberpa saran yang diharapkan oleh peneliti untuk pembaca antara lain: 1. Casing/cover hardware kontrol elektronik, mohon tidak ditempatkan pada tempat dengan kelembaban tinggi. 2. Lobang sinar matahari menuju ke sensor cahaya (LDR) mohon dibersihkan secara berkala bila ada kotoran atau debu yang melekat. Setting tegangan referensi dari op-amp, mohon dilakukan bilamana kontrol kondisi menyala dan mati tidak sesui dengan gelap dan terangnya sinar matahari yang menyinari lingkungan sekitarnya. IV-79
Referensi [1] Clyd N. herrict, Th.1972; Instrument and Measurement for [2] Hayt Neudeck, 1976 : Electronic Circuits Analysis and Design, Houghton Mifflin Company. [3] Millman, Microelectronic: Digital and Analog Circuits and Systems, Mc-Graw Hill. [4] National Semiconductor, Edition 1975; National Application specific Analog products data book. [5] Joseph J. Carr, Th.1979; Element of Electronic Instrumenttation and Measurement, Resto. [6] P.Van Harten & Ir.E.Seiawan, Th 1991; Instalasi Listrik arus Kuat I dan II Bina Cipta Bandung,. IV-80