BAB III PERANCANGAN Bab ini membahas perancangan Lampu LED otomatis berbasis Platform Mikrocontroller Open Source Arduino Uno. Microcontroller tersebut digunakan untuk mengolah informasi yang telah didapatkan oleh sensor dan mengatur operasi kerja dari Lampu LED. Pengaturan tersebut berfungsi untuk mengatur terang dan redupnya cahaya yang dihasilkan oleh lampu LED tersebut. Pembuatan alat dibagi dalam beberapa blok perangkat yang mempunyai fungsi sendirisendiri. Pembuatan sistem meliputi perencanaan perangkat keras dan perencanaan perangkat lunak. 3.1 Prinsip Kerja Sistem Sistem yang telah dibangun, secara garis besar terdiri dari blok rangkaian seperti terlihat pada gambar dibawah ini : Sensor LDR Microcontroller Arduino Uno Lampu LED Power Supply Gambar 3.1 Blok Rangkaian Lampu LED Otomatis Secara garis besar, cara kerja sistem ini adalah : Sensor akan mengirimkan sinyal informasi kepada microcontroller, informasi tersebut adalah pemberitahuan bahwa sensor menangkap Cahaya yang berada di dalam ruangan dengan intensitas yang berbeda-beda Sinyal tersebut kemudian diolah oleh Mikrokontroler Arduino Uno untuk diproses sebagai input data. 38
39 Setelah data tersebut diproses, kemudian microcontroller menghasilkan perintah untuk melakukan pengaturan arus yang akan digunakan untuk mencatu daya Lampu LED. Pengaturan arus akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima oleh sensor. 3.2 Perancangan Perangkat Keras Dalam pemilihan komponen pada sistem-sistem ini maka sangatlah penting untuk memperhatikan beberapa hal berikut ini : 1. Menggunakan microcontroller dengan platform Open Source sehingga untuk pengembangannya dapat di support oleh komunitas pengguna microcontroller ini. 2. Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran, sehingga harganya murah dan mudah di dapat. 3. Rangkaian yang sederhana sehingga mudah untuk dilakukan penambahan untuk pengembangan lebih lanjut. 3.2.1. Sensor Pada sistem ini menggunakan sensor yang dikombinasikan dengan resistor sehingga dapat berfungsi sebagai pembagi tegangan yang akan masuk ke dalam input arduino. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk memilih sensor ini adalah sebagai berikut: 1. Harga komponen sangat murah. 2. Komponen tersedia di mana-mana 3. Berbentuk rangkaian sederhana sehingga mudah dilakukan penggantian apabila terjadi kerusakan. 4. Rangkaian Dapat dibuat sangat kecil, dan kompak. 5. Menggunakan arus catu daya yang kecil. 6. Kehandalan sensor LDR yang tinggi. 7. Sensitivitas terhadap pembacaan intensitas cahaya yang sangat akurat.
40 Gambar 3.2 Sensor LDR From_Arduino_PS_5V R6 47kΩ R3 100kΩ Key=A 50% R1 1kΩ To_Arduino_Analog_IO_Pin3 LDR Gambar 3.3 Gambar rangkaian Sensor Pendeteksi Cahaya 3.2.2. Minimum Sistem Microcontroller Arduino Uno Rangkaian mikrokontroler berfungsi untuk mengolah informasi yang dihasilkan oleh modul sensor dan menghasilkan perintah untuk menyalakan LED otomatis untuk cerah dan redup. Rangkaian microcontroller ini menggunakan minimum sistem yang pada awalnya digunakan untuk mendownload listing program dari computer ke Chipset microcontroller. Diharapkan dengan minimum sistem ini akan dapat menghemat biaya yang dikeluarkan untuk membangun sistem garasi mobil otomatis ini. Berikut adalah minimum sistem dari Microcontroller Arduino Uno.
41 Gambar 3.4 Minimum sistem Microcontroller Arduino Uno Spesifikasi Hardware : Microcontroller Chipset Operating Voltage ATmega328 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output) Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory SRAM 40 ma 50 ma 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader 2 KB (ATmega328)
42 EEPROM Clock Speed 1 KB (ATmega328) 16 MHz Sebuah rangkaian elektronika yang terdiri dari komponen-komponen aktif seperti IC dan transistor, agar dapat bekerja maka diperlukan sebuah sumber catu daya. Modul Mikrokontroler Arduino Uno memerlukan tegangan untuk catu daya sebesar 12 Volt yang kemudian dihubungkan dengan IC regulator 7805 sehingga menghasilkan tegangan kerja sebesar 5 Volt. Gambar 3.3 merupakan skematik rangkaian catu daya yang dipakai untuk menyuplai daya ke platform mikrokontroler Arduino Uno dan gambar 3.4 merupakan skematik rangkaian minimum sistem mikrokontroler Arduino Uno. To PLN 220 Volt AC 0 T1 1 2 3 12 Volt AC 0 Volt AC 4 2 3 D1 1 1B4B42 C1 1000µF 1 7805 VREF VIN OUT 2 GND 3 5_Volt 0_Volt Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply Microcontroller Arduino Uno 3.2.3. Rangkaian Lampu LED Rangkaian ini merupakan Lampu LED yang tersusun seri dan Parallel. Pada setiap lampu led akan terjadi tegangan jatuh sebesar 1.5 Volt. Tegangan power supply yang digunakan adalah 12 volt, namun apabila ingin menghubungkan dengan sumber daya 6 volt maka harus melakukan by-pass pada Resistor daya 6.8 Ohm / 5 Watt dengan menggunakan kabel jumper. Pada modul ini posisi grounding akan dihilangkan dan kemudian akan dihubungkan dengan kaki kolektor dari transistor darlington TIP 122. Sehingga TIP 122 akan berfungsi sebagai driver untuk mengatur arus yang masuk dan
43 melewati modul Lampu LED sehingga terang atau redupnya lampu LED dikendalikan oleh kuat-lemahnya arus yang akan masuk ke dalam lampu LED ini VCC 12V R2 6.8Ω LED4 LED7 LED10 LED13 LED16 LED19 LED22 LED5 LED8 LED11 LED14 LED17 LED20 LED23 D1 1N4372A LED6 LED9 LED12 LED15 LED18 LED21 LED24 LED25 LED26 LED27 LED28 LED29 LED30 LED31 Gambar 3.6 Rangkaian Modul Lampu LED Spesifikasi Hardware : Tegangan Kerja Arus Kerja Frekuensi Kerja 6 12 Volt 0 1 Ampere 50 60 Hertz 3.2.4. Rangkaian Driver Transistor TIP 122
44 Rangkaian di bawah ini merupakan driver untuk mengatur kuat-lemah arus listrik yang akan melewati modul lampu LED. Dengan berkerja seperti sakelar elektronik dengan sangat cepat maka total arus yang bergerak dapat dengan mudah diatur. VCC 12V To_LampuLED_Anoda To_LampuLED_Katoda 1N4001 D2 From_Arduino_Digital_IO_Pin9 Q2 TIP122 Gambar 3.7 Rangkaian Driver Lampu LED Transistor bekerja dengan Karakteristik saturasi dan cut off, ketika transistor berkerja pada saturasi maka Lampu LED akan tampak mati untuk sementara. Namun ketika transistor berkerja pada daerah cut off maka arus akan mengalir dari catu daya menuju kolektor transistor melewati Lampu LED sehingga akan menyebabkan lampu LED menghasilkan cahaya sesuai dengan arus yang melewatinya. 3.3 Perancangan Perangkat Lunak Berikut ini adalah listing program yang telah di download ke dalam chipset microcontroller. Port yang digunakan adalah Port I/O Analog A3 sebagai
45 penerima input data dari sensor dan PORT I/O Digital 9 sebagai output untuk memberikan perintah kepada transistor agar melakukan pengaturan arus yang mengalir melewati Lampu LED. ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ int ledpin = 9; // LED connected to digital pin 9 int analogpin = 3; // potentiometer connected to analog pin 3 int val = 0; // variable to store the read value void setup() { } pinmode(ledpin, OUTPUT); // sets the pin as output void loop() { val = analogread(analogpin); // read the input pin analogwrite(ledpin, val / 4); // analogread values go from 0 to 1023, analogwrite values from 0 to 255 Serial.println(val); // debug value }