JUDUL PERCOBAAN

TUGAS BESAR SISTEM INSTRUMENTASI SENSOR INTENSITAS CAHAYA PADA SISTEM HIDROPONIKAfdhal Hanif (13212044)Febby Purnama Madrin (13212041)

EL3013-Sistem InstrumentasiTeknik Elektro -Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB (STEI ITB)

AbstrakSecara umum pada laporan ini dijelaskan tentang perancangan sistem hidroponik suatu green house secara otomatis untuk melakukan pengukuran intensitas cahaya dengan menggunakan sensor LDR ( Light Dependent Resistor ) atau photoresistor sebagai sensor cahaya yang data pengolahannya dilakukan pada Arduino UNO Kata kunci: Pengendali, LDR, Intensitas Cahaya. Pendahuluan Sistem kendali tak bisa dilepaskan dari kehidupan kita sehari-hari. Sistem kendali adalah suatu sistem yang terdiri dari subsistem dan proses (plant) dengan tujuan menghasilkan output yang diinginkan dengan performansi yang diinginkan ketika diberi sebuah input (set point). Struktur dari sistem kendali terdiri dari set point, pengendali, plant, controlled variabel serta rangkaian feedback. Set point adalah hal yang diinginkan dalam suatu sistem kendali, pengendali adalah rangkaian untuk mengendalikan plant, plant adalah objek yang dikendalikan, feedback adalah sensor yang digunakan untuk mengukur variabel yang diinginkan serta controlled variabel adalah variabel-variabel yang bisa dikendalikan pada suatu sistem kendali. Sistem kendali ini harus stabil karena menyangkut keselamatan pengguna.Berkaitan dengan sistem kendali tersebut, kita diberi tugas akhir berupa tugas besar membuat sistem kendali tersebut. Tugas yang dimaksud adalah sistem hidroponik sensor intensitas cahaya. Tugas besar ini merupakan Ujian Akhir Semester (UAS) dari mata kuliah Sistem Instrumentasi (EL3013). Tujuan dari tugas besar ini adalah agar mahasiswa khususnya mahasiswa teknik elektro memahami kuliah Sistem Instrumentasi tersebut baik secara teori maupun secara praktis.Studi PustakaIntensitas CahayaIntensitas cahayaadalah besaran pokokfisikauntuk mengukur dayayang dipancarkan oleh suatu sumbercahayapada arah tertentu per satuansudut. SatuanSIdari intensitas cahaya adalahCandela(Cd). Dalam bidangoptikadanfotometri(fotografi), kemampuan mata manusia hanya sensitif dan dapat melihat cahaya denganpanjang gelombangtertentu (spektrumcahaya nampak) yang diukur dalambesaran pokokini.Intensitas cahaya pada terhadap tumbuhan adalah banyaknya energi yang diterima oleh suatu tanaman per satuan luas dan per satuan waktu (kal/cm2 /hari ). Pada tanaman intensitas merupakan penyinaran yaitu lamanya matahari bersinar dalam satu hari. Intersitas cahaya dan lamanya penyinaran akan mempengaruhi sifat tanaman.Bersarnya intensitas cahaya yang diterima oleh tanaman tidak sama setiap tempat dan waktu. Hal in bergantuk pada beberapa hal yaitu :1. Jarak antar matahari dan bumi, misalnya pada pagi dan sore hari intensitasnya akan lebih rendah jika dibandingkan pada siang hari karena jarak matahari lebih jauh. Pada daerah sub-tropis intensitas cahaya lebih rendah jika dbandingkan dengan daerah tropis. Demikian juga , pada puncak gunung intensitas cahaya akan lebih tinggi dari pada dataran rendah.2. Tergantung musim , misalnya pada musim hujan intensitas haya lebih rendah. Hal ini terjadi karena radiasi matahari yang jatuh sebagian diserap oleh awan. Sedangkan pada musim kemarau jumlah awan akan lebih sedikit sehingga intensitas cahaya lebih tinggi. Lama periode cahaya matahari atau panjang hari ditentukan oleh musimLetak geografis, jumlah cahaya yang diterima ditentukan oleh letak lintang (latitude). Didaerah tropik jumlah energi matahari yang didapatkan setiap tahun sekitar 191 kilo kalori/cm2 , pada daerah sub-tropik sekitar 120 kilo kalori/cm2.Satuan Intensitas Cahaya Lumen, Candela dan LUX.Lumen (Lm)Lumen adalah satuan Internasional dari luminous flux, yaitu besarnya cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya (Lampu)

Candela (cd)Candela adalah satuan internasional dari dari intensitas cahaya, ukuran dari sinar yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya pada arah tertentu.Setiap sumber cahaya akan memiliki intensitas cahaya untuk yang berbeda untuk arah yang berbeda. Dengan kata lain, semakin besar beam angle yang dimiliki suatu sumber cahaya, maka intensitas cahayanya akan semakin kecil

LUX (lx)Lux adalah satuan internasional dari sinar yang menyinari suatu bidang.Lux is the international(SL)unit of illuminance, a measure of light arriving at a surface, 1 lumen per square foot equals 1 footcandle, while 1 lumen per square meter equals 1 lux . [lux = lumen/m2]

.

Arduino UNOArduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau baterai. Arduino Uno berbeda dari semua papan sebelumnya dalam hal tidak menggunakan FTDI chip driver USB-to-serial. Sebaliknya, fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Revisi 2 dari Uno memiliki resistor pulling 8U2 HWB yang terhubung ke tanah, sehingga lebih mudah untuk menggunakan mode DFU.

Gambar . Board Arduino UNOSensor LDR ( Light Dependent ResistroSensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 M, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 . Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Simbol LDR dapat dilihat seperti pada gambar berikut :

Karakteristik Sensor Cahaya LDR(Light Dependent Resistor) : Laju RecoverySensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Bila sebuah Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Na-mun LDR tersebut hanya akan bisa menca-pai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery meru-pakan suatu ukuran praktis dan suatu ke-naikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai den-gan level cahaya 400 lux. Respon Spektral Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantaryang baik (TEDC,1998)Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Resistansi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah seiring den-gan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR seki-tar 10M dan dalam keadaan terang sebe-sar 1K atau kurang. LDR terbuat dari ba-han semikonduktor seperti kadmium sul-fida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak mua-tan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah men-galami penurunan.

Grafik hubungan hambatan dengan intensitas cahaya

Spesifikasi Sistem1. Sistem sensor intensitas cahaya mampu melakukan pembacaaan intensitas cahaya pada kondisi gelap, redup , dan terang.2. Hasil pembacaan sensor dari prototype greenhouse dapat ditampilkan pada LCD 16x2.MetodologiKomponen dan alat yang digunakan selama pembuatan tugas besar ini adalah sebagai berikut: Project Board ArduinoUNO Header Male 2 sisir Header Female 1 sisir LCD LMB162ABC Resistor 1 k ( 1 buah) Potensiometer 10k Kabel pelangi 1 meter Sensor LDR PCB Sedangkan software yang digunakan dalam pembuatan tugas besar ini adalah sebagai berikut: Arduino ccAdapun langkah-langkah dari pembuatan tugas besar ini adalah sebagai berikut:

Hasil dan Analisis Desain Rangkaian Skema rangkaian sensor intensitas cahaya pada sistem hidroponik ini adalah sebagai berikut:

Cara kerja dari rangkaian diatas adalah sebagai berikut:Rangkaian akan menerima input cahaya ruangan oleh LDR. Setelah itu, hasil yang didapat berupa sinyal analog yang nantinya akan dikonversi ke sinyal digital oleh ADC dengan rentang bacaan 0-1023. Kemudian, Arduino UNO akan mengolah data tersebut dan menampilkan berapa besar lux intensitas cahaya yang sedang diukur pada layar LCD.Komponen-komponen yang digunakan memiliki fungsi sebagai berikut:1. Sensor LDR berfungsi sebagai sensor cahaya.1. LCD sebagai untuk menampilkan hasil pengukuran1. Potensiometer berfungsi untuk mengatur kontras layar LCD

Implementasi SoftwareSeperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa software yang digunakan adalah Arduino.cc. Sketch/source code yang telah dibuat di download ke Arduino UNO. Untuk mendapatkan hubungan antara bacaan sensor LDR dengan besarnya lux cahaya, dibutuhkan sebuah lux meter. Pada rangkaian, untuk sementara di program untuk menampilkan bacaan analog dari sensor cahaya, yaitu pada rentang 0-1023.Dari beberapa nilai lux, didapat beberapa titik ekstrim perubahan lux terhadap bacaan analog LDR. Diantaranya :

1. Rentang 0,1-300Lux cahaya : 0,1-5101. Rentang 300-550Lux cahaya : 510-16521. Rentang 550-700Lux cahaya : 1652-51001. Rentang 700++Lux cahaya : 5100++

Dari 4 data di atas, dengan menggunakan fungsi semilog Ln(X) = a + bLn(Y),Didapatkan 4 nilai lux cahaya terhadap bacaan sensor :1. Rentang 0,1-300

1. Rentang 300-550

1. Rentang 550-700

1. Rentang 700++

Karakteristik Statik

percobaanpengukuranyang diharapkanresolusiakurasierror

18082-4.44444E-050.975610.02439

24248-0.0001333330.8750.125

33838010

41201150.0001111111.0434780.04348

5331350-0.0004222220.9457140.054286

6480515-0.0007777780.9320390.067961

7121311860.00061.0227660.02277

8149614400.0012444441.0388890.03889

9510948630.0054666671.0505860.05059

1024302221500.0478222221.0971560.09716

A.Resolusi Resolusi merupakan nilai perubahan terkecil pada variabel pengukuran yang mana instrumen akan memberi tanggapan (respond). Dinyatakan dalam nilai absolut atau prosentase terhadap skala penuh.

B. Range atau Span Menunjukan kisaran (range) dari nilai minimum sampai dengan nilai maksimum yang dapat diukur oleh instrumen. Dari hasil pengamatan didapatkan bahwa nilai minimum cahaya yang bisa diukur adalah 0.1 lux sedangkan maksimumnya adalah 40000 lux.

C. Akurasi Akurasi merupakan derajat kepastian (exactness) atau kedekatan (closeness) pengukuran dibandingkan terhadap nilai yang diharapkan/diinginkan (expected/desired value).

D. Presisi Presisi merupakan sebuah ukuran konsistensi atau keterulangan (repeatability) sebuah pengukuran, sebagai contoh pembacaan berturut-turut yang tidak berbeda. .

E. Error atau SimpanganError merupakan deviasi/simpangan dari nilai sebenarnya (true/actual value) dari nilai yang diinginkan (desired value).

Karakteristik Performasi

A. LinearitasLinearitas merupakan hubungan yang proporsional antara output pembacaan dari instrumen dengan nilai yang diukur (berbentuk garis lurus)Secara garis besar instrument bersifat non-linier. Hal ini dikarenakan sensor utama yang digunakan yakni LDR memiliki perubahan resistansi yang non-linear terhadap perubahan kondisi cahaya.

B. Ambang Batas (Threshold)Ambang batas menunjukan jika variabel yang diukur (measurand) oleh instrumen naik secara bertahap mulai dari nol, variabel yang diukur perlu mencapai nilai tertentu yang cukup untuk dideteksi oleh instrument untuk menghasilkan nilai pembacaan pada instrument.Dari hasil pengukuran sebelumnya dapat ditentukan bahwa ambang batas saat LDR menerima cahaya sebesar 0.1 lux (gelap) sampai 40000 lux (cahaya matahari). Sedangkan foto dari alat tersebut adalah sebagai berikut:

1. Kesimpulan Rangkaian yang dibuat kurang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.Daftar PustakaEmir Mauludi Husni, Yulyan Wahyu Hadi, Praktikum Sistem Komunikasi, Bandung, 2015.Datasheet LDR NORP 12 RSMoris, S Alan. Measurement and Instrumentation Principles Third Edition. Butterworth-Heinemann : Oxford

Lampiran

Sketch Arduino#include #include #define output 9LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.print("---Lux Meter---"); delay(2000); lcd.clear(); lcd.print("Initialization"); lcd.print("."); delay(1000); lcd.print("."); delay(3000);}void loop(){ int oupt = 0; int sensorValue = analogRead(A0);

double sV = sensorValue; lcd.setCursor(0, 0); double le; if((sensorValue >= 0) && (sensorValue = 300) && (sensorValue = 550) && (sensorValue = 0) && (level 50) && (level 75) && (level 150) && (level