Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 1

Pemanfaatan Laser dan Sensor Cahaya sebagai Saklar Otomatis

Lampu Toilet

Andik Tri Witanto

Jurusan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Email : andik.triwitanto@gmail.com

Abstrak

Lampu telah banyak diaplikasikan sebagai sumber pencahayaan utama dalam toilet.

Seringkali manusia lalai untuk mematikan lampu ketika meninggalkan toilet. Bahkan, unsur

kesengajaan juga sering terjadi. Hal ini memicu terjadinya pemborosan energi listrik dalam

bangunan. Dengan kemajuan teknologi, penerapan sistem otomasi pada lampu dapat

mengatasi masalah tersebut. Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mendukung hal

ini. Seperti yang dilakukan Arif Setiawan, dkk (2011), dimana sistem otomasi pencahayaan

ruang dapat dilakukan dengan menggunakan sensor cahaya (LDR) yang mendeteksi

intensitas cahaya matahari untuk mematikan lampu secara otomatis. Penelitian lain dilakukan

Tri Wibowo (2010), yaitu dengan memanfaatkan sensor kehadiran orang (Passive Infra Red)

untuk mematikan atau menghidupkan lampu secara otomatis. Tetapi, kedua sistem tersebut

memiliki kelemahan ketika diaplikasikan sebagai saklar otomatis lampu toilet.

Pada penelitian ini, saklar otomatis lampu toilet dirancang dengan memanfaatkan laser

dan sensor cahaya (LDR), yaitu berdasarkan perubahan tegangan akibat terhalang/tidaknya

sinar laser oleh pintu. Ketika pintu toilet dibuka, sampainya sinar laser ke LDR akan

terhalang dan tegangan yang dihasilkan berada pada kondisi high (logika 1). Ketika pintu

ditutup, tegangan yang dihasilkan menjadi low (logika 0). Perubahan logika ini diolah di

dalam controller dengan menggunakan aplikasi counter. Lampu toilet akan menyala ketika

counter menghitung satu buah sinyal (ketika pertama kali pintu dibuka/terjadi perubahan

kondisi tegangan yang pertama). Hitungan dua buah sinyal akan mengaktifkan tanda

“occupied”. Lampu akan mati ketika counter telah menghitung tiga buah sinyal. Hitungan

empat buah sinyal akan menonaktifkan tanda “occupied” dan mengaktifkan sistem reset.

Kata kunci : Laser, Sensor cahaya, Saklar otomatis, Counter, Lampu toilet.

Pendahuluan

Dalam kehidupan sehari-hari, manusia

tidak bisa lepas dari cahaya. Keberadaan

cahaya sangat dibutuhkan untuk

mendapatkan keadaan lingkungan yang

aman dan nyaman. Selain itu, pencahayaan

juga dapat mendukung segala aktifitas

yang dilakukan manusia baik di luar

ataupun di dalam ruangan.

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 2

Didalam ruang tertutup seperti toilet yang

terkadang tidak memiliki celah untuk

masuknya sinar matahari, sumber cahaya

diperoleh dari pencahayaan buatan, seperti

lampu. Lampu telah banyak diaplikasikan

sebagai sumber pencahayaan utama dalam

toilet. Dalam operasionalnya, lampu dalam

toilet tidak perlu menyala di sepanjang

waktu. Dengan kata lain, lampu toilet

seharusnya hanya menyala saat toilet

tersebut digunakan. Namun, realitanya

manusia seringkali lalai untuk mematikan

lampu ketika meninggalkan toilet. Bahkan,

unsur kesengajaan juga sering terjadi. Hal

inilah yang memicu terjadinya pemborosan

energi listrik dalam bangunan. Untuk

mengatasi masalah tersebut, salah satu cara

yang dinilai paling efektif adalah

penggunaan sistem otomasi. Sistem ini

mampu menyalakan dan mematikan lampu

secara otomatis.

Banyak penelitian mengenai sistem

otomasi lampu yang telah dilakukan.

Seperti penelitian Arif Setiawan, dkk

(2011). Hasil penelitiannya menyatakan

bahwa sistem otomasi lampu dapat

dilakukan dengan menggunakan sensor

cahaya, Ligh Dependent Resistor (LDR).

LDR akan mendeteksi intensitas cahaya

matahari untuk mematikan lampu secara

otomatis. Tetapi, sistem ini memiliki

kelemahan ketika diaplikasikan sebagai

sistem otomasi lampu toilet, dimana toilet

seringkali tidak memiliki sky lighting

ataupun side lighting sebagai celah

masuknya cahaya matahari. Penelitian lain

dilakukan oleh Tri Wibowo (2010) yang

memanfaatkan sensor kehadiran orang,

Passive Infra Red (PIR) sebagai saklar

otomatis lampu. Ketika PIR mendeteksi

panas tubuh manusia, maka lampu akan

menyala, begitu pula sebaliknya. Tetapi,

sistem otomasi ini juga memiliki

kelemahan. Kondisi di dalam toilet yang

cenderung lembab, dapat mengganggu

sensitifitas sensor. Selain itu, panas tubuh

yang dikeluarkan manusia akan sebanding

dengan aktifitas yang dilakukan pada saat

itu. Aktifitas manusia di dalam toilet

dengan sedikit gerakan, membuat panas

tubuh yang dihasilkan kecil. Hal ini akan

membuat PIR seolah tidak mendeteksi

panas tubuh manusia. Sehingga, sensor

akan mematikan lampu, padahal di dalam

toilet terdapat manusia.

Berdasarkan pada kelemahan-kelemahan

tersebut, maka dicoba untuk

memanfaatkan sinar laser dan sensor

cahaya, Ligh Dependent Resistor (LDR)

sebagai saklar otomatis lampu toilet.

Sistem ini tidak bergantung pada adanya

sinar matahari ataupun manusia di dalam

toilet. Sistem ini memanfaatkan pintu

toilet yang menghalangi sampainya sinar

laser ke sensor cahaya untuk menyalakan

dan mematikan lampu toilet.

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 3

Dasar Teori

Pencahayaan

Pencahayaan merupakan jumlah

penyinaran pada suatu bidang kerja yang

diperlukan untuk melaksanakan kegiatan

secara efektif (Depkes RI, 1992).

Pencahayaan yang baik memungkinkan

manusia melihat objek-objek yang

dikerjakannya secara jelas dan cepat

(Merlindriati, 2005). Menurut sumbernya

pencahayaan suatu ruangan, dibagi

menjadi 3, yaitu pencahayaan alami

(bersumber dari sinar matahari),

Pencahayaan buatan (selain sinar

matahari), dan kombinasi pencahayaan

alami dan buatan.

Pencahayaan buatan adalah pencahayaan

yang berasal dari sumber cahaya selain

cahaya alami, misalnya lampu, lilin, obor,

dll. Pada perkembangannya, lampu telah

menjadi salah satu sumber cahaya utama

suatu bangunan. Lampu sangat diperlukan

ketika intensitas cahaya alami (sinar

matahari) tidak mencukupi, seperti saat

cuaca yang kurang baik dan malam hari

(Lechner, 2007). Selain itu, lampu juga

sangat dibutuhkan oleh ruangan-ruangan

yang sulit dicapai sinar matahari, seperti

toilet (Merlindriati, 2005). Terkadang

toilet merupakan jenis ruangan yang

tertutup. Untuk memenuhi kebutuhan

penerangan, pencahayaan buatan (lampu)

menjadi sumber cahaya yang paling

efektif.

Sistem Otomasi Pencahayaan

Sistem otomasi dapat didefinisikan sebagai

suatu teknologi yang berkaitan dengan

aplikasi mekanik, elektronik dan sistem

yang berbasis komputer. Semuanya

bergabung menjadi satu untuk memberikan

fungsi terhadap manipulator (mekanik)

sehingga akan memiliki fungsi tertentu

(Nugroho, 2006). Dalam aplikasi

bangunan, sistem otomasi merupakan

salah satu ciri dari konsep bangunan pintar

(smart building), yang bisa diterapkan

pada elemen-elemen bangunan, seperti

pencahayaan, HVAC, security, fire safety,

akustika, dan elemen-elemen lainnya.

Sistem otomasi pencahayaan merupakan

suatu sistem yang mampu menyalakan,

mematikan ataupun meredupkan lampu

secara otomatis. Setidaknya terdapat tiga

metode untuk mematikan/menyalakan

lampu secara otomatis, yaitu scheduling

systems, occupancy sensors, and

daylighting sensors (Craig DiLouie, 2012).

Scheduling systems akan mematikan atau

menghidupkan lampu berdasarkan

penjadwalan, misalnya lampu akan mati

secara otomatis pada waktu-waktu tertentu

seperti pagi hingga siang hari dan menyala

begitu sore hingga malam hari atau lampu

akan mati setiap 15 menit sekali. Hal ini

akan berlangsung secara continues

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 4

mengikuti jadwal yang telah ditetapkan

sebelumnnya. Occupancy sensors biasanya

memanfaatkan sensor gerak atau panas

tubuh manusia yang berbasis infra merah

sebagai saklar otomatis lampu. Lampu

akan menyala secara otomatis ketika

sensor mendeteksi adanya gerakan atau

panas tubuh manusia di dalam ruang

tersebut dan mati ketika tidak ada gerakan

yang terdeteksi. Sedangkan daylighting

sensors bekerja dengan memanfaatkan

sensor cahaya, ketika sensor mendeteksi

intensitas cahaya (cahaya matahari) yang

cukup, maka lampu tidak akan menyala

dan ketika intensitas cahaya yang dideteksi

kecil, lampu akan menyala. Untuk otomasi

peredupan lampu dapat dilakukan dengan

memanfaatkan dimmer lampu. Seperti

penelitian yang dilakukan oleh Rian

Masjanuar (2011), dimana lampu akan

meredup dan atau bertambah terang ketika

sensor cahaya (LDR) mendeteksi cahaya

pada ruangan sehingga menghasilkan

pencahayaan lampu sesuai dengan setting

value atau pencahayaan yang diinginkan.

Sensor Cahaya (LDR)

Sensor cahaya merupakan komponen

elektronika yang digunakan untuk

mengubah besaran cahaya menjadi besaran

listrik. Sensor cahaya sangat luas

penggunaannya, salah satunya adalah

sebagai sistem otomasi lampu. Sensor

cahaya akan berfungsi sebagai saklar yang

dapat mematikan atau menyalakan lampu

secara otomatis, yaitu dengan cara

mengukur intensitas cahaya yang

diterimanya. Salah satu jenis sensor cahaya

yang umum digunakan sebagai saklar

lampu otomatis adalah LDR (Light

Dependent Resistor). LDR merupakan

suatu jenis tahanan yang sangat peka

terhadap cahaya, dimana nilai tahanannya

akan berubah apabila terkena sinar atau

cahaya. Semakin kecil intensitas cahaya

yang diterima LDR, maka tahanan yang

dihasilkan semakin besar, begitu pula

tegangannya. Dan sebaliknya.

Penampakan fisik LDR ditunjukan pada

Gambar 1 sedangkan Gambar 2

menunjukkan grafik hubungan antara

resistansi dan iluminasi.

Gambar 1. Light Dependent Resistor

(SUNROM Technologies, LDR Datasheet)

Gambar 2. Grafik hubungan resistansi dan

iluminansi

(SUNROM Technologies, LDR Datasheet)

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 5

Perancangan Sistem

Penerapan sistem otomasi pada elemen

pencahayaan merupakan salah satu ciri

dari konsep bangunan cerdas (smart

building). Sistem ini mampu menyalakan

ataupun mematikan lampu ruangan secara

otomatis tanpa campur tangan manusia.

Salah satu contoh ruangan yang

memerlukan penerapan sistem otomasi

adalah toilet. Sering kali lampu toilet

dibiarkan menyala, bahkan ketika toilet

tersebut tidak digunakan. Salah satu sistem

otomasi lampu yang dapat diterapkan

didalam toilet adalah dengan

memanfaatkan laser dan sensor cahaya.

Laser dan sensor cahaya tersebut akan

berfungsi sebagai saklar otomatis yang

akan menyalakan dan mematikan lampu.

Secara garis besar, cara kerja dari sistem

otomatis ini ditunjukkan pada blok

diagram gambar 3.

Laser bertindak sebagai transmitter yang

memancarkan sinar dengan intensitas

tinggi pada satu titik. Sedangkan sensor

cahaya berfungsi sebagai receiver yang

menerima pancaran sinar laser. Sensor

cahaya yang digunakan dalam sistem

otomasi ini adalah LDR (Light Dependent

Resistor). LDR merupakan sebuah resistor

yang nilai tahanannya tergantung pada

intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya

yang diterimanya tinggi, maka

hambatannya akan semakin kecil, dan

sebaliknya. Semakin kecil nilai hambatan

yang dihasilkan, maka tegangan keluaran

sensor juga semakin kecil. Hal ini sesuai

dengan Hukum Ohm, yang menyatakan

bahwa nilai hambatan pada suatu

penghantar (R) sebanding dengan nilai

tegangannya (V), dimana

𝑉 = 𝐼𝑅 … (1)

Laser Sensor

Cahaya

Tanda “Vacant”

atau “Occupied”

Kontroler Lampu

Toilet Relay

Sistem Reset

Gambar 3. Blok Diagram Sistem

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 6

Karena LDR sangat peka terhadap cahaya,

maka LDR ditempatkan pada selongsong

pipa. Hal ini bertujuan agar permukaan

LDR tidak terkena cahaya dari luar (selain

sinar laser) yang dapat mengganggu nilai

tegangan yang dihasilkan sensor. Selain

itu, selongsong pipa juga berfungsi sebagai

pelindung komponen dari percikan air.

Dalam operasionalnya, laser dan LDR

diletakkan di dalam toilet, tepat di depan

pintu (gambar 4). Kedua komponen

tersebut berada pada garis lurus, sehingga

sinar laser tepat mengenai permukaan

LDR.

Gambar 4. Posisi Laser dan LDR

Setting awal dari sistem otomasi ini adalah

pintu toilet berada pada keadaan tertutup,

dimana sinar laser tepat mengenai

permukaan LDR. Tegangan yang

dihasilkan adalah 0 volt. Hal ini

merupakan kondisi tegangan low atau

berlogika 0. Ketika pintu toilet dibuka,

maka pintu akan menghalangi sampainya

sinar laser ke permukaan LDR (gambar 5)

dan menyebabkan tegangan berubah

menjadi 5 volt atau beralih ke kondisi high

(logika 1). Perubahan kondisi tegangan

tersebut akan diolah di dalam controller.

Gambar 5. Kondisi Sinar Laser Ketika

Pintu dibuka (terhalang)

Controller berfungsi sebagai otak sistem

yang akan melakukan pengolahan data

untuk mengatur penyalaan lampu toilet,

aktivasi tanda “occupied”, dan sistem

reset. Controller yang digunakan dalam

sistem otomasi lampu toilet ini adalah

microcontroller ATMega16.

Microcontroller tipe ini mendukung

aplikasi counter dalam melakukan

pengolahan data. Skema rangkaian

elektronika dari sistem otomasi lampu

toilet dengan menggunakan

microcontroller ATMega16 ditunjukkan

pada gambar 6. Selain ATMega16, dapat

pula digunakan microcontroller tipe lain,

seperti ATMega 8535 ataupun

microcontroller lain yang mendukung

pada aplikasi counter.

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 7

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 8

Gambar 7. Algoritma sistem kerja

controller

Di dalam controller, perubahan tegangan

dari logika 0 ke logika 1 atau sebaliknya

akan diolah. Pengolahan tersebut

dilakukan dengan menggunakan aplikasi

counter, yaitu dengan menghitung jumlah

perubahan tegangan yang masuk kedalam

controller. Perubahan tegangan dari logika

0 ke logika 1 akan dihitung sebagai 1

sinyal, begitu pula perubahan tegangan

dari logika 1 ke logika 0. Sejumlah sinyal

yang terhitung oleh counter akan

digunakan untuk mengaktifkan relay,

tanda “occupied”, dan sistem reset. Sistem

kerja counter di dalam controller

didasarkan pada algoritma yang

ditunjukkan pada gambar 7.

Ketika pintu dibuka untuk pertama kali

(dari kondisi awal yang tertutup) dan

manusia memasuki toilet, maka sinar laser

menjadi terhalang oleh pintu. Hal ini

menyebabkan terjadinya perubahan

tegangan dari logika 0 ke logika 1.

Perubahan ini dihitung counter sebagai

sinyal pertama. Pada saat inilah, controller

akan mengaktifkan relay untuk

menyalakan lampu toilet. Ketika pintu

ditutup kembali (manusia berada di dalam

toilet), maka akan terjadi perubahan

kondisi tegangan lagi (dari logika 1 ke

logika 0). Hal ini dihitung oleh counter

sebagai sinyal kedua. Sinyal ini tidak

berpengaruh pada kondisi nyala lampu.

Tetapi akan berpengaruh pada tanda

Start

Perubahan

Tegangan 1?

Lampu Nyala

Tanda

“occupied” aktif

Lampu Mati

Tanda “occupied”

tidak aktif

Tanda

“vacant” aktif

Reset

inisialisasi

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Perubahan

Tegangan 4?

Perubahan

Tegangan 3?

Perubahan

Tegangan 2?

Ya

Ya

Ya

Ya

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 9

“occupied” yang ditempel pada pintu

bagian luar. Ketika counter telah

menghitung sebanyak dua sinyal, maka

Controller akan memerintahkan tanda

“occupied” untuk aktif. Tanda ini

berfungsi untuk memberitahukan bahwa

toilet sedang digunakan.

Lampu toilet akan mati, ketika counter

telah menghitung sinyal sebanyak tiga

buah (terjadi perubahan tegangan lagi dari

logika 0 ke logika 1). Sinyal ini terhitung

ketika pintu kembali dibuka atau manusia

hendak keluar dari toilet. Agar sistem

dapat bekerja secara continues, maka pintu

toilet harus ditutup kembali. Ketika pintu

ditutup, maka akan terjadi perubahan

tegangan lagi dari logika 1 ke logika 0.

Perubahan ini dihitung oleh counter

sebagai sinyal keempat. Sinyal ini

merupakan sinyal terakhir yang dihitung

counter dalam sistem otomasi ini. Ketika

empat buah sinyal telah dihitung oleh

counter, maka controller akan kembali

menonaktifkan tanda ”occupied”, dimana

tanda tersebut akan berganti menjadi

“vacant”. Hal ini berarti toilet telah

kosong atau tidak ada manusia yang

sedang menggunakan toilet. Selain itu,

Controller juga akan mengaktifkan sistem

reset. Sistem ini akan menghapus semua

jumlah sinyal yang telah dihitung

sebelumnya oleh counter. Hal ini membuat

sistem otomasi kembali ke posisi awal dan

siap digunakan lagi.

Kesimpulan

Sistem otomasi lampu toilet yang

dirancang memanfaatkan laser dan sensor

cahaya (LDR) sebagai saklar otomatis.

Lampu toilet akan menyala dan mati

secara otomatis berdasarkan pada sejumlah

sinyal yang dihitung oleh counter di dalam

controller. Sinyal tersebut berasal dari

perubahan tegangan yang dihasilkan

sensor, yaitu dari kondisi high (logika 1)

ke kondisi low (logika 0) atau sebaliknya.

Kondisi high terjadi ketika pintu toilet

terbuka dan menghalangi sampainya sinar

laser ke permukaan LDR, dan sebaliknya

untuk kondisi low.

Berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan, sistem ini dapat dijadikan

sebagai saklar otomatis untuk menyalakan

dan mematikan lampu toilet ataupun

ruangan lain, khususnya untuk ruangan

tertutup yang tidak memiliki celah

masuknya sinar matahari sebagai sumber

cahaya.

Referensi

Arif Setiawan, dkk (2011). Rancang

Bangun Sistem Otomasi Rumah Berbasis

Microkontroller. Jurusan Teknik Elektro.

PENS-ITS.

Craig DiLouie (2012). Lighting

Controls: Current Use, Major Trends and

Tugas Akhir Otomasi Bangunan Page 10

Future Direction. Lighting Controls

Association

Departemen kesehatan RI. (1992).

Panduan Pencahayaan Rumah Sakit.

Lechner, Norbert. (2007). Heating,

Cooling, Lighting. (2nd. Ed.). PT

Rajagrafindo. Jakarta.

Merlindriati. (2005). Pencahayaan.

Universitas Guna Dharma. Jakarta

Nugroho Agung Pambudi (2006).

Sistem Otomasi. Universitas Pembangunan

Nasional “Veteran” Yogyakarta.

Rian Masjanuar, dkk (2011). Dimmer

Lampu pada Penerangan Ruangan

Menggunakan LED yang Dilengkapi

dengan Otomatisasi dan Emergency.

Jurusan Teknik Elektro. PENS-ITS

Satwiko, Prasasto. (2004). Fisika

Bangunan 2 (1st ed.). Penerbit ANDI.

Yogyakarta.

Tarnoto, Lusiana. (2010). Rancang

Bangun Penghitung Kendaraan Secara

Otomatis Berbasis Client Server. Jurusan

Sistem Komputer. Universitas Guna

Dharma

Tri Wibowo. (2010). Sensor

Kehadiran Orang sebagai Saklar Otomatis

Suatu Ruangan. Jurusan Teknik Elektro.

Universitas Diponegoro.