Pemanfaatan Sensor Cahaya

8/20/2019 Pemanfaatan Sensor Cahaya

1/10

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 : [email protected]

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 mengatasimasalah 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/tidaknyasinar 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.

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


2/10


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.


3/10


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

mengikuti jadwal yang telah ditetapkan

sebelumnnya. Occupancy sensors biasanya


4/10


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


5/10


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

= …(1)

Laser Sensor

Cahaya

Tanda “Vacant”

atau “Occupied”

Kontroler Lampu

ToiletRelay

Sistem Reset

Gambar 3. Blok Diagram Sistem


6/10


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) danmenyebabkan 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.


7/10



8/10


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 “occupied” yang ditempel pada pintu

Start

Perubahan

Tegangan

Lampu Nyala

Tanda

“occupied” aktif

Lampu Mati

Tanda“occupied”

tidak aktif

Tanda

“vacant” aktif

Reset

inisialisas

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Perubahan

Tegangan

Perubahan

Tegangan

Perubahan

Tegangan

Ya

Ya

Ya

Ya


9/10


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 hendakkeluar 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


10/10


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.

Pemanfaatan Sensor Cahaya

Documents

Transcript of Pemanfaatan Sensor Cahaya