SISTEM PENGATURAN PADA LAMPU PENERANGAN JALAN

DENGAN SISTEM KONTROL ON/OFF SENSOR LDR

1. Proses Kerja Lampu Penerangan Jalan

Adapun cara kerja dari lampu penerang jalan raya otomatis adalah pertama-

tama sensor LDR (Light Dependent Resistor) akan menerima intensitas cahaya

dari lingkungan (jalan raya), dimana sensor LDR bekerja dengan cara mengubah

cahaya menjadi energi listrik. Ketika menerima cahaya dengan intensitas cahaya

yang tinggi maka resistansi LDR akan semakin kecil sehingga arus yang mengalir

semakin besar. Begitu pula sebaliknya, ketika menerima cahaya dengan intensitas

cahaya yang kecil maka resistansi LDR akan semakin besar sehingga arus yang

mengalir semakin kecil. Hasil dari pembacaan sensor LDR akan menjadi input

pada mikrokontroller, selanjutnya berdasarkan input tersebut mikrokontroller akan

memberikan perintah ke driver lampu (switch) untuk mengatur intensitas cahaya

lampu baik menerangkan, meredupkan ataupun mematikan lampu. Selanjutnya

intensitas cahaya hasil dari lampu kembali diterima oleh sensor LDR sebagai

feddback ke mikrokontroller.

Ketika sensor LDR menerima cahaya dengan intensitas kurang dari

intensitas standar (50 lux) maka mikrokontroller akan memberikan perintah ke

driver lampu (switch) agar membuat nyala lampu menjadi lebih terang (intensitas

cahaya semakin besar). Begitu pula ketika sensor LDR menerima cahaya dengan

intensitas lebih dari intensitas standar (50 lux) maka mikrokontroller akan

memberikan perintah ke driver lampu (switch) agar membuat nyala lampu

menjadi lebih redup ataupun mematikan lampu (intensitas cahaya semakin kecil).

Sehingga intensitas cahaya pada jalan terutama pada saat malam hari tetap sesuai

dengan sesuai standar yaitu sebesar 50 lux.

2. Skema Sistem Kontrol Lampu Penerangan Jalan

A. Input

Input yang digunakan dalam sistem kendali lampu penerangan jalan

adalah sensor LDR ( Light Dependent Resistor) yang terbuat dari bahan

semikonduktor Cadmium Selenoide atau Cadmium Sulfide. Kedua bahan ini

mempunyai respon yang lamban terhadap perubahan intensitas cahaya. Dengan

bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang

dilepas atau arus listrik meningkat, sehingga resistansi bahan telah mengalami

penurunan. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas

cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap

resistansi LDR sekitar 10 MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1 KΩ atau

kurang.

Sebuah LDR yang dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan

cahaya tertentu ke dalam kondisi yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai

resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada kondisi gelap

tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan

setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran

praktis dan suatu kenaikan 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

dengan level cahaya 400 lux.

B. Kontrol

Kontrol yang digunakan dalam sistem kendali lampu penerangan jalan

adalah mikrokontroller AtMega8. AVR merupakan seri Mikrokontroller CMOS

8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer).

Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32

register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt

internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dam mode

power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal. AVR

juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan

memori program untuk deprogram ulang dalam system menggunakan hubungan

serial SPI. ATmega8 memiliki kapasitas EEPROM 512 bytes dan kapasitas

FLASH 8K bytes dan memiliki 28 pin yang masing-masing memiliki fungsi

berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lain.

C. Aktuator

Aktuator pada sistem ini adalah rangkaian driver disini yaitu rangkaian

driver dengan menggunakan transistor. Keluaran PWM dari mikrokontroler dari

port OC akan masuk terlebih dahulu pada rangkaian driver ini. Transistor disini

digunakan sebagai switching untuk mengontrol terang redupnya lampu LED.

Untuk dapat mendriver lampu LED yang berjumlah 175 buah ini diperlukan

beberapa penguatan transistor.

Penggunaan switch atau saklar diperlukan sebagai masukan dari sistem

close loop, dimana sistem terdapat set point. Penggunaan limit switch dipakai

untuk menghasilkan suatu hitungan yang dijadikan sebagai set point. Keluaran set

point ini akan masuk dalam PORT External Interrupt 1 pada mikrokontroler.

Adapun rangkaian limit switch seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

D. Plant

Plant yang digunakan pada sistem kendali penerangan lampu jalan

adalah LED (Light Emitting Diode). Sebuah LED adalah

sejenis diode semikonduktor istimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri

dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh atau di-dop dengan

ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction.

Pembawa muatan elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektrode

dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh

ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

Berikut ini struktur dari LED :

E. Output

Output yang digunakan pada sistem ini adalah luminansi cahaya dari

lampu LED (Light Emitting Diode). Lumiansi merupakan tingkat kecerahan dari

suatu benda dengan menggunakan satuan lux. Luminansi suatu sumber cahaya

adalah intensitas cahayanya dibagi dengan luas semu permukaan.

F. Gangguan

Gangguan yang terjadi pada sistem kendali lampu penerangan jalan

adalah gangguan yang terjadi secara eksternal yang berasal dari alam. Gangguan

yang terjadi dapat berupa cuaca ekstrim berserta hujan dan badai yang dapat

merusak output dari sistem kedali lampu penerangan jalan. Selain itu untuk

gangguan internal dapat berupa rusaknya atau umur dari alat kontrol yang berupa

mikrokontroler berbasis ATMega8.

G. Variabel Kontrol

Variabel control merupakan intensitas cahaya yang dikendalikan

sehingga pada saat siang hari lampu akan mati dan pada saat malam hari lampu

akan hidup sesuai dengan intensitas cahaya SNI yaitu 50 lux.

3. Rangkaian Terbuka atau Rangkaian Tertutup

Lampu penerangan jalan merupakan rangkaian tertutup yaitu rangkaian

sistem kontrol yang keluarannya berpengaruh pada aksi pengontrolan. Jadi,

keluarannya diukur atau diumpan balikan untuk dibandingkan dengan masukan.

Hal ini dikarenakan output yang diinginkan dari sistem kontrol ini adalah

membuat lampu menyala berdasarkan intensitas cahaya tertentu, dimana saat

output berupa intensitas cahaya belum mencapai ketentuan maka akan di umpan

balik ke mikrokontrolernya. Jadi, output dari sistem ini memberikan feedback ke

inputan dari sistem kontrol.

4. Block Diagram Sistem Kontrol Lampu Penerangan Jalan

Keterangan :

Input : Nilai sensor LDR

Kontroler : Mikrokontroler ATMega8

Aktuator : Driver lampu (switch)

Plant : LED

Output : Luminasi cahaya

Feedback : Intensitas cahaya LED

Gangguan : eksternal berupa fenomena alam, internal berupa kerusakan alat

Gangguan

Gangguan