1

PERANCANGAN SISTEM KONTROL INTENSITAS LAMPURUANG KULIAH DAN KONTROL SUHU UNTUK EFISIENSI

DAYA MENGGUNAKAN ARDUINO UNO

Moch Agus Ferdiabsyah, Herry Setyawan*, Sofia Ariyani**Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jember

Jl. Karimata No. 49 Telepon 336728 Kotak Pos 104 JemberWebsite : http://ft.unmuhjember.ac.id Fax.337957 Email :ft@unmuhjember.ac.id

Email : agusferdiansyah2395@gmail.com

ABSTRACTElectrical energy is one of the human needs that is very important for daily activities.The use of electrical energy must prioritize needs so that their use is not excessive.Based on these problems a thought was formed to design and create an Arduino basedautomatic control. Arduino Uno is used with several sensors to control the intensity ofthe lights and AC, and to turn on or turn off the equipment on a predeterminedschedule, so that the equipment can work effectively and can reduce waste on electricalenergy.In testing this tool, it was 100% successful for theuse of the amount of energy inthe lamp that is 180.656 joules,6.024 lumens with a total voltage of98,4 volts, current of2,72 amperes, and power of 33,4 watts with 1,5 hours of usage. So the efficiency of lampintensity is 73,6%. For the use of the amount of energy at a temperature that is equal to51.516 joules with a total voltage of 41,7 volts, a current of 1 amperes, and a power of9,54 watts with usage for 1,5 hours. So the efficiency at temperature that is equal to89,2%

Keywords: Electricity energy, Arduino Uno, Light intensity

I. PENDAHULUAN Latar Belakang

Energi listrik merupakan salah satukebutuhan manusia yang sangat pentingguna aktifitas sehari-hari.Penggunaanenergi listrik harus mengutamakankeperluan sehingga penggunaannya tidakberlebihan,misalnya lupa mematikanlampu dan kipas ketika tidak diperlukan.Dampak kerugian yang akan terjadi darisisi pengguna akibat kecerobohan tersebutadalah biaya yang akan terus bertambahseiring dengan banyaknya energi yangterpakai. Oleh sebab itu diperlukan sebuahsistem yang mampu mengendalikanlampu-lampu dan kipas

tersebut agar dapat digunakan sesuaidengan kebutuhan.

Ruang kelas adalah suatu bentukfasilitas yang berada di sebuah gedungperguruan tinggi.Misalnya ruangan kuliahpada suatu perguruan tinggi harusmempunyai fasilitas yang memadai sepertilampu,kipas,kursi dan lain-lain.Denganadanya fasilitas tersebut mahasiswa akanlebih nyaman dalam mengikutiperkuliahan.

Berdasarkan dari permasalahantersebut terbentuk suatu pemikiran untukmerancang dan membuat sebuah kontrol

2

otomatis berbasis Arduino.DigunakanArduino Uno dengan beberapa sensoruntuk mengendalikan intensitas nyalalampu dan kipas tersebut, serta untukmenghidupkan atau mematikan peralatantersebut secara terjadwal yang telahditentukan, sehingga peralatan tersebutbisa bekerja secara efektif dan bisamengurangi pemborosan pada energilistrik.

Arduino Uno adalah board berisimikrokontroller pada Atmega328 Boardini memiliki 14 digital input/output pin(dimana 6 pin dapat digunakan sebagaioutput PWM), 6 inputanalog, 16 MHzosilator kristal, koneksi USB, jack listriktombol reset. Pin-pin ini berisi semuayang diperlukan untuk mendukungmikrokontroler, hanya terhubung kekomputer dengan kabel USB atau sumbertegangan bisa didapat dari daptor AC-DCatau baterai untuk menggunakannya.

Rumusan Masalah1. Bagaimana mengendalikanintensitas

pencahayaan lampu melalui sensorphotodioda sebagai counter.

2. Bagaimana membuat pembebanankipas sesuai suhu pada ruangan melaluisensor DHT11.

3. Bagaimana menentukan intensitascahaya lampu yang akan menyalasesuai dengan jumlah dan posisi tempatduduk mahasiswa.

Batasan Masalah1. Mengendalikan lampu lampu secara

otomatis2. Menghitung jumlah mahasiswa yang

hadir sehingga menentukan berapajumlah beban lampu yang akanmenyala

3. Mengendalikan kipas secara otomatissesuai suhu pada ruangan

4. Menentukan efisiensi daya penggunaanpada alat

5. Alat dikontrol menggukan ArduinoUno

TujuanMerancang dan membuat sistem

kontrol untuk menyalakan lampu lampuruang kuliah dan kipas secara otomatisdan terjadwal menggunakan Arduino danbeberapa sensor lainnya.

Manfaat1. Memudahkan untuk menyalakan lampu

lampu dan kipas,karena sudah secaraotomatis.

2. Mengurangi pemborosan penggunaanenergi listrik,karena peralatanelektronik tersebut bekerja secaraefektif.

II. TINJAUAN PUSTAKA Arduino UNO

Gambar 2.1 Arduino UNO

Arduino UNO R3 adalah sebuahboard mikrokontroler yang didasarkanpada ATmega328P. Arduino UNOmempunyai 14 pin digital input/output (6di antaranya dapat digunakan sebagaioutput PWM), 6 input analog, sebuahosilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksiUSB, sebuah power jack, sebuah ICSP

3

header, dan sebuat tombol reset. ArduinoUNO memuat semua yang dibutuhkanuntuk menunjang mikrokontroler, mudahmenghubungkannya ke sebuah komputerdengan sebuah kabel USB ataumensuplainya dengan sebuah adaptor ACke DC atau menggunakan baterai untukmenggunakannya (Alduino, Inc.,2009).

Gambar 2.1 Bagian ArduinoUNO

LCD (Liquid Crystal Display)Display elektronik adalah salah

satu komponen elektronika yang berfungsisebagai tampilan suatu data, baik karakter,huruf ataupun grafik. LCD (Liquid CristalDisplay) adalah salah satu jenis displayelektronik yang dibuat dengan teknologiCMOS logic yang bekerja dengan tidakmenghasilkan cahaya tetapi memantulkancahaya yang ada di sekelilingnya terhadapfront-lit atau mentransmisikan cahaya dariback-lit. LCD (Liquid Cristal Display)berfungsi sebagai penampil data baikdalam bentuk karakter, huruf, angkaataupun grafik. Lapisan LCD adalahcampuran organik antara lapisan kacabening dengan elektroda transparanindium oksida dalam bentuk tampilanseven-segment dan lapisan elektroda padakaca belakang. Ketika elektrodadiaktifkan dengan medan listrik(tegangan), molekul organik yang panjangdan silindris menyesuaikan diri denganelektroda dari segmen. Lapisan sandwich

memiliki polarizer cahaya vertikal depandan polarizer cahaya horisontal belakangyang diikuti dengan lapisan reflektor.Cahaya yang dipantulkan tidak dapatmelewati molekul-molekul yang telahmenyesuaikan diri dan segmen yangdiaktifkan terlihat menjadi gelap danmembentuk karakter data yang inginditampilkan.

Gambar 2.2 LCD 20x4

Tabel 2. 1 Spesifikasi pada LCD 20 X 4

LCD dibagi menjadi dua bagian yaitubagian depan panel LCD yang terdiri daribanyak dot atau titik LCD danmikrokontroler yang menempel padabagian belakang panel LCD yangberfungsi untuk mengatur titik-titik LCD

4

sehingga dapat menampilkan huruf,angka, dan simbol khusus yang dapatterbaca.

RelayRelay adalah saklar elektronik yang

dapat membuka atau menutuprangkaiandengan menggunakan kontrol darirangkaian elektronik lain. Sebuah relaytersusun atas kumparan, pegas, saklar(terhubung pada pegas) dan 2 kontakelektronik (normally close dan normallyopen). Normally close (NC) adalahkeadaan dimana saklar terhubung dengankontak saat relay tidak aktif atau dapatdikatakan saklar dalam kondisi terbukasedangkan Normally open (NO) adalahsaklar terhubung dengan kontak saat relayaktif atau dapat dikatakan saklar dalamkondisi tertutup.

Gambar 2.4 Relay

Tabel 2.2 Spesifikasi Relay

Relay dibutuhkan dalam rangkaianelektronika sebagai eksekutor sekaligusinterface antara beban dan sistem kendalielektronik yang berbeda sistem powersupplynya. Secara fisik antara saklar ataukontaktor dengan elektromagnet relayterpisah sehingga antara beban dan sistemkontrol terpisah. Bagian utama relayelektro mekanik adalah sebagai berikut.

1. Kumparan Elektromagnet2. Saklar atau kontaktor3. Swing Armatur4. Spring (Pegas)

Sensor PhotodiodaSensor photodioda merupakan dioda

yang peka terhadap cahaya, sensorphotodioda akan mengalami perubahanresistansi pada saat menerima intensitascahaya dan akan mengalirkan arus listriksecara forward sebagaimana dioda padaumumnya. Sensor photodioda adalahsalah satu jenis sensor peka cahaya(photodetector). Jenis sensor peka cahayalain yang sering digunakan adalahphototransistor.

Photodioda akan mengalirkan arusyang membentuk fungsi linear terhadapintensitas cahaya yang diterima. Arus iniumumnya teratur terhadap power density(Dp). Perbandingan antara arus keluarandengan power density disebut sebagaicurrent responsitivity. Arus yangdimaksud adalah arus bocor ketikaphotodioda tersebut disinari dan dalamkeadaan dipanjar mundur.

Gambar 2.5 Photodioda

Tabel 2.3 Spesifikasi Photodioda

5

a. Karakteristik Photodioda1. Photodioda mempunyai respon 100

kali lebih cepat daripadaphototransistor

2. Dikemas dengan plastik transparanyang juga berfungsi sebagai lensa.Lensa tersebut lebih dikenal sebagai‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’

3. Penerima infra merah jugadipengaruhi oleh ‘active area’ dan‘respond time’ aplikasi

4. Dioda sebagai kondisi open circuitjika dianalogikan seperi sakelar

5. Photodioda sebagai close circuit jikadianalogikan seperti sakelar

b. Prinsip Kerja PhotodiodaPhotodioda dibuat dari

semikonduktor dengan bahan yangpopuler adalah silicon ( Si) atau galiumarsenida ( GaAs), dan yang lain meliputiInSb, InAs, PbSe. Material ini menyerapcahaya dengan karakteristik panjanggelombang mencakup: 2500 Å – 11000 Åuntuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untukGaAs. Ketika sebuah photon (satu satuanenergi dalam cahaya) dari sumber cahayadiserap, hal tersebut membangkitkan suatuelektron dan menghasilkan sepasangpembawa muatan tunggal, sebuah elektrondan sebuah hole, di mana suatu holeadalah bagian dari kisi-kisi semikonduktoryang kehilangan elektron. Arah Arus yangmelalui sebuah semikonduktor adalahkebalikan dengan gerak muatanpembawa.cara tersebut didalam sebuahphotodioda digunakan untukmengumpulkan photon – menyebabkanpembawa muatan (seperti arus atautegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.Prinsip kerja photodioda :

1. Cahaya yang diserap olehphotodiode.

2. Terjadinya pergeseran photon3. Menghasilkan pasangan electron-

hole dikedua sisi.4. Sehingga arus akan mengalir di

dalam rangkaian.

RTC (Real Time Clock)Komponen Realtime clock adalah

komponen IC penghitung yang dapatdifungsikan sebagai sumber data waktubaik berupa data jam, hari, bulan maupuntahun. Komponen DS1307 berupa IC yangperlu dilengkapi dengan komponenpendukung lainnya seperti crystal sebagaisumber clock dan Battery External 3,6Volt sebagai sumber energy cadanganagar fungsi penghitung tidak berhenti.

Gambar 2.6 Modul RTC

Bentuk komunikasi data dari IC RTCadalah I2C yang merupakan kepanjangandari Inter Integrated Circuit. Komunikasijenis ini hanya menggunakan 2 jalurkomunikasi yaitu SCL dan SDA. Semuamicrocontroller sudah dilengkapi denganfitur komunikasi 2 jalur ini, termasukdiantaranya Arduino Microcontroller.

Gambar 2.7 Konfigurasi PIN RTC

6

Sensor Suhu DHT11DHT11 adalah chip tunggal

kelembaban relatif dan multi sensorsuhu yang terdiri dari modul yangdikalibrasi keluaran digital. Padapengukuran suhu data yang dihasilkan12bit. Keluaran dati DHT11 adalahdigital sehingga untuk mengaksesnyadiperlukan pemrograman dan tidakdiperlukan pengkondisi sinyal atau AC.Bentuk fisik seperti gambar berikut:

Gambar 2.8 Sensor DHT-11

Tabel 2.4 Spesifikasi DHT11

Intensistas CahayaIntensitas cahaya adalah kuat cahaya

yang dikeluarkan oleh sebuah sumbercahaya ke arah tertentu dan diukurmenggunakan luxmeter dengan satuanCandela (Satwiko, 2004). Pada umumnyacahaya memiliki empat faktor yang dapatmempengaruhi kualitas pencahayaan yaitukontras, silau, refleksi cahaya dan kualitaswarna cahaya. Kemampuan mata manusiahanya dapat melihat cahaya denganpanjang gelombang tertentu yang diukur LM 2596 Regulator

LM 2596 merupakan sebuahrangkaian elektronik yang berfungsi untukmengubah daya listrik searah (DC) kedaya listrik DC lainnya. Spesifikasi yangdimiliki LM2596 antara lain :

Tegangan Input : 3,2 V – 40 V Tegangan Output : 1,25 V – 37 V Arus Output : 3 A Ukuran : 50 x 23 x 14mm

Gambar 2.9 LM 2596

Tabel 2.5 Spesifikasi LM 2596

III. PERANCANGAN SISTEM Proses Kerja Sistem

ARDUINO

ACLAMPU

CATU DAYA PHOTODIODA SENSOR DHT-11RTC SENSOR

ULTRASONIK

Gambar 3.1 Blok Diagram Rangkaian

Dari gambar blok diagram diatasterdapat beberapa tahapan yaitu, catu dayaakan menyalurkan tegangan ke setiapkomponen elektronika sesuai kebutuhankomponen/sensor tersebut.Kemudiansetiap komponen/sensor akan dikontrolmelalui Arduino untuk mengendalikanoutput yaitu lampu dan AC.Pengendalianoutput tersebut sudah diprogram terlebihdahulu menggunakan program Arduino.

7

Perancangan Dan PembuatanPerangkat Kerasa. Desain ruangan tampak atas

50cm

35cm

DOSEN

PAPA

N T

ULI

S

Pintu keluarPintu Masuk

Gambar 3.2 Desain Ruangan TampakAtas

b. Desain ruangan tampak bawah50cm

35cm

Pintu masuk

LAMPULAMPU LAMPU

LAMPU LAMPU LAMPU

AC

Pintu keluar

Gambar 3.3 Desain Ruangan TampakBawah

c. Desain keseluruhan

Masuk Keluar

LCD

Gambar 3.4 Desain Keseluruhan

Perancangan Dan PembuatanPerangkat Lunak

Perancangan perangkat lunakdiperlukan untuk mengisi program dimikrokontroller alduino uno, perangkatlunak yang dibutuhkan untuk melakukanpemograman dan pengisian program kemikrokontroler adalah program arduino.Program ini berfungsi untuk editingprogram dan mendownloadkan programdari komputer atau laptop yang sudahdibuat kedalam mikrokontroller arduinouno.

FlowchartFlowchart adalah suatu bagan dengan

simbol-simbol tertentu yangmenggambarkan urutan proses secaramendetail dan hubungan antara suatuproses (instruksi) dengan instruksilainnya.

Gambar 3.5 Diagram Flowchart

8

IV. PEMBAHASAN DAN PENGUJIANPada bab ini akan dibahas pengujian

dan analisa terhadap perangkat keras yangtelah dibuat. Pengujian ini dilakukandengan cara melakukan pengecekan danpengukuran jalur rangkaian serta mengujikomponen penunjangnya secarakeseluruhan. Pengujian ini dilakukanuntuk mengetahui apakah sistem sesuaiatau belum sesuai dengan perancangan.1. Pengujian Catu Daya

Pada alat tugas akhir inimenggunakan Power Supply stepdown,yaitu dengan mensetting regulatortipe LM2596 dengan input tegangan 3Volt – 40 Volt sebanyak 2 buah menjaditegangan 10 Volt & 5 Volt, Penggunaanregulator ini dimaksudkan agar teganganpada setiap modul menjadi stabil.Pengujian ini dilakukan dengan caramengukur tegangan untuk mengetahuiapakah nilai tegangan stabil atau bahkanterjadi tegangan yang lebih. Pengujianpada tugas akhir ini dilakukan denganmenggunakan beban atau tanpa beban.

Tabel 4.1 Pengujian Catu Daya

2. Pengujian Arduino UNOTabel 4.2 Pengujian Arduino UNO R3

Gambar 4.1 Grafik Suhu TerhadapWaktu Nyala

Berdasarkan grafik diatas jika suhu padaruangan 25º dan 27º maka kipas tidakakan menyala, kemudian jika suhumencapai 30º kipas akan menyala denganwaktu pendinginan selama 65 detik. Jikasuhu mencapai 34º maka kipas akanmenyala dengan waktu pendinginan yanglebih lama yaitu 168 detik.

Gambar 4.2 Grafik Sensor TerhadapLumens

Berdasarkan grafik diatas jika pembacaanpada sensor menunjukkan 3, maka lampuakan menyala sebesar 324 lumens. Jika

9

pembacaan pada sensor menjukkan 20,maka lampu akan menyala sebesar 743lumens. Semakin banyak pembacaan padasensor maka akan semakin bertambahlumens yang menyala pada lampu.

a. Pengujian Sensor Suhu DHT11Tabel 4.3 Data Sensor DHT11

Gambar 4.3 Grafik Suhu Dengan SelisihPengukuran

b. Pengujian UltrasonikTabel 4.4 Data Sensor Ultrasonik

Gambar 4.4 Grafik Hasil PengukuranSensor Ultrasonik Dengan Penggaris

c. Proses Pengambilan Data&Perhitungan Efisiensi Daya

i. Pengambilan Data KeseluruhanTabel 4.5 Data Keseluruhan

ii. Efisiensi Penggunaan EnergiTabel 4.6 Penggunaan Energi Pemakaian

Alat

Tabel 4.7 Tabel Penggunaan EnergiPemakaian Maksimal

Total energi pemakaian maksimal selama1,5 jam yaitu 180.656 J. Berdasarkan hasilpengukuran diatas jika jumlah mahasiswa

10

1-24 selama 1,jam maka akan diperolehlumens, tegangan, arus, daya dan energiyang samaEfisiensi penggunaan energi :

= 133.070 x 100%180.656

= 73,6 %

Gambar 4.5 Grafik PenggunaanEnergi Pada Alat

Berdasarkan grafik diatas jika dayasebesar 2,03 watt maka akan diperolehlumens sebesar 432. Jika daya sebesar4,18 watt maka akan diperoleh lumenssebesar 747. Semakin besar daya yangdigunakan maka akan semakin besar juganilai lumens.

Gambar 4.6 Grafik PerbandinganPenggunaan Energi

Tabel 4.8 Penggunaan Energi Pada Suhu

Efisiensi penggunaan energi pada suhu= 9.828 x 100%

11.016= 89,2%

Gambar 4.7 Grafik Penggunaan EnergiPada Suhu

Berdasarkan grafik diatas jika suhu 25ºCmaka akan diperoleh daya sebesar 1,82watt, sedangkan jika suhu mencapai 28ºCmaka diperoleh daya sebesar 2,04 watt.

V. PENUTUP1.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan/pembuatandan pengujian alat serta analisa yangdilakukan di laboratorium teknik elektroUniversitas Muhammadiyah Jember,maka pada tugas akhir ini dapat diambilkesimpulan sebagai berikut:

1. Pembuatan/perancangan Alat Sistemkendali ruangan kuliah secaraotomatis Berbasis Arduino Uno dapatbekerja dan berfungsi dengan baiksesuai dengan perancangan danprogram yang telah dibuat.Tingkatkeberhasilan yaitu 100%.

2. Jumlah mahasiswa mempengaruhiintensitas cahaya pada lampuberdasarkan hasil pembacaan sensorphotodioda sebagaicounter,sedangkan posisi mahasiswaberpengaruh terhadap on/off padalampu berdasarkan jarak yang diukurmelalui sensor ultrasonik. Dari

11

penelitian tersebut diperoleh totalpenggunaan energi sebesar 180.656joule,dengan lumens 6.024, tegangan98,4 volt, arus 2,72 dan total daya33,4 watt dengan penggunaan selama1,5 jam. Efisiensi daya pada intesnitascahaya yaitu sebesar 73,6%

3. Pada suhu ruangan diatur 25ºCsampai 34ºC menggunakan sensorDHT11. Jika suhu ≥ 28ºC maka kipasakan on, Jika suhu ≤ 28ºC maka/kipasakan off. Dari penelitian tersebutdiperoleh jumlah energi sebesar51.516 joule, dengan jumlah tegangan41,7 volt, arus 1 ampere, daya 9,54watt. Untuk efisiensi daya pada suhuyaitu sebesar 89,2%.

1.2 SaranTugas Akhir Perancangan Sistem

Kontrol Intensitas Lampu Ruang KuliahDan Kontrol AC Menggunakan ArduinoUNO merupakan hasil maksimal penulissaat ini.Karya ini dapat dikembangkankedepannya, penyempurnaan denganadanya penambahan-penambahan sistemmenjadi lebih komplek sehingga menjadisatu kesatuan sistem yang lebih utuh.

DAFTAR PUSTAKA1. Assadiah Athirah, Randra Oktareza,

Deni Danuarta, dan M. Zikrilah.Arduino’s Spyder Robot With IRReceiver. Palembang : UniversitasSriwijaya.

2. Ahmad Farid Azizi. AplikasiPhotodioda sebagai sistem deteksiminyak goreng tercampur plastik.Yogyakarta : Universitas Islam NegeriYogyakarta.

3. Bakhtiyar Arasanda. Aplikasi SensorUltrasonik Untuk Deteksi Posisi Jarak

Pada Ruang Menggunakan ArduinoUno. Surabaya : Universitas NegeriSurabaya.

4. Deddy Susilo. Pengendalian LCDGrafik 128*64 Titik BerbasisMikrokontroler. Salatiga : UniversitasKristen Satya Wacana

5. Julian Ilham, Sumardi dan IwanSetiawan. Perancangan SistemPengendali Dan Penjadwal LampuRuangan Berdasarkan DatabaseMelalui Komunikasi Wireless Zigbee.Semarang : Universitas Diponegoro.

6. Kurniawan. Prototype KontrolTemperatur Pada Sebuah InkubatorPenetas Telur Berbasis MikrikontrolerAT89S52. Universitas Sumatra Utara.

7. Muhammad Yan Eka Adiptya dan HariWibawanto. Sistem Pengamatan Suhudan Kelembaban Pada RumahBerbasis Mikrokontroller Atmega8.Semarang : Universitas NegeriSemarang.

8. Zulfikar, Zulhelmi dan Khairul Amri.Desain Sistem Kontrol PenyalaanLampu dan Perangkat ElektronikUntuk Meniru Keberadaan PenghuniRumah. Banda Aceh : UniversitasSyiah Kuala.

9. Zulhipni Reno Saputra. PerancanganSmart Home Berbasis Arduino.