PROPOSAL FINAL PROJECT SISTEM FOTONIKA

JUDUL FINAL PROJECT

RANCANG BANGUN LUXMETER MENGGUNAKAN SENSOR

PHOTOCELL BERBASIS MICROCONTROLLER ARDUINO

Diusulkan Oleh :

David Hetristiari Napitupulu (2410100014) Angkatan 2010

Febrilia Ramadani (2412100032) Angkatan 2012

Rizky Diwyastra (2412100056) Angkatan 2012

Dinu Saadilah (2412100108) Angkatan 2012

Alan Kumsuma Putra (2412100112) Angkatan 2012

Zain Amarta (2412100123) Angkatan 2012

Asisten

Afthon Ilman Huda Isyfi (2411100125) Angkatan 2011

Putria Widya Budiarti (2412100047) Angkatan 2012

PROGRAM STUDI S-1

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2015

LEMBAR PENGESAHAN

PROPOSAL FINAL PROJECT

JURUSAN TEKNIK FISIKA FTI ITS

Judul : Rancang Bangun Luxmeter Menggunakan Sensor

Photocell Berbasis Microcontroller Arduino

Bidang Studi : Rekayasa Fotonika

Kelompok : 15

1. Jangka waktu : 3 Minggu

Asisten : a. Afthon Ilman Huda Isyfi (2411100125)

b. Putria Widya Budiarti (2412100047)

2. Usulanan Proposal ke : Satu

3. Status : Baru

Surabaya, 31 Maret 2015

Asisten Pendamping

Putria Widya Budiarti

NRP. 2412 100 047

Ketua Kelompok,

Rizky Diwyastra

NRP. 2412 100 056

I. Judul

Judul dari Final Project yang akan dibuat ini adalah Rancang Bangun

Luxmeter Menggunakan Sensor Photocell Berbasis Microcontroller Arduino

II. Asisten

1. Afthon Ilman Huda Isyfi (2411100125) Angkatan 2011

2. Putria Widya Budiarti (2412100047) Angkatan 2012

III. Latar Belakang

Cahaya mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari

misalnya cahaya lampu, dimana iluminansi cahaya bergantung pada jarak terhadap

sumber cahaya tersebut. Metode eksperimen merupakan salah satu faktor yang

sangat penting dalam pembelajaran di ASISTM (Australia School Inovation in

Science, Technology & Mathematics). Dalam Percobaan intensitas cahaya yang

menyelidiki hubungan iluminansi cahaya dan jarak dari sumber cahaya dengan

menggunakan luxmeter [1]. Selain itu, Pencahayaan merupakan salah satu faktor

penting dalam desain dan operasionalisasi sarana pendidikan. Ruang kelas adalah

salah satu sarana dengan aktivitas utama baca-tulis, sehingga iluminansi cahaya

minimum yang diharapkan adalah 250 lux. Sedangkan standar di negara kita

tentang iluminansi cahaya untuk kelas yaitu 200 - 300 lux [2].

Besarnya iluminansi cahaya perlu untuk diketahui karena pada dasarnya

manusia memerlukan pencahayaan yang cukup. Iluminansi cahaya adalah suatu

besaran fisika yang sangat mempengaruhi kondisi suatu tempat misalnya

kelembaban, suhu dan lain-lain. Alat untuk mengukur iluminansi cahaya adalah

luxmeter atau light meter. Iluminasi cahaya ini perlu diperhatikan karena pada

dasarnya setiap ruangan dengan fungsi mereka masing-masing membutuhkan

pencahayaan yang sesuai yang sudah ditetapkan dalam SNI pencahayaan agar tidak

mengganggu para pemakainya, sehingga para pemakai ruangan akan merasa

nyaman dengan adanya pencahayaan yang sesuai dengan standart yang sudah ada.

Oleh karena itu, dalam penelitian ini dibuat alat ukur iluminansi cahaya.

Implementasi dari alat ukur ini dapat digunakan untuk kegiatan dalam proses

pengauditan suatu pencahayaan ruangan agar sesuai dengan standart yang sudah

ada. Oleh karena itu, dalam penelitian ini juga dibuat desain alat untuk menentukan

intensitas cahaya

IV. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, maka rumusan masalah dalam proposal ini adalah :

a. kurangnya alat yang digunakan dalam mengaudit pencahayaan dalam suatu

ruangan

b. kurangnya pengetahuan mengenai cara merancang suatu luxmeter menggunakan

sensor photocell

V. Tujuan

Berdasarkan perumusan masalah dalam proposal ini, maka tujuan yang ingin

diambil dalam perancangan ini adalah:

a. untuk menciptakan alat yang digunakan dalam mengaudit pencahayaan dalam

suatu ruangan

b. untuk mengetahui cara merancang suatu luxmeter menggunakan sensor

photocell

VI. Batasan Masalah

Proposal ini dibatasi pada sistem Rancang Bangun Luxmeter Menggunakan

Sensor Photocell Berbasis Microcontroller Arduino.

VII. Teori Penunjang

7.1 Intensitas Cahaya (I) dan Fluks Cahaya ()

Luminous intensity atau intensitas cahaya I didefinisikan sebagai banyaknya

fluks cahaya yang memancar per sudut ruang :

I =

......................................(1)

Total sudut ruang adalah w = 4 (Steradian). Fluks cahaya adalah besarnya

intensitas cahaya yang memancar pada sudut ruang tertentu [3].

7.2 Iluminansi Cahaya

Iluminansi cahaya adalah sinar yang jatuh (datang) pada sebuah permukaan

atau fluks cahaya yang menerangi bidang tiap satu satuan luas, sehingga dapat

ditulis persamaan sebagai berikut :

E =

A......................................(2)

Karena fluks cahaya yang memancarkan dari titik seluruh ruang adalah = 4I dan luas permukaan bola adalah A = 4R2, suatu sumber intensitas cahaya I

menghasilkan iluminansi total adalah

E = I

2......................................(3)

Ini menunjukkan bahwa iluminansi pada jarak R berbanding lurus terhadap

intensitas cahaya sumber dan berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak [4].

7.3 Photocell

Sensor cahaya yang digunakan adalah photocell atau fotovoltaik sel.

Fotovoltaik sel diberi nama demikian sesuai dengan apa yang dilakukannya: yaitu

mengkonversi cahaya ("foto") menjadi listrik ("voltaic"). Sel ini terbuat dari bahan

semikonduktor. Elektron dalam atom semikonduktor tidak bebas untuk bergerak

kecuali mendapatkan sejumlah energi. Elektron ini dapat memperoleh energi dari

cahaya yang mengenai semikonduktor pada photocell.

Gambar 1. Diagram penampang Photocell

Ketika menyinari photocell, cahaya memiliki sekumpulan energi yang disebut

foton, sehingga semakin besar frekuensi cahaya, semakin besar pula energi foton

tersebut. Jika energy foton cukup besar, ini dapat memberikan energi pada elektron

dan membebaskannya dari ikatan kovalen. Dengan demikian terjadi penyeberangan

elektron pada sisi-p di p-n junction ke semikonduktor tipe-n, elektron akan bebas

bergerak dan menghasilkan arus listrik. Jika photocell tersebut dihubungkan ke

rangkaian listrik, elektron akan mengalir dari semikonduktor tipe-n melalui

rangkaian menuju semikonduktor tipe-p, seperti halnya elektron bergerak dari

terminal negatif pada sebuah baterai ke terminal positif. Energi yang diperoleh dari

cahaya sama seperti energi yang diperoleh elektron dari baterai [5]. Photocell yang

digunakan mempunyai keluaran maksimum sebesar 200 mV. Keluaran ini perlu

diperkuat sehingga dapat mencapai masukan maksimum untuk ADC yang

digunakan yaitu 2,56 V. Oleh karena itu dibuatlah op-amp non inverting.

7.4 Mikrokontroller Arduino

Arduino dirilis oleh Massimo Banzi dan David Cuartielles pada tahun 2005.

Arduino merupakan sistem mikrokontroler yang relatif mudah dan cepat dalam

membuat aplikasi elektronika maupun robotika. Arduino terdiri dari perangkat

elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat

komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari

perusahaan Atmel. Arduino memiliki software dan hardware. Gambar 2.

menunjukkan logo Arduino.

Gambar 2. Logo Arduino

Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source,

diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan

elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan

softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.

Saat ini Arduino sangat populer di seluruh dunia. Banyak pemula yang belajar

mengenal robotika dan elektronika lewat Arduino karena mudah dipelajari. Tapi

tidak hanya pemula, para hobbyist atau profesional pun ikut senang

mengembangkan aplikasi elektronik menggunakan Arduino. Bahasa yang dipakai

dalam Arduino bukan assembler yang relatif sulit, tetapi bahasa C yang

disederhanakan dengan bantuan pustaka-pustaka (libraries) Arduino. Arduino juga

menyederhanakan proses bekerja dengan mikrokontroler, sekaligus menawarkan

berbagai macam kelebihan antara lain:

a. Murah - Papan (perangkat keras) Arduino biasanya dijual relatif murah (antara

125ribu hingga 400ribuan rupiah saja) dibandingkan dengan platform

mikrokontroler pro lainnya. Jika ingin lebih murah lagi, tentu bisa dibuat sendiri

dan itu sangat mungkin sekali karena semua sumber daya untuk membuat

sendiri Arduino tersedia lengkap di website Arduino bahkan di website-website

komunitas Arduino lainnya. Tidak hanya cocok untuk Windows, namun juga

cocok bekerja di Linux.

b. Sederhana dan mudah pemrogramannya - Perlu diketahui bahwa lingkungan

pemrograman di Arduino mudah digunakan untuk pemula, dan cukup fleksibel

bagi mereka yang sudah tingkat lanjut. Untuk guru/dosen, Arduino berbasis pada

lingkungan pemrograman Processing, sehingga jika mahasiswa atau murid-

murid terbiasa menggunakan Processing tentu saja akan mudah menggunakan

Arduino.

c. Perangkat lunaknya Open Source - Perangkat lunak Arduino IDE

dipublikasikan sebagai Open Source, tersedia bagi para pemrogram

berpengalaman untuk pengembangan lebih lanjut. Bahasanya bisa

dikembangkan lebih lanjut melalui pustaka-pustaka C++ yang berbasis pada

Bahasa C untuk AVR.

d. Perangkat kerasnya Open Source - Perangkat keras Arduino berbasis

mikrokontroler ATMEGA8, ATMEGA168, ATMEGA328 dan ATMEGA1280

(yang terbaru ATMEGA2560). Dengan demikian siapa saja bisa membuatnya

(dan kemudian bisa menjualnya) perangkat keras Arduino ini, apalagi bootloader

tersedia langsung dari perangkat lunak Arduino IDE-nya. Bisa juga

menggunakan breadoard untuk membuat perangkat Arduino beserta periferal-

periferal lain yang dibutuhkan.

VIII. METODOLOGI

Metodologi penelitian yang dilakukan dalam membuat Rancang Bangun

Luxmeter Menggunakan Sensor Photocell Berbasis Microcontroller Arduino

adalah sebagai berikut :

8.1 Flowchart Pembuatan Alat

Adapun Flowchart pembuatan Rancang Bangun Luxmeter Menggunakan

Sensor Photocell Berbasis Microcontroller Arduino adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Flowchart Pembuatan Rancang Bangun Luxmeter Menggunakan

Sensor Photocell Berbasis Microcontroller Arduino

Mengumpulkan komponen

pembuatan alat

Studi literatur mengeneai Arduino, photocell dan tentang pengukuran Kuat Pencahayaan

pengukuran massa

Evaluasi

Analisa hasil dan kesimpulan

Start

Selesai

Perancangan serta pembuatan

hardware dan sistem perhitungan

Pengujian alat ukur

dengan alat standar

Pengambilan data , dan

pengolahan data Kuat

pencahayaan

Keterangan :

a. Studi literatur mengeneai Arduino, photocell dan tentang pengukuran Kuat

Pencahayaan

Merupakan tahap untuk mendapatkan literatur mengenai Arduino, photocell dan

tentang pengukuran Kuat Pencahayaan guna menunjang proses pembuatan

Luxmeter

b. Mengumpulkan komponen pembuatan alat

Merupakan tahap dimana menentukan seluruh komponen alat ukur mulai dari

sensor, pengondisian sinyal, pemrosesan sinyal dan display yang sesuai

spesifikasi alat yang akan digunakan.

c. Perancangan serta pembuatan hardware dan sistem perhitungan

Pada tahap ini akan dirancang bagaimana hardware untuk menunjang sistem

pengukuran kuat pencahayaan Komponen penunjang seperti, kabel jumper,

solder mulai disiapkan guna pembuatan rancang bangun. Sesuai dengan diagram

blok perancangan alat yang dibuat.

Gambar 4. Diagram Blok Sistem

d. Pengujian Alat Standar

Setelah semua terintegrasi, alat ukur diuji dengan alat ukur yang telah standard,

jika sudah sama pembacaan dengan alat ukur standar, maka lanjut ke tahap

selanjutnya.

e. Pengambilan data dan pengolahan data karakteristik alat ukur berat

Setelah alat ukur selesai dibuat maka langkah selanjutnya adalah pengembilan

data pengukuran terhadap kuat pencahayaan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui

karakteristik sistem.

f. Analisa hasil dan kesimpulan

Analisis dari sistem yang telah di buat berhasil di dapatkan, hasilnya sesuai yang

di harapkan dan menarik keesimpulan dari hasil penelitian yang di dapatkan.

8.2 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan rancang bangun ini

adalah sebagai berikut :

Bahan

a. Arduino

ADC Counting Photocell

Display

Signal

Conditioning

Mikrokontroller

b. Photocell

c. Resistor

d. LCD

e. Kabel

f. Timah

g. PCB

Alat

a. Solder

b. Gunting

c. Gergaji

IX. Jadwal Kegiatan

Adapun jadwal pelaksanaan program PKM Penelitian ini adalah sebagai berikut.

Tabel 1. Jadwal Pelaksanaan Program

No Kegiatan Minggu ke-

I II III IV V VI

1 Briefing praktikum

2 Pengumpulan proposal

3 Evaluasi proposal

4 Pembelian alat

5 Pengerjaan alat

6 Pengambilan data

7 Pembuatan dan evaluasi laporan

X. Daftar Pustaka

[1] http://com/experiments/physics/34-Inverse-square- SV.pdf - 2008-10-23.

[2] Darmasetiawan, C. and Puspakesuma, L. 1991, Teknik Pencahayaan dan Tata

Letak Lampu, Gramedia, Jakarta.

[3] Frederick Bueche, David L. Wallach., 1994, Technical Physics 4th Ed, John

Wiley & Sons, Inc.

[4] Sears, Francis Weston., 1948, Principles of Physics III Optics, Addison-Wesley

Press, Inc.

[5] John C. C. Fan, Solar Cells: Plugging into the Sun, Tech. Rev., 80 (7), 14

(Aug/Sep 1978).