Lux Meterfffffffffffffffffffffffffffffff

LAPORAN TUGAS AKHIR SEMESTER GANJIL MIKROKONTROLER ALAT PENGUKUR INTENSITAS CAHAYA (LUX METER) Dosen Pengampu : Supriyanto, M.Kom

Disusun Oleh : 1. Priyo Cipto Harmono

(1704075)

2. Yusmaya Rafifah

(1704092)

DIII TEKNIK ELEKTROMEDIK STIKES WIDYA HUSADA SEMARANG SEMARANG 2018

Daftar Isi BAB I ...................................................................................................................................................... 2 PENDAHULUAN ............................................................................................................................. 2 1.1. Latar Belakang .................................................................................................................... 2 1.2.

Tujuan ................................................................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................................................... 3 BAB II .................................................................................................................................................... 4 LANDASAN TEORI ........................................................................................................................ 4 2.1. Cahaya ................................................................................................................................. 4 2.2. Arduino Nano ...................................................................................................................... 5 2.3. LDR ...................................................................................................................................... 6 2.4. Potensiometer Rotary ......................................................................................................... 7 2.5. Saklar ................................................................................................................................... 8 2.6. Resistor 220 & 1K Ohm...................................................................................................... 9 2.7. LCD(Liquid Crystal Display) 16x2 ................................................................................. 10 2.8. Baterai ................................................................................................................................ 11 BAB III................................................................................................................................................. 12 PERENCANAAN ............................................................................................................................ 12 3.1. Block Diagram ................................................................................................................... 12 ...................................................................................................................................................... 12 3.2. Wiring Diagram ................................................................................................................ 13 3.3. Flow Chart ......................................................................................................................... 14 3.4. Coding Arduino ................................................................................................................. 15 3.5. Desain Alat ......................................................................................................................... 15 BAB IV ................................................................................................................................................. 15 PENUTUP........................................................................................................................................ 15 4.1. Kesimpulan ........................................................................................................................ 15

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Alat ukur cahaya (lux meter) adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya intensitas cahaya di suatu tempat. Besarnya intensitas cahaya ini perlu untuk diketahui, karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup. Untuk mengetahui besarnya intensitas cahaya, diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya. Semakin jauh jarak antara sumber cahaya ke sensor maka semakin kecil nilai yang ditunjukkan lux meter. Ini membuktikan bahwa semakin jauh jarak sensor terhadap cahaya, maka intensitas cahaya akan semakin berkurang, begitu sebaliknya, jika sensor semakin dekat dengan sumber cahaya, maka intensitas cahaya yang di tunjukkan oleh lux meter semakin tinggi. Didalam dunia kesehatan, khususnya dibidang kedokteran untuk pembedahan pasien di ruang operasi, sangat dibutuhkan penerangan yang cukup, sehingga terciptanya kenyaman dan keberhasilan jalannya pembedahan pasien, lampu operasi yang baik harus memenuhi syarat yang sudah di tentukan berdaskan undang-undang yang dikeluarkan oleh kemenkes nomor; 1204/MENKES/SK/X/2004, Pencahayaan yang cukup untuk kamar operasi 300- 500 Lux dan untuk meja operasi adalah 10.000-20.000 Lux. Lampu operasi yang tidak memenuhi syarat akan mengakibatkan kinerja para dokter menurun disebabkan oleh lampu operasi yang kurang baik. Lampu operasi yang redup atau lampu operasi yang telalu terang adalah salah satu penyebabnya. Dalam mengkalibrasi lampu operasi, biasanya dilakukan dengan cara menentukan jarak pengukuran intesitas cahaya lampu operasi dengan alat ukur jarak secara manual yang dibawa oleh badan kalibrasi alat kesehatan atau instansi kalibrasi terkait. Dan pada saat menentukan lama waktu kalibrasi lampu operasi masih menggunakan Stopwatch secara manual. Data yang di ambil saat kalibrasi lampu operasi rata-rata 6 kali pengambilan data pada jarak 1 meter dan pada 1,5 meter dari lampu operasi. Oleh karenanya perlu dirintis pembuatan alat ukur intensitas cahaya yang berbasis kendali elektronika. Untuk mengetahui berapa besar intensitas cahaya cukup meletakkan rangkaian LDR pada suatau tempat atau objek yang kita inginkan dan dikendalikan dengan menggunakan Arduino Nano, maka secara otomatis alat tersebut akan mengukur dan menampilkan hasilnya pada display. 1.2. Tujuan Merancang alat “Lux Meter Berbasis Arduino Nano”, menggunakan LDR (Light Dependent Resistor).

2

1.3 Batasan Masalah a. Menggunakan sensor cahaya yaitu LDR (Light Dependent Resistor). b. Menggunakan Arduino Nano sebagai pengendali utama c. Hasil pengukuran ditampilkan pada liquid crystal display (LCD). d. Menggunakan supply tegangan batrai 9V direct current (DC).

3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Cahaya Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dengan mata. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sebagian dari energi ini diubah menjadi cahaya tampak (visible light). Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang elektromagnetik [1]. Kecepatan rambat (v) gelombang elektromagnetik di ruang bebas sama dengan 3108 meter per detik. Jika frekuensi (f) dan panjang gelombang l , maka : λ=Vf dengan l adalah panjang gelombang,satuan meter (m), v adalah kecepatan cahaya (m/s), f adalah frekuensi, dengan satuan hertz (Hz) Intensitas dan Kuat Penerangan dari Sumber Cahaya Titik Suatu titik sumber cahaya akan memancarkan fluks cahaya (dU) dengan sudut ruang sebesar (d), seperti terlihat pada Gambar 2.3, maka akan memiliki intensitas penerangan yang dapat dinyatakan dengan formula berikut : I = dφ dω 4 dengan I adalah intensitas penerangan,satuan Candela (Cd), dφ adalah fluks cahaya, dengan satuan lumen (lm), dω adalah sudut ruang dengan satuan steradian (st). Untuk sumber penerangan dalam ruang terang (brightness) adalah : B = dA dI dimana B adalah ruang terang, dengan satuan Cd/cm2, dI adalah intensitas penerangan, dengan satuan Candela (Cd), dA adalah luas permukaan, dengan satuan cm2, Bila suatu daerah dengan luas dA diterangi dengan fluks penerangan d, maka kuat penerangan E (lux) adalah : E = dA dF dimana E adalah kuat penerangan, dengan satuan lux. Kuat penerangan E adalah : E = dΦ dA = dΦ ω dω dA dengan dω = dA r2 , kita peroleh : E = I r2 Persamaan ini menjabarkan tentang hukum fotometri tentang jarak. Menurut persamaan ini, kuat penerangan E dari sebuah sumber titik cahaya akan menurun sebanding dengan kuadrat jarak r untuk intensitas penerangan yang konstan.

4

2.2. Arduino Nano Arduino Nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino. Arduino Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega 328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port. Arduino Nano didesain dan diproduksi oleh Gravitech.

Mikrokontroler

Atmel ATmega168 atau ATmega328

Tegangan Operasi

5V

Input Voltage (disarankan)

7-12V

Input Voltage (limit)

6-20V

Pin Digital I/O

14 (6 pin digunakan sebagai output PWM)

Pins Input Analog

8

Arus DC per pin I/O

40 mA

Flash Memory

16KB (ATmega168) atau 32KB (ATmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader 5

SRAM

1 KB (ATmega168) atau 2 KB (ATmega328)

EEPROM

512 byte (ATmega168) atau 1KB (ATmega328)

Clock Speed

16 MHz

Ukuran

1.85cm x 4.3cm

Arduino Nano dapat diprogram dengan software Arduino (Unduh perangkat lunak Arduino). Pilih “Arduino Diecimila, Duemilanove, atau Nano w/ ATmega168 ” or “Arduino Duemilanove atau Nano w/ ATmega328” melalui menu Tools > Board (sesuaikan dengan jenis mikrokontroler yang anda miliki). ATmega168 dan ATmega328 pada Arduino Nano sudah dipaket preburned dengan bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload kode baru tanpa menggunakan programer hardware eksternal. Hal ini karena komunikasi yang terjadi menggunakan protokol asli STK500. Anda juga dapat melewati (bypass) bootloader dan program mikrokontroler melalui pin header ICSP (In-Circuit Serial Programming) menggunakan Arduino ISP atau yang sejenis.

2.3. LDR Light Dependent Resistor atau yang biasa disebut LDR adalah jenis resistor yang nilainya berubah seiring intensitas cahaya yang diterima oleh komponen tersebut. Biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elektroda pada permukaannya.Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yangkecil pada saat cahaya terang. Pada sisi bagian atas LDR terdapat suatu garis atau jalur melengkung yang menyerupai bentuk kurva. Jalur tersebut terbuat dari bahan cadmium sulphida yang sangat sensitiv terhadap pengaruh dari cahaya. Jalur cadmium sulphida yang terdapat pada LDR. Jalur cadmium 6

sulphida dibuat melengkung menyerupai kurva agar jalur tersebut dapat dibuat panjang dalam ruang (area) yang sempit.Cadmium sulphida (CdS) merupakan bahan semi-konduktor yang memiliki gap energi antara elektron konduksi dan elektron valensi. Ketika cahaya mengenai cadmium sulphida, maka energi proton dari cahaya akan diserap sehingga terjadi perpindahan dari band valensi ke band konduksi. Akibat perpindahan elektron tersebut mengakibatkan hambatan dari cadmium sulphida berkurang dengan hubungan kebalikan dari intensitas cahaya yang mengenai LDR.Lihat gambar dibawah ini.

Laju Recovery Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahayatertentu kedalam suatu ruangan yang gelap sekali, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga dikegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. 2.4. Potensiometer Rotary Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.

7

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah : 1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper 2. Element Resistif 3. Terminal

2.5. Saklar

Saklar adalah pemutus dan penyambung aliran arus listrik. Komponen listrik ini sengaja dirancang untuk memiliki dua keadaan, yaitu keadaan menutup, yaitu keadaan tertutup (terhubung) dan keadaan terbuka (tidak terhubung). Dua keadaan tersebut dapat diganti-ganti sehinga rangkaian dapat diubah dari terbuka menjadi tertutup, atau sebaliknya, sesuai dengan keinginan kita. Rangkaian listrik dapat diubah menjadi rangkaian terbuka atau tertutup dengan membuka atau menutup saklar. Jika saklar ditutup (terbentuk rangkaian tertutup), arus listrik akan mengalir dalam rangkaian. Sebaliknya, jika saklar dibuka (terbentuk rangkaian terbuka),

8

arus listrik berhenti mengalir. Jadi, fungsi saklar adalah sebagai alat pemutus dan penyambung arus listrik pada rangkaian.

2.6. Resistor 220 & 1K Ohm

Fungsi resistor pada rangkaian elektronika adalah sebagai penahan tegangan dan arus. Sesuai dengan namanya resist arti nya adalah tahanan. Kita buat contoh nya menghidupkan LED, jika kita menghubungkan LED secara langsung dengan power supplay maka LED akan rusak karena nilai arus yang terlalu besar. Untuk mengurangi arus pada LED maka digunakan lah resistor sebagai penahan Arus, sehingga LED bisa menyala tapi tida merusak nya karena kelebihan Arus. Nilai Tahanan Resistor adalah Ohm. Makin besar nilai Ohm suatu resistor maka makin besar nilai tahanan nya. Kita buat lagi contoh misalnya untuk LED. Jika kita beri nilai tahanan 220 Ohm pada LED dan dilalui tegangan 5V maka nyala LED akan terang. Namun jika kita beri nilai tahanan lebih tinggi seperti 1K Ohm, maka LED akan lebih redup. Dari gejala Terang redup nya LED ini dapat disimpulkan bahwa nilai Tahanan pada resistor memang berpengaruh kepada besar nya arus yang di lewati. Dalam rangkaian elektronik, resistor biasa nya berfungsi sebagai pengurang Arus contoh yang telah di berikan di atas, pembagi tegangan, pengubah sinyal pada rangkaian low pass filter dan high pass filter, dan juga pewaktu untuk menahan buangan muatan dari kapasitor. Fungsi Resistor pada Rangkaian Pembagi Tegangan 9

hal yang paling dasar dari fungsi resistor adalah sebagai pembagi tegangan. Nilai tegangan keluaran dari rangkaian pembagi ini akan terpecah atau terbagi sesuai dengan nilai resistor yang ada. Coba kita lihat gambar di bawah ini.

pembagi tegangan Dari rumus diatas dapat dilihat dengan jelas bahwa ketika nilai R3 semakin besar maka nilai Vout semakin besar. Begitu juga pada nilai nilai resistor pada R2 dan R3. Jadi di simpulkan bahwa Perubahan nilai Vout pada rangkaian di atas dipengaruhi oleh nilai resistor. 2.7. LCD(Liquid Crystal Display) 16x2

Liquid Crystal Display (LCD) merupakan Sebuah teknologi layar digital yang menghasilkan citra pada sebuah permukaan yang rata (flat) dengan memberi sinar pada kristal cair dan filter berwarna, yang mempunyai struktur molekul polar, diapit antara dua elektroda yang transparan. Bila medan listrik diberikan, molekul menyesuaikan posisinya pada medan, membentuk susunan kristalin yang mempolarisasi cahaya yang melaluinya. Teknologi yang ditemukan semenjak tahun 1888 ini, merupakan pengolahan kristal cair merupakan cairan kimia, dimana molekul-molekulnya dapat diatur sedemikian rupa bila diberi 10

medan elektrik–seperti molekul-molekul metal bila diberi medan magnet. Bila diatur dengan benar, sinar dapat melewati kristal cair tersebut. Tampilan Kristal Cair (bahasa Inggris: Liquid Crystal Display) juga dikenal sebagai LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang misalnya dalam alat-alat elektronik seperti televisi, kalkulator ataupun layar komputer. Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.

2.8. Baterai Baterai listrik adalah alat yang terdiri dari 2 atau lebih sel elektrokimia yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Tiap sel memiliki kutub positif (katoda) dan kutub negatif (anoda). Kutub yang bertanda positif menandakan bahwa memiliki energi potensial yang lebih tinggi daripada kutub bertanda negatif. Kutub bertanda negatif adalah sumber elektron yang ketika disambungkan dengan rangkaian eksternal akan mengalir dan memberikan energi ke peralatan eksternal. Ketika baterai dihubungkan dengan rangkaian eksternal, elektrolit dapat berpindah sebagai ion didalamnya, sehingga terjadi reaksi kimia pada kedua kutubnya. Perpindahan ion dalam baterai akan mengalirkan arus listrik keluar dari baterai sehingga menghasilkan kerja. Meski sebutan baterai secara teknis adalah alat dengan beberapa sel, sel tunggal juga umumnya disebut baterai.

11

BAB III PERENCANAAN 3.1. Block Diagram

Cahaya

LDR Sensor

Arduino

LCD

Baterai

Keterangan : 1. Baterai Berfungsi untuk memberikan tegangan catu yang digunakan untuk menjalankan Sensor. Dimana tegangan catu daya yang dibutuhkan sebesar 9V DC Baterai. 2. Cahaya Sebagai sumber cahaya yang akan diukur. 3. Light Dependent Resistor Untuk mendeteksi berapa intensitas cahya/ ada dan tidaknya cahaya. 4. Arduino Mengolah data analog yang diterima dan diubah menjadi data digital. 5. LCD LCD ini dapat berfungsi untuk menampilkan angka-angka yang diterima dari rangkain Arduino. 12

3.2. Wiring Diagram

13

3.3. Flow Chart

Mulai

Inisialisasi LCD, Sensor, Mikrokontroler

Input Cahaya (Sensor)

Ya Ada Cahaya

Sensor Mikrokontroller (aktif)

Tampilkan Intensitas (LCD)

Selesai

14

3.4. Coding Arduino

3.5. Desain Alat

BAB IV PENUTUP 4.1. Kesimpulan

15

Kesimpulan yang dapat diperoleh mengenai alat ukur lux meter adalah Alat tersebut dapat berjalan dengan baik untuk mengukur intensitas cahaya di sebuah ruangan.

16