BAB II LANDASAN TEORI. magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Cahaya dan Intensitas Cahaya Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang listrik akan mendorong gelombang magnet. Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm.[1] Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang

gelombang

kasat

Cahaya

adalah

paket

mata

maupun

partikel

yang

yang

tidak. disebut

[2][3] foton.

Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel".Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna.Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset. Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fasa cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris

5 Universitas Sumatera Utara

(en:geometrical

optics)

dan

optika

fisis

(en:physical

optics).

2.1.1 Cahaya sebagai Partikel Pada pertengahan abad ke 17 M hingga abad pertengahan abad ke 17 M, sejarah fisika sangat dipengaruhi oleh pemikiran-pemikiran dan karya dari Sir Isac Newton.Pada tahun 1671, Newton menerbitkan karya ilmiah pertama tentang cahaya dan warna.Karya ilmiah ini diterima baik oleh semua kalangan ilmuwan pada masa itu kecuali Hooke dan Huygens.Teori cahaya sebagai partikel dapat menjelaskan bahwa perambatan cahaya berupa garis lurus yang tidak dapat dilihat dari belakang sebuah penghalang.Pada abad 17 M, Newton menemukan komposisi cahaya putih yang diintegrasikan dengan fenomena warna.Upaya ini merupakan titik awal kajian khusus tentang cahaya yang menjadi dasar bagi fisika modern.Newton tertarik melakukan pengujian dengan menggunakan prisma dan kaca.Ketika kacadiarahkan pada prisma, cahaya putih dapat memunculkan warna. Newton juga banyak melakukan penelitian di alam dengan menggunakan media seperti minyak, air dan gelembung sabun. Berdasarkan hasil penelitiannya, Newton menyimpulkan bahwa pada umumnya, cahaya terdiri atas sekumpulan partikel yang disebut Corpuscles.

2.1.2 Cahaya sebagai Gelombang Menurut Huygens, titik-titk pada muka gelombang yang merambat dapat dianggap

sebagai

gelombang

baru.

Pada

gelombang

lingkaran,

muka

gelombangnya berupa lingkaran, sedangkan pada gelombang datar, muka gelombangnya berupa garis lurus. Teori gelombang dapat meyakinkan bahwa


cahaya di dalam air lebih lambat merambat daripada di udara. Dengan demikian, meurut Huygens teori cahaya sebagai partikel yang diungkapkan oleh Newton menjadi gugur. Walaupun demikian, teori gelombang yang dinyatakan oleh Huygens tidak dapat menjelaskan tentang perambatan cahaya berupa garis lurus. Kelemahan ini yang menyebabkan Newton tidak setuju dengan teori gelombang. Teori Huygens mampu menemukan rumus-rumus pembiasan dan pemantulan cahaya dengan sangat memuaskan. Intensitas cahaya adalah besaran pokok fisika untuk mengukur daya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya pada arah tertentu per satuan sudut. Satuan SI dari

intensitas

cahaya

adalah Candela (Cd).

Dalam

bidang optika dan fotometri (fotografi), kemampuan mata manusia hanya sensitif dan dapat melihat cahaya dengan panjang gelombang tertentu (spektrum cahaya nampak) yang diukur dalam besaran pokok ini.Intensitas penerangan adalah banyaknya cahaya yang tiba pada satu luas permukaan Penerangan berdasar sumbernya dibagi menjadi tiga, pertama penerangan alami yaitu penerangan yang berasal dari cahaya matahari, kedua penerangan buatan yaitu penerangan yang berasal dari lampu, dan yang ketiga adalah penerangan alami dan buatan yaitu penggabungan

antara

penerangan

alami

dari

sinar

matahari

dengan

lampu/penerangan buatan (Cok Gd Rai, 2006).Robert Grosseteste (Inggris) scholarum.Magister dari Universitas Oxford dan pendukung pandangan bahwa teori harus dibandingkan dengan observasi, Grosseteste menganggap bahwa sifat cahaya memiliki arti khusus dalam filsafat alam dan menekankan pentingnya matematika dan geometri di mereka belajar.Dia percaya bahwa warna terkait dengan intensitas dan bahwa mereka memperpanjang dari putih menjadi hitam,


putih yang paling murni dan berbaring di luar merah dengan hitam tergeletak di bawah biru.pelangi itu menduga sebagai akibat refleksi dan refraksi cahaya matahari oleh lapisan dalam 'awan berair' tapi pengaruh tetesan individu tidak dianggap. Dia memegang melihat, bersama dengan orang-orang Yunani sebelumnya, bahwa visi melibatkan emanasi dari mata ke objek yang dirasakan.Besarnya intensitas cahaya ini perlu untuk diketahui karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup.Untuk mengetahui besarnya intensitas cahaya ini maka diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya yang datang. Menurut Ching (1996), ada tiga metode penerangan, yaitu : penerangan umum, penerangan lokal dan penerangan cahaya aksen. Penerangan umum atau baur menerangi ruangan secara merata dan umumnya terasa baur. Penerangan lokal atau penerangan untuk kegunaan khusus, menerangi sebagian ruang dengan sumber cahaya biasanya dipasang dekat dengan permukaan yang diterangi. Sedangkan penerangan aksen adalah bentuk dari pencahayaan lokal yang berfungsi menyinari suatu tempat atau aktivitas tertentu atau obyek seni atau koleksi berharga lainnya. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi penglihatan menurut Dyer dan Morris (1990), adalah pertama faktor usia. Dengan bertambahnya usia menyebabkan lensa mata berangsur-angsur kehilangan elastisitasnya, dan agak kesulitan melihat pada jarak dekat. Hal ini akan menyebabkan ketidaknyamanan penglihatan ketika mengerjakan sesuatu pada jarak dekat, demikian pula penglihatan jauh. Kedua faktor penerangan. Luminansi adalah banyaknya cahaya yang dipantulkan oleh permukaan objek. Jumlah sumber cahaya yang tersedia juga mempengaruhi


kepekaan mata terhadap warna tertentu. Tingkat luminansi juga akan mempengaruhi kemampuan mata melihat objek gambar dan pada usia tua diperlukan intensitas penerangan lebih besar untuk melihat objek gambar. Semakin besar luminansi dari sebuah objek, rincian objek yang dapat dilihat oleh mata juga akan semakin bertambah. Ketiga adalah faktor silau (glare). Menurut Grandjean (1988), silau adalah suatu proses adaptasi yang berlebihan pada mata sebagai akibat dari retina terkena sinar yang berlebihan. Keempat adalah faktor ukuran pupil. Agar jumlah sinar yang diterima oleh retina sesuai, maka otot iris akan mengatur ukuran pupil. Lubang pupil juga dipengaruhi oleh memfokusnya lensa mata, mengecil ketika lensa mata memfokus pada objek yang dekat. Kelima adalah factor sudut dan ketajaman penglihatan. Sudut penglihatan (visual angle) didefinisikan sebagai sudut yang berhadapan dengan objek pada mata. Dalam ruang lingkup pekerjaan, faktor yang menentukan adalah ukuran objek, derajat kontras di antara objek dan sekelilingnya, luminansi dari lapangan penglihatan, yang tergantung dari penerangan dan pemantulan pada arah si pengamat, serta lamanya melihat (Suma’mur, 2009).Intensitas cahaya (I) dengan satuancandela (cd) adalah arus cahaya dalam lumen yang diemisikan setiap sudut ruang (pada arah tertentu) oleh sebuah sumber cahaya. Kata candela berasal dari candle (lilin)merupakan satuan tertua pada teknik penerangan dan diukur berdasarkan intensitas cahaya standar.

2.2 Sistem Pencahayaan


Menurut Prabu (2009), menyebutkan bahwa ada 5 sistem pencahayaan di ruangan, yaitu : 1) Sistem Pencahayaan Langsung (direct lighting) Pada sistem ini 90%-100% cahaya diarahkan secara langsung ke benda yang perlu diterangi. Sistem ini dinilai paling efektif dalam mengatur pencahayaan, tetapi ada kelemahannya karena dapat menimbulkan bahaya serta kesilauan yang mengganggu, baik karena penyinaran langsung maupun karena pantulan cahaya. Untuk efek yang optimal, disarankan langi-langit, dinding serta benda yang ada di dalam ruangan perlu diberi warna cerah agar tampak menyegarkan. 2) Pencahayaan Semi Langsung (semi direct lighting) Pada sistem ini 60%-90% cahaya diarahkan langsung pada benda yang perlu diterangi, sedangkan sisanya dipantulkan ke langit-langit dan dinding. Dengan sistem ini kelemahan system pencahayaan langsung dapat dikurangi. Diketahui bahwa langit-langit dan dinding yang diplester putih memiliki pemantulan 90%, apabila dicat putih pemantulan antara 5%-90%. 3) Sistem Pencahayaan Difus (general diffus lighting) Pada sistem ini setengah cahaya 40%-60% diarahkan pada benda yang perlu disinari, sedangkan sisanya dipantulkan ke langit-langit dan dinding. Dalam pencahayaan sistem ini termasuk sistemdirect-indirect yakni memancarkan setengah cahaya ke bawah dan sisanya keatas. Pada sistem ini masalah bayangan dan kesilauan masih ditemui.

4) Sistem Pencahayaan Semi Tidak Langsung (semi indirect lighting).


Pada sistem ini 60%-90% cahaya diarahkan ke langit-langit dan dinding bagian atas, sedangkan sisanya diarahkan ke bagian bawah. Untuk hasil yang optimal disarankan langit-langit perlu diberikan perhatian serta dirawat dengan baik. Pada sistem ini masalah bayangan praktis tidak ada serta kesilauan dapat dikurangi.

5) Sistem Pencahayaan Tidak Langsung (indirect lighting) Pada sistem ini 90%-100% cahaya diarahkan ke langitlangit dan dinding bagian atas kemudian dipantulkan untuk menerangi seluruh ruangan. Agar seluruh langitlangit dapat menjadi sumber cahaya, perlu diberikan perhatian dan pemeliharaan yang baik. Keuntungan sistem ini adalah tidak menimbulkan bayangan dan kesilauan sedangkan kerugiannya mengurangi effisien cahaya total yang jatuh pada permukaan kerja. Berbicara masalah pencahayaan berarti kita membagi dua sumber pencahayaan menjadi dua bagian cahaya alami dengan cahaya buatan.Cahaya alami adalah cahaya yang bersumber pada matahari sebagai sumbernya. Cahaya alami ini kemudian dibagi menjadi dua macam yaitu cahaya matahari dan cahaya pantulan. Cahaya matahari adalah cahaya yang langsung bersumber dari matahari tanpa ada perantara ataupun penghantar yang mempengaruhi. Sedangkan cahaya pantulan adalah cahaya yang telah terkena pengaruh dari luar baik itu dipantulkan ataupun perlakuan lainnya. Cahaya buatan adalah cahaya yang bersumber selain dari matahari dan biasanya sengaja dibuat, sebagai contoh cahaya lampu kamera, cahaya lampu penerang dan lain-lain. Elemen yang paling penting dalam perlengkapan cahaya, selain dari lampu, adalah reflector. Reflektor berdampak pada banyaknya cahaya lampu mencapai


area yang diterangi dan juga pola distribusi cahayanya. Reflektor biasanya menyebar (dilapisi cat atau bubuk putih sebagai penutup) atau specular (dilapis atau seperti kaca). Tingkat pemantulan bahan reflektor dan bentuk reflektor berpengaruh langsung terhadap efektifitas dan efisiensi fitting. Reflektor konvensional yang menyebar memiliki tingkat pemantulan 70-80% apabila baru. Bahan yang lebih barudengan daya pemantulan yang lebih tinggi atau semi-difusi memiliki daya pemantulan sebesar 85%. Pendifusi/Diffuser konvensional menyerap cahaya lebih banyak dan menyebarkannya daripada memantulkannya ke area yang dikehendaki. Lama kelamaan nilai daya pantul dapat berkurang disebabkan penumpukan debu dan kotoran dan perubahan warna menjadi kuning disebabkan oleh sinar UV. Reflektor specular lebih efektif dimana pemantul ini memaksimalkan optik dan daya pantul specular sehingga membiarkan pengontrolan cahaya yang lebih seksama dan jalan pintas yang lebih tajam. Dalam kondisi baru, lampu ini memiliki nilai pantul sekitar 85-96%. Nilai tersebut tidak berkurang seperti pada reflektor konvensional yang berkurang karena usia. Bahan yang umum digunakan adalah alumunium yang diberi perlakuan anoda (nilai pantul 85-90%) dan lapisan perak yang dilaminasikan ke bahan logam (nilai pantul 91-95%). Menambah (atau melapisi) alumunium dilakukan untuk mencapai nilai pantul lebih kurang 88-96%. Lampu harus tetap bersih agar efektif, reflektor optik kaca tidak boleh digunakan dalam peralatan yang terbuka di industri dimana peralatan tersebut mungkin akan terkena debu. Untuk mengukur tingkat iluminasi (kuat penerangan) ini akan dipergunakan suatu alat yang disebut dengan luxmeter. Lux Meter yang biasanya digunakan untuk mengukur pencahayaan(penerangan).Yaitu bagaimana tingkat terang ditingkatkan


jatuh pada permukaan suatu daerah. The luminous flux is visible component that is defined in radiant flux (light power) divided by relative sensitivity of human eyes over the visible spectrum. Pengaliran yang terang terlihat adalah komponen yang didefinisikan dalam seri pengaliran (daya cahaya) dibagi dengan relatif kepekaan mata manusia melalui spektrum terlihat. This means the Lux is well fit to light level from sense of human eyes. Ini berarti Lux berguna pada acuan untuk tingkat cahaya dari rasa mata manusia. Satuan dari pengukuran alat ini adalah LUX (dalam SI). Distribusi Luminansi

Distribusi luminansi didalam medan penglihatan harus diperhatikan sebagai pelengkap keberadaan nilai tingkat pencahayaan di dalam ruangan. Hal penting yang harus diperhatikan pada distribusi luminansi adalah sebagai berikut : a). Rentang luminasi permukaan langit-langit dan dinding. b). Distribusi luminansi bidang kerja. c). Nilai maksimum luminansi armatur (untuk menghindari kesilauan). d). Skala luminansi untuk pencahayaan interior

Luminansi Permukaan Dinding

Luminansi permukaan dinding tergantung pada luminansi obyek dan tingkat pencahayaanmerata di dalam ruangan.Untuk tingkat pencahayaan ruangan antara 500 ~ 2000 lux, makaluminansi dinding yang optimum adalah 100 kandela/m2. Ada 2 (dua) cara pendekatan untuk mencapai nilai optimum ini, yaitu :


a). Nilai reflektansi permukaan dinding ditentukan, tingkat pencahayaan vertikal dihitung,atau ; b). Tingkat pencahayaan vertikal diambil sebagai titik awal dan reflektansi yang diperlukandihitung. Nilai tipikal reflektansi dinding yang dibutuhkan untuk mencapai luminansi dinding yangoptimum adalah antara 0,5 dan 0,8 untuk tingkat pencahayaan ratarata 500 lux, dan antara0,4 dan 0,6 untuk 1000 lux. Luminansi Permukaan Langit-langit. Luminansi langit-langit adalah fungsi dari luminansi armature.Dari grafik ini terlihat jika luminansi armatur kurang dari120 kandela/m2 maka langitlangitharus lebih terang dari pada terang armatur. Nilai untuk luminansi langitlangit tidak dapatdicapai dengan hanya menggunakan armatur yang dipasang masuk ke dalam langit-langitsedemikian hingga langit-langit akan diterangi hampir melulu dari cahaya yang direfleksikan dari lantai Distribusi Luminansi Bidang Kerja. Untuk memperbaiki kinerja penglihatan pada bidang kerja maka luminansi sekeliling bidang kerja harus lebih rendah dari luminansi bidang kerjanya, tetapi tidak kurang darisepertiganya.Kinerja penglihatan dapat diperbaiki jika ada tambahan kontras warna. Kualitas Warna Cahaya. Kualitas warna suatu lampu mempunyai dua karakteristik yang berbeda sifatnya, yaitu : a). Tampak warna yang dinyatakan dalam temperatur warna.


b). Renderasi warna yang dapat mempengaruhi penampilan obyek yang diberikan cahaya suatu lampu. Sumber cahaya yang mempunyai tampak warna yang sama dapat mempunyai renderasiwarna yang berbeda.

2.2.1 Standart Pencahayaan di Ruangan Menurut Suma’mur (2009), menyebutkan bahwa kebutuhan intensitas penerangan tergantung dari jenis pekerjaan yang dilakukan. Pekerjaan yang membutuhkan ketelitian sulit dilakukan bila keadaan cahaya di tempat kerja tidak memadai. 2.2.2Sifat-Sifat Penerangan Menurut Suma’mur (2009), sifat-sifat penerangan yang baik, yaitu : 1) Pembagian luminansi dalam lapangan penglihatan. 2) Pencegahan kesilauan. 3) Arah sinar. 4) Warna. 5) Panas penerangan terhadap kelelahan mata. Berkurangnya intensitas cahaya tersebut dapat dideteksi oleh alat yang peka terhadap perubahan intensitas cahaya, yaitu fototransistor. Fototransistor dapat dimanfaatkan sebagai rangkaian pengukur intensitas cahaya dengan sebuah rangkaian penguat sederhana berdasar rangkaian Op-Amp (Uldin, 2010).

2.3 LDR (Light Dependent Resistor) LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya 15 Universitas Sumatera Utara

semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.Ldr (Light Dependent Resistor) adalah jenis resistor yang biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya.Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi LDR sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka semakin menurun nilai resitansinya. Sebaliknya, jika cahaya yang mengenainya sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar, sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat. Pada umumnya sebuah LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm saat berada di kondisi minim cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena cahaya. Tak heran jika komponen yang satu ini banyak diaplikasikan pada rangkaian dengan tema saklar otomatis dari cahaya.

2.3.1 Fungsi LDR

Dari penjabaran mengenai arti LDR tadi, fungsi LDR adalah sebagai saklar otomatis berdasarkan cahaya. Jika cahaya yang diterima oleh LDR banyak, maka nilai resistansi LDR akan menurun, dan listrik dapat mengalir (ON). Sebaliknya, jika cahaya yang diterima LDR sedikit, maka nilai resistansi LDR akan menguat, dan aliran listrik terhambat (OFF). LDR (Light Dependent Resistor) terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Di bawah cahaya yang cukup terang, banyak electron yang melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor sehingga nilai tahanan


listrik bahan rendah.Sebaliknya apabila dalam keadaan gelap atau dibawah cahaya yang redup, bahan piringan hanya mengandung electron bebas dalam jumlah yang relative kecil sehingga nilai tahanan bahan sangat tinggi sehingga alarm dapat bekerja.

.Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri.LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya.Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Aplikasi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) dapat digunakan sebagai : Sensor pada rangkaian saklar cahaya Sensor pada lampu otomatis Sensor pada alarm brankas Sensor pada tracker cahaya matahari Sensor pada kontrol arah solar cell Sensor pada robot line follower Dan masih banyak lagi aplikasi rangkaian elektronika yang menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai sensor cahaya. Karakteristik Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral sebagai berikut : Laju Recovery Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Bila sebuah


“Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)” dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Na-mun LDR tersebut hanya akan bisa menca-pai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu ke-naikan 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 den-gan level cahaya 400 lux. Respon Spektral Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantaryang baik (TEDC,1998) Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) Resistansi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah seiring den-gan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR seki-tar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang.LDR terbuat dari ba-han semikonduktor seperti kadmium sul-fida.Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak mua-tan yang


dilepas atau arus listrik meningkat.Artinya resistansi bahan telah men-galami penurunan. 2.3.2 Prinsip Kerja LDR

Prinsip kerja LDR bisa dibilang sangat sederhana, tak jauh berbeda dari variabel resistor pada umumnya.LDR dipasang pada sebuah rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambung aliran listrik berdasarkan cahaya.Semakin banyak

cahaya

yang

mengenainya,

maka

semakin

menurun

nilai

resistansinya.Sebaliknya, jika cahaya yang mengenainya sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar.

Gambar 2.1 Skema Rangkaian LDR

2.4Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan


dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas

2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi


3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak .Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital keanalog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.

Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:

1. sistem minimal mikrokontroler

2. software pemrograman dan kompiler, serta downloader

Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah


sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :

1. prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri

2. rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal

3. rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU

4. rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya

Pada mikrokontroler jenis2 tertentu (AVR misalnya), poin2 pada no 2 ,3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz,2MHz,4MHz,8MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.


Gambar 2.2 Mikrokontroler 328P

2.4.1 Jenis-jenis Mikrokontroller

Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.

· RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. · Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.Masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.Sekarang kita akan membahas pembagian jenis-jenis mikrokonktroler yang telah umum digunakan.

1. Keluarga MCS51

Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga mikrokonktroler CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus clock.


Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun awalnya dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan telah mengizinkan sebuah ROM luar 64KB dan RAM luar 64KB diberikan alamat dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data.

Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic Control).

2. AVR Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.

3. PIC

Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable


Intelligent Computer.PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam

PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer. 2.4.2 Struktur Mikrokontroler

Sebuah

mikrokontroler

minimal

mempunyai

unit

pemroses

data,

unit

penyimpanan dan port input/output (Port I/O). Unit pemroses data disebut juga dengan CPU, singkatan dari Central Processing Unit adalah otak dari mikrokontroler yang mengerjakan setiap perintah didalam program. Kecepatan proses dari CPU pada mikrokontroler ditentukan oleh besarnya clock yang dinyatakan dengan satuan Hertz (Hz), biasanya dalam orde MegaHertz (MHz).

2.4.3Pemrograman Mikrokontroler Agar bisa bekerja, sebuah mikrokontroler harus diprogram dulu.Tanpa program, mikrokontroler seperti "mati" karena memang tidak bisa melakukan apaapa.Saat kita membeli mikrokontroler baru, secara default berada dalam kondisi kosong alias tanpa program.Kecuali kita membeli mikrokontroler yang sudah dilabeli "terprogram" atau terisi program seperti mikrokontroler pada televisi. Program mikrokontroler dibuat oleh manusia menggunakan bahasa pemrograman 25 Universitas Sumatera Utara

tertentu seperti assembler, bahasa C, basic, pascal dan lain-lain. Program ini dibuat dengan cara mengetikkan kode-kode program pada aplikasi teks editor. Kemudian setelah semua kode ditulis dengan benar maka kode-kode tersebut akan dikompilasi (Compile) oleh sebuah aplikasi compiler sesuai dengan jenis mikrokontroler. Hasil dari proses kompilasi ini adalah sebuah file hexadesimal (.HEX) atau file binary (.BIN). Program mikrokontroler dibuat oleh manusia menggunakan bahasa pemrograman tertentu seperti assembler, bahasa C, basic, pascal dan lain-lain. Program ini dibuat dengan cara mengetikkan kode-kode program pada aplikasi teks editor. Kemudian setelah semua kode ditulis dengan benar maka kode-kode tersebut akan dikompilasi (Compile) oleh sebuah aplikasi compiler sesuai dengan jenis mikrokontroler. Hasil dari proses kompilasi ini adalah sebuah file hexadesimal

(.HEX)

atau

file

binary

(.BIN).

Setelah berupa file HEX atau BIN, maka program siap untuk didownload ke mikrokontroler. Proses ini disebut dengan flashing atau downloading. Untuk melakukan proses ini kita memerlukan sebuah sistem flasher atau downloader mikrokontroler. Sebuah downloader umumnya terdiri dari software dan hardware. Software downloader bisa merupakan aplikasi yang ada pada komputer atau sebuah program yang ditanamkan pada mikrokontroler lain. Sedangkan hardware downloader bisa memanfaatkan port komputer dengan atau tanpa bantuan hardware lain atau bisa juga berupa mikrokontroler lain yang sudah diisi dengan software downloader.


2.4.4Jenis-jenis Mikrokontroler Ada banyak sekali jenis mikrokontroler yang umum dipakai. Jenis-jenis mikrokontroler bisa dikelompokkan berdasarkan pabrik, generasi, instruksi set, memori dan arsitekturnya. Contoh mikrokontroler yang umum dipakai saat ini adalah AVR dan MCS51 dari perusahaan ATMEL. Sedangkan arsitektur mikrokontroler yang sedang mengalami perkembangan pesat adalah ARM yang digunakan .Berdasarkan instruksi setnya, mikrokontroler dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : RISC,

adalah

singkatan

dari Reduced

Instruction

Set

Computer

yaitu

mikrokontroler yang memiliki instruksi set terbatas. Keluarga mikrokontroler AVR dari ATMEL termasuk jenis ini.

1. CISC, adalah singkatan dari Complex Instruction Set Computer yaitu mikrokontroler dengan instruksi set lengkap. Keluarga mikrokontroler MCS51 dari ATMEL termasuk jenis ini.

2.4.5Fungsi Mikrokontroler Mikrokontroler sangat bermanfaat bagi kehidupan kita.Contoh nyata dari aplikasi mikrokontroler adalah sistem remote control pada pesawat televisi, audio dan AC. Selain itu mikrokontroler juga banyak digunakan pada duniaindustri seperti pada mesin-mesin produksi dan instrumentasi. Kini fungsi mikrokontroler semakin meluas dan hampir menjangkau setiap aspek kehidupan masyarakat.Mikrokontroler sudah bisa dipakai untuk membantu promosi dengan adanya running text display. Mikrokontroler juga berfungsi pada


bank dan kantor layanan publik dengan aplikasi pada sistem nomor antrian. Dan masih banyak lagi fungsi dan aplikasi mikrokontroler lainnya.

2.5 Liquid Crystal Display (LCD) LCD merupakan salah satu komponen penting dalam pembuatan tugas akhir ini karena LCD dapat menampilkan perintah-perintah yang harus dijalankan oleh pemakai.LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya angka, huruf abjad, kata-kata tapi juga simbol-simbol. Jenis dan ukuran LCD bermacam-macam, antara lain 2x16, 2x20, 2x40, dan lain-lain. LCD mempunyai dua bagian penting yaitu backlight yang berguna jika digunakan pada malam hari dan contrast yang berfungsi untuk mempertajam tampilan.

Gambar 2.3 Bentuk fisik LCD 2x16 karakter

Display LCD sebuah liquid crystal atau perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar LCD yang dapat menampilkan numerik (digunakan dalam jam tangan, kalkulator dll) dan menampilkan teks alfanumerik (sering digunakan pada mesin foto kopi dan telepon genggam).


Dalam menampilkan numerik ini kristal yang dibentuk menjadi bar, dan dalam menampilkan alfanumerik kristal hanya diatur kedalam pola titik. Setiap kristal memiliki sambungan listrik individu sehingga dapat dikontrol secara independen. Ketika kristal off' (yakni tidak ada arus yang melalui kristal) cahaya kristal terlihat sama dengan bahan latar belakangnya, sehingga kristal tidak dapat terlihat. Namun ketika arus listrik melewati kristal, itu akan merubah bentuk dan menyerap lebih banyak cahaya. Hal ini membuat kristal terlihat lebih gelap dari penglihatan mata manusia sehingga bentuk titik atau bar dapat dilihat dari perbedaan latar belakang. Sangat penting untuk menyadari perbedaan antara layar LCD dan layar LED. Sebuah LED display (sering digunakan dalam radio jam) terdiri dari sejumlah LED yang benar-benar mengeluarkan cahaya (dan dapat dilihat dalam gelap). Sebuah layar LCD hanya mencerminkan cahaya, sehingga tidak dapat dilihat dalam gelap. LMB162A adalah modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris terakhir adalah kursor). Memori LCD terdiri dari 9.920 bir CGROM, 64 byte CGRAM dan 80x8 bit DDRAM yang diatur pengalamatannya oleh Address Counter dan akses datanya (pembacaan maupun penulisan datanya) dilakukan melalui register data. Pada LMB162A terdapat register data dan register perintah. Proses akses data ke atau dari register data akan mengakses ke CGRAM, DDRAM atau CGROM bergantung pada kondisi Address Counter, sedangkan proses akses data ke atau dari Register perintah akan mengakses Instruction Decoder (dekoder


instruksi) yang akan menentukan perintah–perintah yang akan dilakukan oleh LCD LCD memanfaatkan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair sebagai pemancar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar ( backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda transparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah – daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pada sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa mikro dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah dibawah terang sinar matahari. Dibawah sinar cahaya yang remang – remang atau dalam kondisi gelap, sebuah lampu ( berupa LED ) harus dipasang dibelakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menapilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD adalah : 1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan. 2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena menggunakan 8 bit data dan 3 bit kontrol. 3. Ukuran modul yang proporsional.


4. Daya yang digunakan relatif kecil. Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas backlighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu daya, dengan fasilitas pin yang tersedia maka lcd 16 x 2 dapat digunakan secara maksimal untuk menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkas fungsi pin-pin pada LCD dituliskan pada Tabel 2.2. Sedangkan secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :

Tabel 2.1 Tabel pin-pin LCD

Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground.Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA), menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V cukup untuk beberapa modul.

Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa dirubah untuk


memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai dengan kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur kontras.

Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat ditransfer .Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter . Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah-perintah atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display, data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low ke 714 Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) diman16 Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/Back Light LCD.

2.5.1 Cara kerja LCD 2*16 secara umum Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”.Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit.Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat

pada table diskripsi, interface LCD

merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang


ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD.Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke “0” dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high “1”. Ketika jalur RS berada dalam kondisi low “0”, data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau “1”, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke “1”. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan.Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke “0”.Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7.Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau 8-bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.


Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data).Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.


BAB II LANDASAN TEORI. magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong

Recommend Documents