RANCANG BANGUN ALAT PENDINGIN RUANGAN OTOMATIS BERBASIS KEBERADAAN MANUSIA DAN SUHU RUANGAN Taufik Hidayat Jl. Merpati Blok Z No.5, Mekarsari, Cimanggis, Depok.
[email protected]
ABSTRAK Penghematan energi listrik merupakan hal yang sangat diperlukan. Dampak dari kota metropolitan salah satunya adalah kebutuhan listrik yang kian meningkat akibat banyaknya kaum urban untuk menuntut ilmu dan mencari nafkah. Untuk itu perlu adanya solusi alternatif peralatan listrik yang dapat menghemat energi. Tujuan penelitian ini adalah merancang sebuah kipas angin yang mampu mengatur kecepatan secara otomatis berdasarkan pada keberadaan manusia dan suhu ruangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa bahwa alat ini bekerja sesuai dengan rancangannya, dimana jika tidak terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan diam, dan jika terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan bekerja. Kata Kunci: Hemat Listrik, Deteksi Suhu, Deteksi Gerak, Otomatis, Kipas Angin
PENDAHULUAN Belum lama ini isu mengenai pemanasan global dibicarakan oleh seluruh orang di dunia. Iklim yang tidak menentu, meningkatnya tinggi permukaan air laut, dan meningkatnya suhu di seluruh penjuru bumi merupakan beberapa efek yang timbul dari pemanasan global. Peristiwa ini terjadi karena meningkatnya konsentrasi gas-gas rumah kaca seperti karbon dioksida, akibat aktivitas manusia, sehingga radiasi matahari yang seharusnya dipantulkan kembali dari bumi setelah masuk ke bumi, menjadi terperangkap. Ada dua pendekatan utama untuk memperlambat semakin bertambahnya gas rumah kaca. Pertama, mencegah karbon dioksida dilepas ke atmosfer dengan menyimpan gas tersebut atau komponen karbon-nya di tempat lain, yang disebut carbonsequestration (menghilangkan karbon). Kedua, mengurangi produksi gas rumah kaca. Salah satu cara yang bisa dilakukan untuk mengurangi produksi gas rumah kaca adalah dengan menghemat penggunaan energi listrik. Oleh karena itu, keinginan yang kuat serta kesabaran yang tinggi sangat diperlukan dalam melakukan kegiatan penghematan energi listrik ini, yaitu saat mematikan alat-alat listrik yang tidak digunakan, contohnya mematikan kipas angin saat tidak ada orang yang menggunakan, atau mengurangi kecepatan putar kipas angin saat udara tidak terlalu panas. Namun, tidak semua orang mau
melakukan hal yang mudah ini karena malas, lupa dan sebagainya, sehingga membiarkan kipas angin menyala, dan tidak hemat listrik. Untuk itu, dibutuhkanlah sebuah kipas angin yang mampu menyala dan mati, serta mengatur kecepatan putar kipasnya secara otomatis agar mampu menangani masalah pemborosan energi listrik tersebut.
TINJAUAN PUSTAKA Dalam pembuatan kipas angin otomatis ini, terdapat beberapa teori-teori dasar. Teori-teori tersebut meliputi komponen utama alat dan software-nya. Komponen utama alat ini terdiri dari mikrokontroler ATMEGA8535, motor DC, sensor PIR, sensor LM35, serta software-nya berupa pemrograman bahasa C.
Mikrokontroler ATMEGA8535 sebagai Prosessor Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 merupakan mikrokontroler yang memiliki arsitektur RISC 8 bit, yaitu sebuah arsitektur komputer dengan instruksiinstruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Pada mikrokontroler ATMEGA8535, semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. Berikut ini adalah gambar skematik mikrokontroler ATMEGA8535.
Gambar Skematik mikrokontroler ATMega8535
Motor DC sebagai Penggerak Kipas Angin Motor DC, pada alat ini, digunakan sebagai penggerak kipas angin. Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Motor DC terdapat dalam berbagai ukuran dan kekuatan, masing masing didesain untuk keperluan yang berbeda-beda namun secara umum memiliki fungsi dasar yang sama yaitu mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik. Sebuah motor DC sederhana dibangun dengan menempatkan kawat yang dialiri arus di dalam medan magnet. Kawat yang membentuk loop ditempatkan sedemikian rupa di antara dua buah magnet permanen. Bila arus mengalir pada kawat, arus akan menghasilkan medan magnet sendiri yang arahnya berubah-ubah terhadap arah medan magnet permanen sehingga menimbulkan putaran. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Terdapat 2 cara untuk mengatur tingkat kecepatan putar motor DC, yaitu dengan meningkatkan tegangan dinamo maka kecepatan putar kipas akan meningkat, dan dengan menurunkan arus medan maka akan kecepatan putar kipas.
Gambar Struktur motor DC Sumber: http://pictureofgoodelectroniccircuit.blogspot.com/2011/02/dc-motor-
which-has-three-main.html IC L293 sebagai Motor Driver IC L293D ini adalah suatu bentuk rangkaian daya tinggi terintegrasi yang mampu melayani 4 buah beban dengan arus nominal 600 mA hingga maksimum 1.2 A. Keempat channel inputnya didesain untuk dapat menerima masukan level logika TTL. Biasa dipakai sebagai driver relay, motor DC, motor steper maupun pengganti transistor sebagai saklar dengan kecepatan switching mencapai 5kHz. Driver tersebut berupa dua pasang rangkaian h-bridge yang masing-masing dikendalikan oleh enable 1 dan enable 2.
Gambar Skematik IC L293 Passive Infrared Receiver sebagai Pendeteksi Manusia Passive Infrared Receiver (PIR) merupakan sebuah sensor berbasis infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap objek bergerak yang terdeteksi olehnya.
Gambar Rangkaian sensor PIR Sumber: http://bagusrifqyalistia.wordpress.com/2008/09/12/cara-kerja-sensor-pir/ Pada gambar di atas terdapat rangkaian penyusun sensor PIR yang terdiri dari lensa Fresnel, IR filter, pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator. Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja disebabkan karena adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Jadi, ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran sinar inframerah pasif yang dipancarkan
oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitride, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Kemudian sebuah sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh komparator sehingga menghasilkan output.
LM35 sebagai Pendeteksi Suhu Sensor LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.
Suhu
Gambar Cara Kerja sensor LM35 Sumber: http://ilham99.ngeblogs.com/2009/10/04/pengertian-sensor/ Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan dan ditangani dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Seperti sensor suhu jenis RTD PT100 atau PT1000 misalnya, komponen ini tidak boleh dieksitasi oleh arus melebihi 1 miliampere, jika melebihi, maka sensor akan mengalami self-heating yang menyebabkan hasil pengukuran senantiasa lebih tinggi dibandingkan suhu yang sebenarnya.
Liquid Crystal Display sebagai Layar Tampilan Liquid Crystal Display (LCD) dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroller seperti ATMEGA8535. Sesuai standarisasi yang cukup terkenal digunakan banyak vendor LCD, yaitu HD44780, yang memiliki chip kontroler Hitachi 44780. LCD bertipe ini memungkinkan pemrogram untuk mengoperasikan komunikasi data secara 8 bit atau 4 bit. Berikut adalah rangkaian interface LCD dan susunan umum kaki LCD bertipe HD44780.
Gambar Skematik Rangkaian Interface LCD
METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu: · Merencanakan penelitian dengan cara menentukan permasalahan apa yang akan dipecahkan dalam penelitian ini, serta merencanakan solusi dari permasalahan tersebut. · Merencanakan kebutuhan penelitian, berupa pengumpulan informasi dan literatur yang berkaitan dengan penelitian, serta komponen-komponen yang diperlukan dalam penelitian. · Membuat alat dengan cara mendesain bentuk alat tersebut, menyusun komponen-komponen yang dibutuhkan dan menanamkan program ke dalamnya. · Menguji alat untuk mengetahui apakah alat bekerja sesuai yang direncanakan, dan membandingkan hasil uji tersebut dengan logika pemrogramannya. Lalu, menguji coba kipas angin otomastis ini dengan kipas angin konvensional untuk membandingkan penggunaan energi listriknya. · Menganalisa hasil uji coba kinerja alat dari nilai kesalahan rata-rata alat. · Menarik kesimpulan dari penelitian ini berdasarkan hasil analisa penelitian.
HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah melakukan pengujian terhadap 2 komponen masukan dan 1 komponen keluaran, maka pengujian terakhir adalah pengujian kerja kipas angin otomatis secara keseluruhan. Pengujian ini dilakukan dengan menggabungkan seluruh pengujian sebelumnya untuk mengetahui bahwa alat kipas angin otomatis ini bekerja sesuai dengan pemrograman yang ditanamkan ke dalamnya. Hasil dari pengujiannya tertera pada tabel berikut ini. Tabel Pengujian kerja kipas angin otomatis
Keberadaan Manusia Jarak Jenis Ada / deteksi gerakan Tidak
Suhu
Aksi yang seharusnya
Aksi yang terjadi
Hasil
1
30 cm
Diam
Tidak
25°C
Kipas diam & LCD mati
Kipas diam & LCD mati
Tepat
2
50 cm
Diam
Ada
26°C
Kipas diam & LCD mati
Kipas diam & LCD mati
Tepat
Kipas diam & LCD menampilkan “suhu= 27°C kipas mati” Kipas diam & LCD menampilkan “suhu= 28°C kipas pelan” Kipas pelan & LCD menampilkan “suhu= 29°C kipas pelan”
Kipas diam & LCD menampilkan “suhu= 27°C kipas mati” Kipas diam & LCD menampilkan “suhu= 28°C kipas pelan” Kipas pelan & LCD menampilkan “suhu= 29°C kipas pelan”
30°C
Kipas pelan & LCD menampilkan “suhu= 30°C kipas pelan”
Kipas pelan & LCD menampilkan “suhu= 30°C kipas pelan”
Tepat
31°C
Kipas sedang & LCD menampilkan “suhu= 31°C kipas sedang”
Kipas sedang & LCD menampilkan “suhu= 31°C kipas sedang”
Tepat
Kipas sedang & LCD menampilkan “suhu= 32°C kipas sedang” Kipas kencang & LCD menampilkan “suhu= 33°C kipas kencang”
Kipas sedang & LCD menampilkan “suhu= 32°C kipas sedang” Kipas kencang & LCD menampilkan “suhu= 33°C kipas kencang”
No.
3
70 cm
Pelan
Ada
27°C
4
100 cm
Sedang
Ada
28°C
5
130 cm
Pelan
Ada
29°C
6
7
160 cm
180 cm
Cepat
Cepat
Ada
Ada
8
200 cm
Pelan
Ada
32°C
9
210 cm
Sedang
Ada
33°C
Tepat
Tepat
Tepat
Tepat
Tepat
10
240 cm
sedang
Ada
34°C
Kipas kencang & LCD menampilkan “suhu= 34°C kipas kencang”
Kipas kencang & LCD menampilkan “suhu= 34°C kipas kencang”
Tepat
Analisis Rangkaian secara Detail Rangkaian alat ini menggunakan tegangan atau catu daya DC (Direct Current) sebesar 12 Volt. Tahapan kerja alat ini dimulai dari pemberian sumber tegangan 12 Volt untuk Vcc driver motor L293 dan regulator, dimana tegangan ini kemudian diubah menjadi tegangan 5 Volt menggunakan regulator. Selanjutnya, tegangan 5 Volt digunakan sebagai sumber tegangan ATMEGA8535, L293, PIR, dan LM35. Sensor PIR dan sensor suhu LM35 berfungsi sebagai input ke mikrokontroler ATMEGA8535. Pada saat sensor PIR aktif maka sensor PIR akan mengirimkan sinyal digital berlogika 0 dengan tegangan 0 Volt ke mikrokontroler, atau berlogika 1 dengan tegangan 5 Volt jika PIR tidak aktif. Sedangkan sensor LM35 mengirimkan besar suhu yang diterimanya dalam bentuk sinyal analog ke mikrokontroler, dan ATMEGA8535 mengkonversinya ke sinyal digital dengan bantuan ADC pada port A. Pada mikrokontroler ATMEGA8535, sinyal clock dibangkitkan dari Xtal yang terhubung ke pin Xtal1 & Xtal2. Kemudian, input dari sensor PIR & suhu diolah untuk ditentukan output yang sesuai dengan pemrograman bahasa C yang ditanamkan ke dalam mikrokontroler. Output ini selanjutnya dikirim ke port C.0 & port C.1, sedangkan port C.2 digunakan untuk mengirim sinyal PWM (Pulse Width Modulator). Untuk menggerakkan kipas angin, ATMEGA8535 akan mengirimkan sinyal digital berlogika 0 ke port C.0, dan logika 1 ke port C.1. Lalu, output dari mikrokontroler, yang berupa nilai logika 0 atau 1, masuk ke port 10 & 15 L293 untuk memutar motor kipas angin. L293 memanfaatkan sumber tegangan 12 Volt untuk menguatkan putaran motor kipas angin. Jika kutub positif (+) kipas angin menerima logika 1 & kutub negatifnya (-) menerima logika 0, maka kipas angin akan berputar. Sedangkan, jika kutub positif (+) menerima logika 0 & kutub negatifnya (-) menerima logika 0, maka kipas angin akan berhenti. Sedangkan, Kecepatan putar kipas angin ditentukan dengan nilai PWM yang masuk ke port 9 (Enable2) L293. Nilai PWM ini dipengaruhi oleh besarnya suhu yang diterima sensor suhu. Sedangkan keluaran mikrokontroler untuk LCD berupa tampilan nilai suhu pada baris pertama LCD dan tampilan kecepatan putar kipas pada baris kedua LCD.
KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan perancangan dan pengujian alat kipas angin otomatis ini, maka dapat ditarik simpulan, beserta saran yang diperlukan untuk mengatasi kelemahan dari alat.
Kesimpulan Berdasarkan hasil uji coba, menunjukkan bahwa alat ini bekerja sesuai dengan rancangannya, dimana jika tidak terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan diam, dan jika terdeteksi adanya gerakan maka kipas akan bekerja. Jarak pendeteksian gerakan antara 10 cm hingga 240 cm, dan jika lebih dari 240 cm maka semakin susah untuk mendeteksi gerakan. Selanjutnya, pergerakan kipas ini dipengaruhi oleh suhu, dimana jika suhu ruangan meningkat maka kecepatan putaran kipas angin juga akan semakin meningkat. Kekurangan pada alat ini yaitu terletak pada tidak adanya jeda waktu dalam putaran kipas sehingga kipas hanya dapat berputar sebentar setelah terdeteksi gerakan. Tanpa adanya gerakan yang terus menerus menyebabkan kipas mudah mati. Hal ini dikarenakan jeda waktu dalam pemrogramannya digunakan untuk pembacaan suhu agar pembacaan suhunya terjadi secara langsung. Jika jeda waktu dimasukkan ke pergerakan kipas, maka tampilan pada LCD bisa berlangsung cepat atau menunggu jeda waktu kipas selesai terlebih dahulu.
Saran Dalam pembuatan alat ini ada beberapa saran yang perlu diperhatikan sebagai solusi terhadap kelemahan alat. Saran dalam perancangan dan pembuatan alat yaitu ditanamkannya pemrograman yang lebih tepat agar alat ini mampu memutar kipas dengan jeda waktu yang lama sekaligus pembacaan suhu yang terjadi secara cepat.
DAFTAR PUSTAKA Lingga Wardhana. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta. Penerbit Andi. 2006. Ardi Winoto. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung. Penerbit Informatika. 2008. Prihono. Jago Elektronika secara Otodidak. Jakarta. Kawan Pustaka. 2009. Wasito S. Vandemekum Elektronika. Jakarta. Gramedia Pustaka Utama. 1992.
Widodo Budiharto. 10 Proyek Robot Spektakuler. Jakarta. Elex Media Komputindo. Tri Wibowo. Sensor Kehadiran Orang Sebagai Saklar Otomatis Suatu Ruangan. Semarang. Teknik Elektro Fakultas Teknik UNDIP. 2011. Didik Wiyono, S.T. Panduan Praktis Mikrokontroler Keluarga AVR Menggunakan DT-Combo AVR-51 Starter Kit dan DT-Combo AVR Exercise Kit. Surabaya. Innovative Electronics. 2007.
