PROTOTYPE SISTEM PENERANGAN LAMPU OTOMATIS MENGGUNAKAN DS 1307 BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16

“PROTOTYPE SISTEM PENERANGAN LAMPU OTOMATIS MENGGUNAKAN DS 1307 BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16” Imam Pracoyo Tribowo(1),Sugeng Dwi Riyanto (2), Wahyu Hidayat (3) (1) Mahasiswa, (2) Staf Pengajar, (3) Staf Pengajar “Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Cilacap” Jalan Dr. Soetomo – Sidakaya – Cilacap 2013 Abstract Technology automated lamps lighting system is a system that aims to conserve electrical power and energy in a more regular hours setting time and date for more effective use of power listrik. Metode used in making "automatic lamp lighting system using the RTC-based microcontroller ATmega 16 " is equipped with a 2x16 LCD and relay driver. This design consist of hardware and software. The hardware are 12 volt power supply, ATmega 16 minimum system, push button ,2x16 LCD,relay driver,RTC DS 1307to save the date and time, and to set the work system of the lamp along with the program. The software is Codevision AVR application program. This design was tested through the circuit voltage measurement tool and the program a microcontroller testing. The result of this testing showed that the tool worked well out of the 5 times trial. Keywords: automatic lights Lighting, ATmega 16 minimum system, RTC DS 1307, push button, relay driver, and a 2x16 LCD.

1. Pendahuluan Perkembangan teknologi pada saat ini telah berkembang sangat pesat. Hampir semua bidang aplikasi menggunakan aplikasi menggunakan peralatan secara otomatis yang digunakan untuk membantu menyelesaikan pekerjaan manusia agar lebih efisien. Penemuan- penemuan teknologi ini memunculkan banyak peranan penting dalam kehidupan manusia. Penemuan-penemuan teknologi ini memunculkan banyak peranan penting dalam kehidupan manusia diantaranya traffic light, berbagai jenis robot, jam digital, mesin konveyor dan masih banyak lainnya. Sistem penerangan lampu otomatis adalah sistem penerangan listrik yang mempergunakan waktu dan tanggal sebagai alat untuk mengatur nyala dan mati lampu dengan menggunakan suatu program software untuk menjalankan cara kerja sistem penerangan lampu.Sistem ini bertujuan untuk menghemat daya energi listrik dan penggunaan cara kerja lampu sesuai dengan kebutuhan. Salah satu contoh penyebab pemborosan penggunaan daya energi listrik pada sistem penerangan lampu ruangan pada umumnya menggunakan prinsip on/off yaitu menyalakan lampu pada saat ruangan gelap, dan mematikan lampu pada saat ruangan terang. Pada penelitian Penelitian ini penulis merancang suatu alat yang memanfaatkan sistem kerja dari RTC DS 1307, Yaitu berjudul Prototype Sistem penerangan otomatis menggunakan RTC DS 1307”Berbasis Mikrokontroler ATmega16.

2.

Landasan Teori RTC DS 1307 IC DS 1307 merupakan suatu chip yang memiliki fungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. DS 1307 merupakan real time clock (RTC) menggunakan jalur data seminggu, dan tahun valid hingga 2100. Secara otomatis bulan dan tanggal akan disesuaikan untuk bulan yang kurang dari 31 hari termasuk untuk tahun yang akan datang. Operasi jam baik 24 jam atau 12 jam dengan format indicator AM/PM. DS 1307 memiliki built-in power sense circuit dapat mendeteksi kegagalan daya (power filure), dan secara otomatis berpindah kesuplai cadangan. Komunikasi dengan RTC DS 1307 adalah serial dengan 1 kabel (I2C) ,dimulai ketika terjadi perubahan kondisi SDA “1” ke “0” dengan kondisi SCL “1” dan berakhir pada saat kondisi SDA berubah dari “0” ke “1” dengan kondisi SCL “1”. IC DS 1307 dengan jalur data parallel yang memiliki antar muka Inter Integrated Circuit (I2C), sinyal keluaran gelombang kotak terpogram (Programable squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power fail) dan rangkaian switch, konsumsi daya kurang dari 500mA menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional Oscillator. Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40ºC hingga + 85ºC. tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC.[7 2.1.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

78

Gambar 1. RTC DS 1307 2.2.

Mikrokontroler ATmega16 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu chip. Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa port masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. a. Arsitektur ATmega16 Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent), adapun blog diagram arsitektur ATmega16. Secara garis besar mikrokontroler ATmega16 terdiri dari : 1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz. 2. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte 3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D. 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register. 5. User interupsi internal dan eksternal 6. Port antarmuka SPI dan Port USART sebagai komunikasi serial. 7. Fitur Peripheral. b. Konfigurasi Pin ATmega16 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega16 dengan kemasan 40. Dari gambar dibawah ini dapat terlihat ATmega16 memiliki 8 Pin untuk masing-masing Port A, Port B, Port C, dan Port D.

Gambar 2. Konfigurasi pin ATmega16

2.3.

LCD (Liquid Crystal Display)

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

79

LCD adalah suatu jenis media penampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada lcd berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai suatu titik cahaya. Disebut sebagai titik cahaya karena karena kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi.[10] Dibandingkan dengan seven segment, memang LCD lebih dianggap rumit oleh sebagian orang, akan tetapi ada pula orang yang lebih suka memakai LCD karena pemakaian daya yang sangat rendah, selain itu juga karena jumlah karakter yang ditampilkan semakin banyak.. Konfigurasi pin LCD karakter 2x16 ada pada Tabel 1 dibawah ini.

Gambar 3. Konfigurasi pin LCD 16x2 2.4. Catu Daya Catu daya atau power supply merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus bolak- balik (AC) menjadi arus searah (DC). Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektronika yang berfungsi sebagai sumber tenaga listrik misalnya pada baterai atau aki.Catu daya atau power supply juga dapat digunakan sebagai perangkat yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik. Dengan kata lain fungsi Catu daya (Power Supply) adalah perangkat keras yang berfungsi untuk menyuplai tegangan langsung kekomponen dalam casing yang membutuhkan tegangan, misalnya mikrokontrloer, modul bluetooth, motor servo, motor dc, solenoid dll. Input power supply berupa arus bolak-balik (AC) sehingga power supply harus mengubah tegangan AC menjadi DC (arus searah).[7] Pada catu daya menggunakan regulator IC 7809 dan IC 7812.. Regulator tersebut sebagai penstabil tegangan supaya didapat output yang maksimal. IC 7809 dn IC 7812 berfungsi sebagai penstabil tegangan output sebesar 9 dan 12 volt DC[8]. D

D

IN 40

02

02

40 IN D

D

2

0 40 IN

2

IN 40 0 D IN D

40 IN

02

D

IN 40

2

02

0 40 D IN 40 02

Gambar 4. Catu daya (Power Supply)

2.5.

Saklar Tekan (Push Button) Sesuai dengan nama fungsinya saklar push button digunakan untuk memutuskan dan menghubungkan aliran listrik dengan cara ditekan bagian tombolnya. Pada bagian atasnya terdapat knop yang berfungsi sebagai area penekan (warna merah), lalu disamping kiri dan kanan terdapat terminal, kontak normally open (NO) dan normally

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

80

close (NC) berfungsi sebagai terminal wiring untuk dihubungkan dengan alat listrik lainnya, lalu mempunyai kapasitas beban sekitar 5 A. Gambar rangkaian push button ada pada gambar dibawah ini. [12] Saklar tekan ini befungsi sebagai pemberi sinyal masukan pada rangkaian listrik, ketika/selama bagian knop ditekan maka alat ini akan bekerja sehingga kontak-kontaknya akan terhubung untuk jenis normally open dan akan terlepas untuk jenis normally close, dan sebaliknya ketika knopnya dilepas kembali maka kebalikan dari sebelumnya, untuk membuktikannya pada terminalnya bisa digunakan alat ukur ohm meter. Pada umumnya pemakaian terminal jenis NO (Normally Open) digunakan untuk menghidupkan rangkaian dan terminal jenis NC (Normally Close) digunakan untuk mematikan rangkaian, namun semuanya tergantung dari kebutuhan penggunaan push button.

Gambar 6. Push Button 2.6.

Relay Relay merupakan Sebuah saklar yang digunakan untuk menghubungkan atau memutus aliran listrik yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya. Relay biasanya hanya memiliki hanya mempunyai satu kumparan tetapi relay dapat mempunyai beberapa kontak.Pada dasarnya,konstruksi dari relay terdiri dari lilitan kawat (koil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan aliran arus, inti besi lunak kontak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya fisik magnet sehingga berpindah posisi kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay, dan relay akan kembali keposisi semula,bila tidak lagi arus yang mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Relay terdiri dari coil dan contact coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakanya tergantung pada ada tidaknya arus listrik di coil.Secara prinsip kerja dari relay yaitu ketika coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.[9]

Gambar 7. Relay

2.7.

Optocoupler Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitutransmitter dan receiver yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah.Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis.Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (Coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optik sebagai on/offnya. Optocoupler terdiri dari 2 bagian yaitu :

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

81

1.

2.

Pada transmitter dibanguan dari sebuah LED inframerah. Jika dibandingkan dengan menggunakan led biasa, led inframerah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal yang tampak.Cahaya yang dipancarkan oleh LED inframerah tidak terlihat oleh mata telanjang. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor.

Gambar 8. Optocoupler 2.8.

Lampu Pijar Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan denganya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi. Lampu pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan (voltase) kerja yang bervariasi mulai dari 1,25 volt hingga 300 volt. Energi listrik yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar dibandingkan dari sumber cahaya buatan lainya, seperti lampu pendar dan dioda cahaya , maka secara bertahap pada beberapa negara peredaran lampu mulai dibatasi.

Gambar 9. Lampu Pijar

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Keterangan gambar : Bola lampu. Argon, neon, nitrogen. Filamen wolfram. Kawat penghubung tengah. Kawat penghubung ke ulir. Kawat penyangga.

7. Kaca penyangga 8. Kontak listrik di ulir. 9. Sekrup ulir 10. Isolator 11.Kontak listrik di kaki tengah

3.

Perancangan dan Pembuatan Sistem Blok diagram menjelaskan push button digunakan untuk mengatur waktu dan tanggal dan mengatur dan mati lampu sesuai dengan settingan programmer yang telah diprogram kedalam sistem minimum ATmega 16. Untuk mengendalikan nyala dan mati lampu sesuai dengan program dibutuhkan sebuah rangkaian driver relay. Dan seluruh program yang telah disetting oleh push button ditampilkan dalam LCD 16x2.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

82

Gambar 8. Diagram blok sistem a.

Perancangan rangkaian RTC DS 1307

Gambar 9. Rangkaian RTC DS 1307 Rangkaian ini menggunakan RTC DS 1307 yang berfungsi untuk menyimpan waktu dan tanggal setelah di download pada program. IC DS 1307 merupakan Real Time Clock (RTC)dengan jalur data parallel yang memiliki antar muka Inter Integrated Circuit(I2C),sinyal keluaran gelombang kotak terpogram (Programable squarewave), deteksi otomatis kegagalan daya (power fail) dan rangkaian switch, konsumsi daya kurang dari 500mA menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional Oscillator. Tersedia fitur industri dengan ketahanan suhu: -40ºC hingga + 85ºC. tersedia dalam kemasan 8-pin DIP atau SOIC. b.

Rangkaian driver relay Motor DC merupakan bagian utama penggerak mekanik yang difungsikan untuk membuka dan menutup gas. Motor DC yang digunakan membutuhkan tegangan 12V. Keluaran mikrokontroler ATmega16 hanyalah sekitar 5V dengan daya kecil, untuk itu dibutuhkan rangkaian driver yang terbuat dari Relay 12V untuk mencatu sumber tegangan motor DC. Optocoupler digunakan untuk mentrigger transistor NPN TIP41 yang digunakan untuk mencatu relay. Ketika optocoupler aktif maka transistor akan tertrigger sehingga arus akan mengalir dari collector ke emitor yang menyebabkan relay aktif. Untuk dapat menggerakan sebuah motor DC diperlukan 2 (dua) buah. Dengan menghubungkan kaki NC pada relay ke ground dan NO pada sumber 12V maka dapat digunakan untuk mengendalikan nyala/mati dan arah putar dari motor DC.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

83

4.

Gambar 10. Rangkaian driver relay Pengujian dan analisa a. Pengujian RTC (Real Time Clock) 4.2.1 Tujuan Pengujian RTC (Real Time Clock) ini bertujuan untuk mengetahui input waktu dihasilkan oleh RTC DS 1307 saat tanpa baterai dan diberi baterai. Untuk melakukan pengujian tersebut dibutuhkan beberapa alat yaitu Sistem Minimum ATmega 16, LCD. Untuk melakukan pengujian rangkaian tersebut, memerlukan langkah- langkah sebagai berikut : a. Rangkai rangkaian seperti pada gambar Uji. b. Hubungkan RTC ke mikrokontroler ATmega 16. c. Pada RTC diberi baterai 3 volt. d. Catat Output yang dihasilkan RTC pada tampilan LCD. Adapun gambar rangkaian pengujian ditunjukan pada Gambar 4.2 dibawah ini.

Gambar 12 . Pengujian Rangkaian RTC DS 1307 Tabel 4.2 Hasil uji rangkaian RTC (Real Time Clock) Tegangan Baterai 0

1

Aksi pada LCD Tidak dapat menyala dan tidak dapat mereset waktu dan tanggal yang telah.diatur program Codevision AVR. Dapat menyala dan dapat mereset waktu dan tanggal yang telah diatur .program Codevision AVR.

4.4 Pengujian Sistem Minimum ATmega 16 4.4.1 Tujuan Tujuan dari sistem kerja Sistem Minimum ATmega 16 adalah untuk mengetahui kinerja alat dapat bekerja baik.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

84

Rangkaian Uji Sistem Minimum ditunjukan pada gambar 4.4 dibawah ini:

Gambar 4.4 Pengujian Sistem Minimum ATmega 16 Cara Pengujian: Pengujian dilakukan untuk mengetahui sistem minimum bekerja dengan baik, maka jalur-jalur port pada mikrokontroler ATmega 16 ditester lebih dahulu. Proses pengujian: 1. Mempersiapkan voltmeter untuk mengukur level tegangan tiap port dari mikrokontroler. 2. Membuka program yang akan dites, kemudian meng-compilernya. 3. Mendownload program kedalam mikrokontroler ATmega 16 dengan menggunakan ISP downloader Listing program menyalakan semua port (Set tiap port sebagai output). PORT A=PORT B=PORT C= PORT D = 0XFF. Hasil yang diperoleh adalah semua port akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt, sehingga bisa dipastikan sistem minimum dapat bekerja dengan baik. 4.3 Pengujian Catu Daya( Power Supply) Rangkaian Uji Catu daya atau power supply ditunjukan pada gambar 4.3 dibawah ini:

a. b. c. d.

Gambar 4.3 Rangkaian Uji Catu Daya Tujuan : Pengujian catu daya bertujuan untuk mengetahui besar output teganga yang digunakan untuk mensuplai suatu rangkain listrik.Untuk melakukn pengujian tersebutdibutuhkan beberapa alat yaitu multimeter digital mupun analog. Didalam melakukan pengujian tersebut dibutuhkan beberapa langkah diantaranya: Hubungkan multimeter terhadap catu daya atau power supply. Atur Multimeter jarum positif (warna merah) dihubungkan ke + 9 volt pada catu daya dan jarum negative (warna hitam) dihubungkan ke Ground pada Catu daya. Atur Multimeter jarum positif (warna merah) dihubungkan ke + 12 volt pada catu daya dan jarum negative (warna hitam) dihubungkan ke Ground pada Catu daya. Catat hasil besarnya nilai output tegangan yang tertampil pada multimeter. Tabel 4.3 Nilai Output tegangan catu daya TitikPengukuran

Tegangan

Input Trafo 2 A

220 Volt ( AC)

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

85

4.6

Output trafo 2 A

11,9 Volt (DC)

Output IC LM 7809 Output IC LM 7812

9 Volt (DC) 12 volt (DC)

Output Catu daya 9 volt

8,9 volt (DC)

Output Catu daya 12 volt

12 Volt (DC)

Pengujian Alat secara keseluruhan

4.6.1 Tujuan Mengintegrasikan semua bagian dari alat yang sudah bisa bekerja tiap bagian. Sehingga tujuan akhir dapat terlihat dan dapat dianalisa. 4.6.2 Peralatan yang dibutuhkan a. Power Supply b. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 16 c. Rangkaian RTC DS 1307 d. Rangkaian Driver Relay e. LCD 16

4.6.3 Hasil pengujian Tabel 4.5 Hasil Pengujian Rangkaian Keseluruhan alat Waktu uji lampu

Lampu 1

Lampu 2

06.00 s/d 16.59

Mati

Mati

17.00 s/d 23.59

Menyala

Menyala

00.00 s/d 05.59

Menyala

Mati

Setelah melakukan percobaan seluruh rangkaian maka diperoleh hasil yaitu pada waktu uji lampu 1 pada jam 06.00 pagi s/d 16.59 kondisi lampu luar mushola (mati) dan kondisi lampu dalam mushola (mati). Pada uji lampu 2 pada jam 17.00 s/d23.59 kondisi pada lampu luar mushola (menyala) dan kondisi pada lampudalam mushola (menyala). Pada waktu uji lampu 3 pada jam 00.00 s/d 05.59 kondisi pada lampu luar mushola (menyala) dan kondisi lampu dalam mushola (mati). Siklus nyala dan mati lampu dapat diatur sesuai dengan push button.

5.

Kesimpulan Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan sistem yang selanjutnya dilakukan tahap pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.

1.

Berdasarkan hasil alat yang telah dibuat, alat ini digunakan untuk menyalakan dan mematikan (ON/OFF) lampu 1dan lampu 2 yang sesuai dengan settingan jam dan tanggal yang dibuat pada program aplikasi Codevision AVR.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

86

2.

Alat ini menggunkan push button sebagai alat untuk mengatur pada pengaturan jam dan tanggal dan pengaturan ON/OFF lampu 1 dan lampu 2. Dan menggunakan LCD 16x2 yang digunakan menampilkan hasil tampilan eksekusi program.

3.

Sistem penerangan lampu ini berfungsi untuk penerangan lampu pada dalam dan luar ruangan yanng menggunkan IC RTC DS 1307 yang berfungsi untuk menyimpan waktu dan tanggal secara otomatis dalam mengatur nyala dan mati lampu. Daftar Pustaka [1].

Aggraini,Dian.2011.”JurnalAplikasiMikrokontrolerATmega 16 SebagaiPengontrolSistem Emergency LampuDilengkapi Sensor Cahaya (LDR).”

[2].

Keyzanovianti, Cristinilubis. 2010.“Jurnal PerancanganPrototype SistemPeneranganOtomatisRuanganBerjendelaBerdasarkanIntensitasCahayaBerbasisATmega 16”.

[3].

Hadi,M.Sholihul.2007.Mengenal Mikrokontroler AVR Atmega16, Ilmu Komputer.

[4].

Andrianto, Heri.2007.BukuPemrogramanMikrokontrolerATmega16.Bandung.

[5].

Artikel Wikipedia BahasaIndonesia,TentangLampuPijar.

[6].

DataSheetATmega16.

[7].

Data sheet IC DS1307.

[8].

Thooley,Michael. 2003.“Buku RangkaianElektronikaPrinsip Dan Aplikasi.”Jakarta.

[9]. [10].

Maryono,”ArtikelTentangPengertian Relay Dan Saklar Manual Dalam Pengedalian Mesin”, Yogyakarta. Delta Elektronik,M1632 Module LCD 16x2 Baris (M1632).

[11].

Data Sheet Optocoupler P521.

Jurnal INFOTEKMESIN Volume 7 Edisi Januari 2014

87