Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer
SOUND SWITCH DENGAN DIMMER MENGGUNAKAN DECADE COUNTER CD4017 (Sound Switch with Dimmer Using Decade Counter CD4017)
Jeffery Febrian Lesmana*, Albert Mandagi**, Richie Estrada*** Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Krida Wacana – Jakarta *
[email protected], **
[email protected], ***
[email protected]
Abstrak Saklar lampu merupakan sebuah media atau komponen terpenting yang berfungsi untuk mengaktifkan maupun menonaktifkan cahaya lampu. Dalam studi ini, rancangan saklar lampu melibatkan fitur pengaktifan lampu yang dikombinasikan dengan pengaturan tingkat pencahayaan lampu. Proses penonaktifan (OFF) beserta pengaktifan (ON) dengan tingkatan pengaturan cahaya pada lampu dikendalikan melalui suara. Selain itu, tingkat pencahayaan pada lampu dikendalikan melalui rangkaian multivibrator monostabil dengan bantuan triac. Pemilihan kondisi dari tingkat pencahayaan pada lampu dilakukan dengan menggunakan metode pencacah sinyal. Oscilloscope maupun indikator berupa komponen yang terpasang pada rangkaian digunakan untuk mengamati bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan pulsa-pulsa listrik. Hasil studi menunjukkan bahwa tingkat pencahayaan dipengaruhi oleh pengaturan perioda yang bervariasi pada rangkaian multivibrator monostabil dan perpindahan kondisi yang diatur oleh rangkaian decade counter sebagai pencacah sinyal. Kata Kunci: saklar lampu, tingkat pencahayaan, suara, multivibrator monostabil, decade counter
Abstract Light switch is the most important media or component which function is to activate or deactivate a lamp. This study aims to introduce the use of light switch by involving the lamp activation feature, combined with the adjustment of lighting levels. The process of deactivation (OFF) and activation (ON) using the adjustment of light levels is controlled through sound. Moreover, the lighting levels of lamp are controlled through monostable multivibrator circuit with the aid of triac. The selection of lighting level conditions is conducted by signal-counter method. The oscilloscope and indicators in form of attached component on circuits are used to observe the forms of wave, signal, logic conditions and the changes of electrical pulses. The study shows that the lighting levels are influenced by the variety of adjustment periods of the monostable multivibrator circuits and the transfer conditions set by decade counter circuits as signal-counter. Keywords: lamp switch, lighting levels, sound, monostable multivibrator, decade counter
Tanggal Terima Naskah Tanggal Persetujuan Naskah
: 21 Maret 2013 : 19 April 2013
116
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
1.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mendorong semakin banyak terciptanya aplikasi yang dapat membantu pekerjaan atau kegiatan menjadi lebih praktis dan efisien bagi para penggunanya. Sound Switch merupakan salah satu teknologi yang dapat dikembangkan untuk menggantikan aplikasi saklar manual (saklar sentuh/saklar onoff) pada lampu. Dalam studi ini, sistem kerja Sound Switch dirancang untuk dapat mengaktifkan dan menonaktifkan cahaya lampu disertai dengan pengaturan dari tingkat pencahayaan pada lampu. Perancangan ini memanfaatkan decade counter yang terhubung dengan lima pasang IC timer 555 yang dirangkai secara monostabil dengan perioda bervariasi untuk menghasilkan enam state, yaitu lima state untuk tingkat pencahayaan lampu yang berbeda dan satu state untuk menonaktifkan cahaya lampu.
2.
REALISASI RANGKAIAN
Secara garis besar, Gambar 1 memperlihatkan konsep keseluruhan dari rangkaian Sound Switch. Fungsi dari masing-masing blok dari rangkaian Sound Switch adalah sebagai berikut: 1) AC Input berfungsi sebagai sumber tegangan bagi catu daya dan lampu [1], [2], [3]. 2) Catu Daya berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian [1], [2], [3]. 3) Mikrofon berfungsi untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik [2], [4]. 4) Rangkaian Pre – Amplifier berfungsi sebagai penguatan awal bagi mikrofon [1], [3]. 5) Rangkaian Amplifier berfungsi untuk memperkuat gelombang listrik yang dihasilkan oleh rangkaian pre – amplifier hingga menghasilkan sinyal tegangan DC [1], [3]. 6) Rangkaian Pulse Shaping berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan DC menjadi pulsa trigger untuk rangkaian multivibrator monostabil [1], [2], [3]. 7) Rangkaian Multivibrator Monostabil berfungsi sebagai penghasil pulsa clock [1], [2]. 8) Rangkaian Decade Counter berfungsi sebagai pencacah sinyal sesuai dengan pulsa clock yang berasal dari rangkaian multivibrator monostabil untuk mengaktifkan rangkaian multivibrator monostabil (B) [5], [6]. 9) Rangkaian Power ON Reset berfungsi untuk mengembalikan sinyal pencacah ke kondisi awal [5], [6]. 10) Rangkaian Zero Crossing Detector berfungsi untuk menghasilkan pulsa trigger (hasil dari sinkronisasi pada titik 0 dari sinyal AC) bagi rangkaian multivibrator monostabil [3], [7]. 11) Rangkaian Multivibrator Monostabil (A) berfungsi untuk menghasilkan pulsa clock dengan perioda bervariasi yang akan digunakan untuk men-trigger rangkaian multivibrator monostabil (B) [1], [2]. 12) Rangkaian Multivibrator Monostabil (B) berfungsi untuk menghasilkan pulsa “high” sesaat [1], [2]. 13) Rangkaian OR Gate berfungsi sebagai saklar logika [5], [6]. 14) Rangkaian MOC dan Triac berfungsi sebagai transmisi dari tegangan rendah (DC) menuju tegangan tinggi (AC) dan mengaktifkan tingkat pencahayaan lampu sesuai dengan siklus pengaktifan rangkaian multivibrator monostabil (B) [1], [3], [7]. 15) Lampu berfungsi sebagai sumber pencahayaan [2], [7]. Rangkaian keseluruhan Sound Switch (Gambar 3) merupakan rangkaian saklar elektronik (memanfaatkan energi akustik) yang dirancang untuk mengaktifkan dan menonaktifkan cahaya lampu disertai pengaturan dari tingkat pencahayaan pada lampu. Proses pengaturan tingkat pencahayaan (akibat perubahan phase aktif) lampu pada rangkaian Sound Switch terangkum dalam Tabel 1. Siklus kerja Sound Switch (Gambar 2) dimulai dari kondisi lampu OFF hingga Stage 5 (kondisi nyala lampu paling terang).
117
Catu Daya
Mikrofon
Rangkaian Pre – Amplifier
Rangkaian Amplifier Titik Uji 1
Rangkaian Zero Crossing Detector
AC Input
Rangkaian Pulse Shaping Titik Uji 2
Rangkaian Decade Counter
Titik Uji 3
Rangkaian Multivibrator Monostabil (A) Titik Uji 5
Rangkaian Multivibrator Monostabil
Titik Uji 4
Rangkaian Multivibrator Monostabil (B) Titik Uji 6
Rangkaian Power ON Reset
Rangkaian OR Gate
Rangkaian MOC dan Triac
Titik Uji 7
Lampu
Titik Uji 8
Gambar 1. Blok diagram dan titik-titik pengujian rangkaian Sound Switch
Tabel 1. Tingkat pengaturan cahaya lampu pada rangkaian Sound Switch
118
0 1 2 3 4 5 6
Pulse Shaping Trigger ke – 0 1 2 3 4 5 6
Rangkaian Multivibrator Monostabil Pin 3 L H H H H H H
Rangkaian Decade Counter Q0 H L L L L L
Q 1 Q2 Q3 L L L H L L L H L L L H L L L L L L RESET
Q4 Q5 L L L L L L L L H L L H
Perioda Aktif (MOC dan Triac) A1 & B1 A2 & B2 A3 & B3 A4 & B4 A5 & B5
Phase Aktif Lampu (1 siklus gelombang)
126 dan 306o 108o dan 288o 90o dan 270o 54o dan 234o 0o dan 180o Kembali ke kondisi awal o
Kondisi Lampu OFF Redup . . . Terang
Sound Switch dengan Dimmer…
Suara ke –
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Stage 1
Stage 2
Stage 3
Stage 4
Stage 5
OFF
Gambar 2. Siklus kerja Sound Switch
15 VAC
220 V AC
D4 1n4007
CT
D1 1n4007
~
D5 1n4007
IC 1 7812
+
D2 1n4007
~
VCC
D3 1n4007
LED1 C1 100 nF
15 VAC
C3 4700 mF
C5 100 nF
C7 220 mF
R1 2k2 W
VG C2 100 nF D6 1n4007
C4 4700 mF
C6 100 nF
C8 220 mF
IC 2 7912
VDD
R9 4k7 W
R7 10 kW R8 1 kW
R2 6k8 W
R4 1 kW
C9 100 pF
R3 10 kW
R10 10 kW
R11 82 kW
R13 6k8 W
C10 1 mF
R5 4k7 W
T1 BC547
R6 100 kW
R19 10 kW
R17 560 kW
T3 BC547
C12 1 mF
VR1 100 kW
R16 10 kW
(2)
C13 10 nF
D8 1n4148
D7 1n4148
C14 1 mF
(7)
Mikrofon Electret Condencer
R12 39 kW
RST (2) TRG
IC 3 LM741
R14 510 W
(3)
OUT
+
(1)
LED3
(3)
(14)
IC 5 CD4017 CLK
C16 10 nF
CV (5)
C17 100 nF
VDD
(4)
Vcc RST
(3)
Q0
(2)
Q1
(4)
Q2
(7)
Q3
LED2 C18 10 mF
(14)
LED4
Q5
LED5
IC 6b CD4071
C19 10 mF (1)
(3)
IC 6a CD4071
(5)
(2) (7)
LED6
CE GND Q6
R21 1 kW
(6) (4)
(10) Q4 (1)
GND
T4 BC547
(5)
VR2 10 kW
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 4 555
R18 10 kW
(4)
C11 1 mF
R20 47 kW
(8)
C15 47 nF
(6)
(1)
R15 4k7 W
(4)
T2 BC547
O1 (menuju Rangkaian Multivibrator Monostabil (A))
R22 1 kW
R23 220 kW
LED7
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch
119
Sound Switch dengan Dimmer…
VCC
input Q1
(4)
input O1
(2)
RST TRG
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 7 555 (A1)
OUT GND (1)
R24 6k8 W
R25 100 kW (2)
OUT
C21 10 nF
(5)
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 8 555 (B1)
(3)
CV
(4)
RST TRG
C20 100 nF
GND
R26 1 kW
(3)
CV
(1)
LED8
(5)
C22 1 mF
C23 100 nF
C24 1 mF
R27 1 kW
input Q2
(4)
input O1
RST (2) TRG
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 9 555 (A2)
OUT GND (1)
R28 5k6 W
R29 100 kW
OUT
C26 10 nF
(5)
C25 100 nF
GND
R30 1 kW
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 10 555 (B2)
(3)
CV
(4)
RST (2) TRG
(3)
CV
(1)
LED9
(5)
C27 1 mF
C28 100 nF
C29 1 mF
R31 1 kW
input Q3
(4)
input O1
(2)
RST TRG
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 11 555 (A3)
OUT GND (1)
R32 4k7 W
R33 100 kW (2)
(5)
C30 100 nF
GND
(14) (1) (2)
(1)
(3)
(3) (9)
IC 17c CD4071
Lampu
(10)
(5)
CV
LED10
(5)
C32 1 mF
IC 17a CD4071
(8)
OUT
C31 10 nF
R34 1 kW
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 12 555 (B3)
(3)
CV
(4)
RST TRG
C33 100 nF
C34 1 mF
(6)
IC 17b CD4071
(4)
(12) (13)
R35 1 kW
IC 17d CD4071
(11)
R45 390 W
(7)
(1)
(6)
TRIAC BT-137
input Q4 (2)
(4)
input O1
(2)
RST TRG
IC 13 555 (A4)
OUT GND (1)
R36 2k7 W
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
R37 100 kW (2)
C35 100 nF
GND
R38 1 kW
(8)
LED13
OUT
C36 10 nF
(5)
AC
(4)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 14 555 (B4)
(3)
CV
(4)
RST TRG
MOC3023
(3)
CV
(1)
R44 1 kW
LED11
(5)
C37 1 mF
C38 100 nF
C39 1 mF
R39 1 kW
input Q5
(4)
input O1
(2)
RST TRG
(8)
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 15 555 (A5)
OUT GND (1)
R40 1k5 W
CV (5)
R41 100 kW (2)
(4)
RST TRG
Vcc (7) DIS (6) THR
IC 16 555 (B5)
(3)
OUT
C41 10 nF
C40 100 nF
GND (1)
C42 1 mF
R42 1 kW
(8)
(3)
CV (5)
C43 100 nF
LED12 C44 1 mF
R43 1 kW
VG
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch (lanjutan)
Stage 1 (Gambar 2) merupakan kondisi lampu dengan nyala paling kecil (redup). Redupnya tingkat pencahayaan pada lampu bersumber dari aktifnya rangkaian multivibrator monostabil (A1) (rangkaian yang menghasilkan nilai perioda terbesar) dan rangkaian multivibrator monostabil (B1) akibat pergeseran state dari Q0 menjadi Q1 pada rangkaian decade counter. Stage 5 pada Gambar 2 merupakan stage yang menghasilkan cahaya lampu paling terang (maksimal). Terangnya tingkat pencahayaan pada lampu bersumber dari aktifnya rangkaian multivibrator monostabil (A5) (rangkaian yang menghasilkan nilai perioda terkecil) dan rangkaian multivibrator monostabil (B5) akibat pergeseran state dari Q4 menjadi Q5 pada rangkaian decade counter.
120
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Siklus kerja dari rangkaian Sound Switch diakhiri dengan padamnya lampu. Padamnya lampu disebabkan oleh pergeseran state dari Q5 menjadi Q6 pada rangkaian decade counter yang akan me-reset-kan kembali cacahan sinyal ke kondisi awal (akibat aktifnya rangkaian power ON reset), yaitu state Q0. State Q0 adalah state yang tidak terhubung dengan rangkaian multivibrator monostabil (B), sehingga MOC dan triac tidak akan terpicu dan lampu tidak terhubung dengan sumber tegangan AC.
3.
HASIL PENGUJIAN RANGKAIAN
Untuk mengamati bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan pulsa-pulsa listrik, maka dilakukan pengujian terhadap beberapa bagian penting yang menentukan kerja dari rangkaian Sound Switch. Hasil pengujian keseluruhan dari rangkaian Sound Switch pada masing-masing titik-titik pengujian (Gambar 1) menggunakan oscilloscope dan indikator komponen yang terpasang pada rangkaian Sound Switch (Gambar 3) terangkum dalam Tabel 2. Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
1
CH1 : audio generator CH2 : Titik Uji 1
2
CH1 : sinyal Titik Uji 1 CH2 : Titik Uji 2
3
CH1 : sinyal Titik Uji 2 CH2 : Titik Uji 3
121
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
4
Hasil Pengujian Clock ke – 0 1 2 3 4 5 6
Kondisi LED (output IC 5) Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 H off off off off off L on off off off off L off off off off on L off off off off on L off off off on off L off off off off on RESET (kembali ke kondisi awal)
Keterangan
Q0 : Q1 : nyala LED3 Q2 : nyala LED4 Q3 : nyala LED5 Q4 : nyala LED6 Q5 : nyala LED7
CH1 : full wave rectifier CH2 : sinyal voltage divider
5
CH1 : sinyal voltage divider CH2 : sinyal zero crossing
CH1 : sinyal zero crossing CH2 : Titik Uji 5
6.A1
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A1
122
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Keterangan
6.A2
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A2
6.A3
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A3
6.A4
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A4
6.A5
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A5
7
Input trigger dari – RESET A1 A2 A3 A4 A5
I C 5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Kondisi LED (output IC 8, 10, 12, 14, 16) B1 B2 B3 B4 B5 off off off off off off off off off on off off off off on off off off off on off off off on off off off off off on
B1 : nyala LED8 B2 : nyala LED9 B3 : nyala LED10 B4 : nyala LED11 B5 : nyala LED12
123
Sound Switch dengan Dimmer…
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji
Hasil Pengujian
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (1) 126o dan 306o (2) 108o dan 288o
8
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (3) 90o dan 270o (4) 54o dan 234o
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (5) 0o dan 180o
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan hingga hasil pengujian rangkaian keseluruhan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1) Suara sebagai sinyal AC yang masuk ke blok pre amp dan amplifier, akan diperkuat dan diubah menjadi sinyal DC yang berbentuk pulsa sebagai trigger bagi IC 4 timer 555. 2) IC 4 timer 555 akan menghasilkan sinyal output yang dimanfaatkan oleh decade counter untuk mengatur urutan state atau kondisi. 3) Zero crossing detector akan mensinkronkan pergerakan sinyal AC, ketika sinyal melewati phase titik 0. Output dari zero crossing detector digunakan untuk mentrigger seluruh IC timer 555 (A) dengan perioda bervariasi.
124
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
4) Konfigurasi dari IC timer 555 (A) yang dirangkai secara monostabil dengan nilai perioda yang bervariasi berpengaruh terhadap besarnya tegangan lampu dan berdampak pada tingkat pencahayaan lampu. 5) IC timer 555 (B) berfungsi untuk mengaktifkan MOC, sehingga triac ter-trigger. 6) Setiap 10 ms sekali, semua IC timer 555 (A) akan ter-trigger. Akan tetapi, hanya akan terdapat satu saja yang aktif untuk menghasilkan cahaya lampu. Sistem pengaktifan tersebut diatur oleh IC decade counter.
REFERENSI [1]. Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis, “Electronic Devices and Circuit Theory, Eleventh Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2012. [2]. Estrada, Richie, “Clap Switch to Control Room Light”, Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer UKRIDA, Vol.01, No. 02, 2012, p.144-152. [3]. Floyd, Thomas L., “Electronics Fundamentals – Circuits, Devices, and Applications, Sixth Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004. [4]. Townshend, Phil, “Electret Microphone”, EduTek, http://www.edutek.ltd.uk/CBricks_Pages/Electret_Microphone.html, diakses 12 Januari 2013. [5]. Kleitz, William, “Digital Electronics: A Practical Approach, Seventh Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2005. [6]. Purwanto, Eko B., “Teori dan Aplikasi Sistem Digital”, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2011. [7]. Lazaridis, Giorgos, “Voltage Controlled AC Light Dimmer”, PCBheaven, http://pcbheaven.com/circuitpages/Voltage_Controlled_AC_Light_Dimmer, diakses 13 December 2012.
125
