-
Pembuatan Alat Pendeteksi Cahaya dengan Interface
LCD
LAPORAN
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Fisika Modern
Oleh:
Ahmad Samsudin (1127030003)
Ajeng Nurmalasari (1127030005)
Anti Khoerul Fikriyyah(1127030011)
Elis Susilawati (1127030017)
Fitri Rahayu (1127030025)
Fauzi Nurul Audianto (1127030023)
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI BIDANG
UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
2013
-
Abstract
Making light intensity measurement tool is intended to
determine
the working principle of the minimum system gauges the
intensity
of light , Knowing the workings of light intensity measuring
device
, Understanding the equations used in the gauges light intensity
,
Understand the working principle of the LCD interface .
Mechani-
cal experiments were performed in the making of this light
intensity
measuring instrument is to make the program an AVR CV which
will
be put in the minimum system microcontroller . Sismin we use
are
ATmega 16 . The system is based on a microcontroller as a
data
processor . To be able to find out information about the
intensity
of light , it takes a measurement system hardware that comes
with
the software . The hardware used is a series of light sensor LDR
(
Light Dependent Resistor ) to detect the intensity of light ,
and then
converts it into a voltage . The series of ADC ( Analog to
Digital
Converter ) to convert analog voltage derived from a series of
light
sensors , measurement data to be digital . System
microcontroller to
process and calibrate the measurement data to be displayed on
the
LCD screen.
Keyword: Light intensity, ATmega 16 Light Sensor (LDR), the
LCD
1
-
Ringkasan
Pembuatan alat pengukuran intensitas cahaya ini bertujuan
un-
tuk mengetahui prinsip kerja dari sistem minimum alat pengukur
in-
tensitas cahaya, Mengetahui cara kerja dari alat pengukur
intensitas
cahaya, Memahami persamaan yang digunakan dalam alat
pengukur
intensitas cahaya, Memahami prinsip kerja dari interface LCD.
Teknik
percobaan yang dilakukan dalam pembuatan alat ukur intensitas
ca-
haya ini yaitu dengan membuat program CV AVR yang nantinya
akan di masukkan ke dalam sistem minimum mikrokontroler.
Sis-
min yang kita gunakan adalah ATmega 16. Sistem tersebut
berbasis
pada mikrokontroler sebagai pengolah data. Untuk dapat
mengetahui
informasi mengenai intensitas cahaya, maka dibutuhkan suatu
sistem
perangkat keras pengukuran yang dilengkapi dengan perangkat
lu-
nak. Perangkat keras yang digunakan yaitu rangkaian sensor
cahaya
LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi intensitas
cahaya,
kemudian mengkonversikannya menjadi tegangan. Rangkaian ADC
(Analog to Digital Converter) untuk mengubah tegangan analog
yang
berasal dari rangkaian sensor cahaya, untuk menjadi data
penguku-
ran digital. Sistem mikrokontroler untuk mengolah dan
mengkalibrasi
data hasil pengukuran tersebut untuk ditampilkan di layar
LCD.
Kata Kunci: Intesitas Cahaya, ATmega 16, Sensor Cahaya (LDR)
, LCD
2
-
1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Cahaya adalah bagian dari spektrum radiasi gelombang
elektromagnetik
yang dapat dilihat oleh manusi. Sinar putih yang biasa dilihat
(sinar tam-
pak/visible light) terdiri dari semua komponen warna dari
spektrum ca-
haya. Spektrum cahaya terbagi berdasarkan range (batasan
wilayah) pan-
jang gelombang. Panjang gelombang yang berbeda-beda
diinterpretasikan
oleh otak manusia sebagai warna.
Cahaya yang berupa spektrum warna disebut cahaya polychromatic,
sedan-
gkan yang terdiri atas satu panjang gelombang disebut cahaya
monochro-
matic. Alat ukur intensitas cahaya dapat mengukur baik cahaya
monochro-
matic maupun cahaya polychromatic. Jika mengukur cahaya
polycrhromatic.
Jika mengukur cahaya polycrhomatic, berarti hasil pengukuran
intensitas ca-
haya merupakan total intensitas semu warna.
Untuk merealisasikan rancangan perangkat pengukur intensitas
cahaya,
dalam tugas projek UAS ini dibuat suatu perangkat alat ukur
intensitas ca-
haya menggunakan sensor cahaya berbasis LDR yang sistem
minimumnya
menggunakan ATMega 16. Dengan melakukan Pembuatan alat
penguku-
ran intensitas cahaya ini diharapkan kita dapat mengetahui
prinsip kerja
dari sistem minimum alat pengukur intensitas cahaya, Mengetahui
cara kerja
dari alat pengukur intensitas cahaya, Memahami persamaan yang
digunakan
dalam alat pengukur intensitas cahaya, Memahami prinsip kerja
dari inter-
face LCD.
3
-
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu:
1. Mengetahui prinsip kerja dari sistem minimum alat pengukur
intensitas
cahaya.
2. Mengetahui cara kerja dari alat pengukur intensitas
cahaya.
3. Memahami persamaan yang digunakan dalam alat pengukur
intensitas
cahaya.
4. Memahami prinsip kerja LDR sebagai bahan semi kundoktur
1.3 Dasar Teori
1.3.1 Cahaya
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat
dengan
mata. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sebagian dari
energi ini
diubah menjadi cahaya tampak (visible light). Perambatan cahaya
di ruang
bebas dilakukan oleh gelombang elektromagnetik [1]. Kecepatan
rambat (v)
gelombang elektromagnetik di ruang bebas sama dengan 3108 meter
per de-
tik. Jika frekuensi (f) dan panjang gelombang l , maka :
= Vf
dengan l adalah panjang gelombang,satuan meter (m), v adalah
kecepatan
cahaya (m/s), f adalah frekuensi, dengan satuan hertz (Hz)
Intensitas dan Kuat Penerangan dari Sumber Cahaya Titik Suatu
titik sum-
ber cahaya akan memancarkan fluks cahaya (dU) dengan sudut ruang
sebesar
(d), seperti terlihat pada Gambar 2.3, maka akan memiliki
intensitas pen-
erangan yang dapat dinyatakan dengan formula berikut :
I = dd
4
-
dengan I adalah intensitas penerangan,satuan Candela (Cd), d
adalah fluks
cahaya, dengan satuan lumen (lm), d adalah sudut ruang dengan
satuan
steradian (st). Untuk sumber penerangan dalam ruang terang
(brightness)
adalah :
B = dAdI
dimana B adalah ruang terang, dengan satuan Cd/cm2, dI adalah
intensitas
penerangan, dengan satuan Candela (Cd), dA adalah luas
permukaan, den-
gan satuan cm2, Bila suatu daerah dengan luas dA diterangi
dengan fluks
penerangan d, maka kuat penerangan E (lux) adalah :
E = dAdF
dimana E adalah kuat penerangan, dengan satuan lux. Kuat
penerangan E
adalah :
E = ddA
=dddA
dengan d = dAr2
, kita peroleh :
E = Ir2
Persamaan ini menjabarkan tentang hukum fotometri tentang jarak.
Menu-
rut persamaan ini, kuat penerangan E dari sebuah sumber titik
cahaya akan
menurun sebanding dengan kuadrat jarak r untuk intensitas
penerangan yang
konstan.
1.3.2 LDR
Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu
jenis re-
sistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila
mengalami
perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor
Ca-
haya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar
kecilnya ca-
haya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut
dengan alat
atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya.
Biasanya LDR
5
-
terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor
yang
resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang
menge-
nainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai
sekitar
10 M, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun
menjadi
sekitar 150 . Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan
LDR dalam
suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa.
Di bawah
cahaya yang terang, lebih banyak elektron dapat melepaskan diri
dari atom-
atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron
bebas yang
mengalirkan muatan listrik. Hal ini disebabkan adanya efek foto
elektrik
(photoelectric effect) yaitu fenomena quantum elektron (quantum
electronic)
dimana elektron-elektron dipancarkan atau dilepas oleh suatu
bahan setelah
menyerap energi dari radiasi gelombang elektromagnetik seperti
sinar X (X-
ray) atau cahaya tampak (visible light). Dalam keadaan ini,
bahan bersifat
sebagai konduktor yang baik. Tahanan listrik bahan rendah.
Semakin terang
cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang
tersedia,
dan semakin rendah pula tahanan listik bahan.
1.3.3 LCD(Liquid Crystal Display)
Liquid Crystal Display (LCD) merupakan Sebuah teknologi layar
digital yang
menghasilkan citra pada sebuah permukaan yang rata (flat) dengan
mem-
beri sinar pada kristal cair dan filter berwarna, yang mempunyai
struktur
molekul polar, diapit antara dua elektroda yang transparan. Bila
medan
listrik diberikan, molekul menyesuaikan posisinya pada medan,
membentuk
susunan kristalin yang mempolarisasi cahaya yang melaluinya.
Teknologi yang ditemukan semenjak tahun 1888 ini, merupakan
pengola-
han kristal cair merupakan cairan kimia, dimana
molekul-molekulnya dapat
diatur sedemikian rupa bila diberi medan elektrikseperti
molekul-molekul
metal bila diberi medan magnet. Bila diatur dengan benar, sinar
dapat
melewati kristal cair tersebut.
Tampilan Kristal Cair (bahasa Inggris: Liquid Crystal Display)
juga dike-
nal sebagai LCD adalah suatu jenis media tampilan yang
menggunakan
6
-
kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di
berbagai
bidang misalnya dalam alat-alat elektronik seperti televisi,
kalkulator ataupun
layar komputer.
Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak sekali titik
cahaya
(pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah
titik cahaya.
Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak
memancar-
kan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD
adalah
lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal
cair tadi.
Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah
yang mem-
bentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus
listrik akan
berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul
dan oleh
karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan
sedangkan
warna lainnya tersaring.
1.3.4 Mikrokontroler
Mikrokontoler mampu melaksanakan semua kerja pemrosesan kompleks
yang
diperlukan untuk memproses berupa menghitung, memanipulasi,
mengkali-
brasi dan lain sebagainya suatu data input (atau input-input)
dan mengir-
imkan sistem ke output (atau output-output)-nya Sebuah
mikrokontroler ser-
ingkali disebut dengan sebutan komputer kecil dalam sebuah
chip[8]. Sebu-
tan ini merupakan sebuah deskripsi yang cukup tepat bagi piranti
mikrokon-
troler. Mikrokontroler adalah sebuah rangkaian terpadu tunggal,
dimana
semua blok rangkaian merupakan unit-unit terpisah di dalam
sebuah kom-
puter yang digabung menjadi satu.
1.3.5 ADC(Analog Digital Convert)
ADC adalah kepanjangan dari Analog To Digital Converter yang
berfungsi
untuk mengubah input analog menjadi kode kode digital. ADC
banyak di-
gunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan
rangkaian
pengukuran/atau pengujian.Umumnya ADC digunakan sebagai
perantara
antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer
seperti sen-
7
-
sor suhu, cahaya, tekanan atau berat, aliran dan sebagainya
kemudian diukur
dengan menggunakan sistim digital (komputer). Secara singkat
prinsip kerja
dari konverter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian diuji,
dan bilamana
perlu sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan
rangkaian yang
paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan
keluaran D/A
merupakan nilai analog yang ekivalen dengan nilai register
SAR.
Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim
sinyal se-
lesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan
menghasilkan
data digital yang ekivalen ke dalam register buffer. Dengan
demikian, kelu-
aran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus
konversi
yang baru.
1.4 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan antara lain:
1. Papan PCB
2. Kapasitor 22pF
3. Kristal 12000MHz
4. IDC female
5. Header
6. LDR
7. Kabel 6 pin
8. ATMega16
9. Resistor 220
10. Resistor 20K
11. Socket IC 40 pin
8
-
12. LCD
13. Solder
14. Timah
15. Multimeter
1.5 Prosedur Percobaan
Pertama, dilakukan persiapan komponen yang digunakan. Lalu,
dilakukan
pembuatan alur rangkaian pada PCB. Selanjutnya, komponen disusun
pada
PCB dan dan dilakukan penyambungan tiap komponen menggunakan
timah.
Lalu, dibuat program untuk IC mikrokontroler ATMega16
menggunakan
software CodeVision AVR. Beberapa logika dimasukan agar
rangkaian da-
pat berjalan. Ketika program selesai dibuat, program tersebut
dimasukan
pada mikrokontroller ATMega16 menggunakan
downloader.Selanjutnya, di-
lakukan percobaan kalibrasi dengan mengambil 40 data antara
sensor cahaya
dengan termometer. Data kalibrasi tersebut kemudian dimasukkan
dalam ex-
cel dan dicari persamaan dari kedua data. Setelah persamaan
didapat, nilai
dari persamaan yang didapat akan dimasukkan dalam program. Lalu,
pro-
gram yang telah dirubah nilai persamaannya dimasukkan kedalam
mikrokon-
troller dengan downloader. Terakhir, dilakukan uji coba
rangkaian sensor
cahaya dan analisis hasil yang didapatkan.
9
-
Persiapan komponen
Pembuatan alur rangkaian
Menyambungkan tiap-tiap komponen yang digunakan
Membuat program pada CodeVision AVR
Memasukan beberapa logika pada program
Memasukan program pada mikrokonttroller
Kalibrasi
Memasukkan data dan membuat pesamaan kalibrasi pada excel
Memasukkan nilai persamaan pada program
Memasukkan program pada mikrokontroller
Uji coba dan anlisis hasil
10
-
2 Hasil dan Pembahasan
2.1 Data Hasil Pengamatan
Percobaan 1
No X Y No X Y1 140 80 21 157 1232 139 79 22 159 1193 140 76 23
161 1164 138 75 24 163 1085 147 108 25 159 1336 147 100 26 158 1407
148 103 27 159 1378 149 107 28 159 1379 149 114 29 160 12310 150
103 30 161 11311 153 113 31 160 10812 151 129 32 180 15313 151 124
33 168 15314 152 125 34 175 13215 154 112 35 176 14716 155 125 36
170 17117 154 128 37 166 17218 153 127 38 166 17719 155 132 39 165
17220 156 136 40 161 176
Table 1: Data Percobaan 1
11
-
Keterangan :
X= Nilai data pada LCD
Y= Nilai data pada Lux Meter
12
-
Percobaan 2
No X Y No X Y1 174 180 21 175 1852 175 179 22 174 1863 173 178
23 172 1794 173 179 24 174 1665 172 179 25 175 1776 172 180 26 185
1967 173 181 27 175 1938 174 181 28 185 1949 173 177 29 182 19110
172 182 30 178 19011 170 176 31 186 19012 169 173 32 185 19013 169
175 33 184 19014 168 171 34 176 19015 169 173 35 178 18916 168 164
36 179 18817 166 163 37 180 18518 165 169 38 175 18419 169 178 39
183 18220 173 1178 40 178 186
Table 2: Data Percobaan 2
13
-
Keterangan :
X= Nilai data pada LCD
Y= Nilai data pada Lux Meter
14
-
2.2 Pembahasan
Prinsip kerja sistem secara keseluruhan adalah dimulai dari
menangkap inten-
sitas cahaya oleh rangkaian sensor cahaya (LDR). Intensitas
cahaya tersebut
kemudian di ubah oleh rangkaian LDR menjadi tegangan. Tegangan
yang
dihasilkan oleh rangkaian LDR masih bersifat analog. Oleh karena
itu, agar
tegangan tersebut dapat diproses secara digital dengan sistem
mikrokon-
troler. Maka tegangan tersebut harus di ubah terlebih dahulu
kebentuk
digital. Perangkat converter analog ke digital (analog to
digital converter)
ADC berfungsi untuk mengubah tegangan analog keluaran rangkaian
sensor
LDR menjadi data digital. Data digital keluaran dari perangkat
ADC ke-
muadian diproses di dalam mikrokontroler dan di kalibrasi untuk
kemudian
ditampilkan pada layar tampil LCD.
Secara keseluruhan sistem terdiri dari enam bagian yaitu
rangkaian sensor
cahaya LDR, rangkaian ADC, input saklar, mikrokontroler, display
LCD dan
indikator LED untuk menunjukan kesiapan.
1. Rangkaian sensor cahaya LDR
Rangkaian sensor ini digunakan untuk menangkap perubahan
intensitas
cahaya menjadi tegangan.
2. Rangkaian ADC
Integrated Circuit ADC yang digunakan adalah ADC 0804 yang
akan
mengubah tegangan analog keluaran dari rangkaian sensor
menjadi
data digital 8 bit.
3. Input saklar 1
Input saklar 1 adalah saklar tekan yang dunakan untuk
mengaktifkan
mikrokontroler.
4. Input saklar 2
Input saklar 2 adalah saklar rotary (rotary switch) dan saklar
tekan
yang digunakan untuk memilih warna cahaya yang akan diukur.
5. Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 16
yang
15
-
akan melakukan proses pengolahan data, perhitungan data,
kalibrasi
dan melakukan konversi data dari data biner ke data decimal yang
akan
dikirim ke layar LCD.
6. Sirkit Display LCD
Sirkit Display LCD berfungsi untuk menampilkan informasi
penguku-
ran kepada pengguna. LCD yang digunakan adalah LCD tipe
M1632,
terdiri dari dua baris dan masing-masing baris terdiri dari 16
karakter
(biasanya disebut LCD 162). Tiap karakter berukuran 57 dot
matrix.
7. Indikator LED
Indikator LED berfungsi sebagai indikasi bahwa sistem sedang
siap
atau beroperasi.
Light Emitting Diode (LED) adalah komponen semikonduktor yang
da-
pat memancarkan cahaya pada saat terjadi rekombinasi antara
electron dan
hole. Rekombinasi ini berkaitan dengan radiasi karena
menghasilkan pho-
ton cahaya. Banyak sedikitnya photon cahaya yang dihasilkan
berhubun-
gan dengan besar kecilnya arus yang diberikan pada LED tersebut.
Hal
ini dapat diketahui dengan banyak sedikitnya fluks cahaya yang
dihasilkan.
Suatu datasheet berisi informasi tentang spesifikasi dan
karakteristik pro-
duk. Untuk dapat memperoleh koefisien kalibrasi (k), maka
dilakukan su-
atu pengetesan pada LED. Pengetesan dilakukan dengan cara
menempelkan
LED secara garis lurus dengan sensor cahaya dan memberikan arus
yang
bervariasi pada LED (ILED), mencatat tegangan yang terbentuk
pada LED
(VLED) yang selanjutnya akan dipergunakan untuk memperoleh
besarnya
daya LED (PLED), serta mencatat banyaknya fluks cahaya yang
tertangkap
oleh sensor cahaya yang ditampilkan pada LCD (alat ukur belum
terkali-
brasi). Banyaknya fluks cahaya yang terukur ini merupakan data
biner
keluaran dari ADC yang telah didekodekan menjadi data desimal
(keluaran
ADC). Pengetesan dilakukan dalam ruangan yang gelap agar cahaya
yang
terukur hanya cahaya dari LED. Arus yang diberikan pada LED
bervariasi
hanya sampai 20 mA, hal ini karena arus 20 mA adalah
karakteristik arus
yang dispesifikasikan bahwa LED akan bekerja maksimal dan
mengeluarkan
16
-
cahaya secara maksimal tanpa menimbulkan panas pada LED
tersebut. Koe-
fisien kalibrasi diperoleh dengan cara membagi besarnya daya LED
dengan
data desimal keluaran ADC yang tertampil pada LCD.
17
-
3 Kesimpulan
Berdasarkanhasilpraktikum yang
diperolehmakadapatdisimpulkansebagaiberikut
:
18
-
References
[1] Aliah,Hasniah. Optimasi Durasi Pelapisan Katalis TiO2 pada
Per-
mukaanPolimer Polipropilena serta Aplikasinya dalam
Fotodegradasi
Larutan Metilen Biru .,paper
[2] Tim eksperimen Fisika I. Modul Eksperimen Fisika I .(2013).
Ban-
dung
[3] Sawitri,Asti. FotoDegradasi Pewarna organik Metilen Biru
dengan
Metode Fotokatalisis menggunakan Katalis Polimer berlapis
Titanium
oksida(TiO2) .,Tugas Akhir
Berisi daftar literatur yang digunakan sebagai acuan dasar
teori.
Andabolehmencantumkansumberapasaja di sini, mulaibuku, lapo-
ranilmiah, maupun artikel pada suatu situs tertentu. Semakin
banyak
literatur yang relevan dan berkualitas, maka dasar teori Anda
semakin
bagus.( minimal 7-10 dafus, modul jangan dimasukan kedaftar
pustaka,
dafus dari web maximal hanya 2 referensi,
19
-
LAMPIRAN
jika diperlukan
20