7

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Philips MASTER LED

Lebih dari 1000 jenis lampu telah diproduksi oleh Philips untuk berbagai

macam keperluan dalam ruangan maupun di luar ruangan. Diantaranya: Flourescent

Lamp, Compact Flourescent Integrated Lamp, High Intensity Discharge Lamp,

Incandescent lamp, Halogen Lamp, UV Lamp, Infrared Lamp, sampai dengan LED

Lighting system. Inovasi LED (Light Emitting Diode) pun terus dikembangkan, selain

hemat energi, LED juga memiliki daya tahan yang lebih lama dibanding dengan

lampu bohlam yang menggunakan filamen. Disamping itu LED juga dapat

memancarkan cahaya dalam intensitas besar dan tingkat kecerahan yang tinggi pula,

mudah diatur, radiasi panas yang rendah, tahan terhadap goncangan-goncangan

sehingga lebih awet, serta tidak memancarkan sinar UV.

Gambar 2.1. Perkembangan inovasi lampu Philips Master LED dari inovasi

sebelumnya yang terbilang tradisonal

8

Dengan inovasi terus menerus, Philips menciptakan berbagai macam jenis

lampu dengan komponen penyusun LED. Mulai dari model bohlam, kapsul, halogen,

spot, dan juga lampu TL. Ada diantaranya yang bisa dilakukan pengaturan terhadap

intensitas cahayanya (dimmable) dan ada juga yang tidak dapat diatur (non-

dimmable).

Gambar 2.2. Berbagai macam produk Philips Master LED

Ada 3 komponen penyusun yang berpengaruh terhadap performa lampu

Philips MASTER LED. Yang pertama adalah komponen optikal LED, komponen ini

berfungsi untuk mengatur luas daerah pancaran cahaya. Sedangkan komponen kedua

adalah komponen elektrik LED, yang terbagi atas kemasan LED dan pengendali

LED. Kemasan LED berfungsi untuk menentukan tingkat intensitas cahaya,

memaksimalkan temperatur warna, dan juga menjaga kekonsistenan warna yang

9

dipancarkan. Sedangkan pengendali LED memiliki fungsi sebagai penentu arus dan

daya lampu, serta memberikan fungsi dimmable pada lampu. Komponen terakhir

adalah komponen mekanik dan termal, dimana komponen ini berfungsi untuk

membatasi tingkat intensitas cahaya dan daya lampu, serta menghilangkan efek panas

yang tercipta dari komponen elektrik lampu.

Gambar 2.3. Komponen penyusun lampu MASTER LED.

1. Komponen optikal,

2. Komponen elektrik,

3. Komponen mekanik dan termal.

Philips membuat berbagai macam tipe lampu berbahan dasar LED dengan

karakteristik yang berbeda-beda. Salah satunya adalah tipe MASTER LED bulb 8-

40W E27 2700K 230V A60 Dim. Lampu ini memiliki karakteristik penyebaran cahaya

250°. Ketika diatur tegangan masukan pada lampu, maka intensitas cahaya yang

dipancarkan oleh lampu ini dapat berubah. Dengan menggunakan dimmer yang

bersifat leading-edge, dapat diatur intensitasnya dari 100% sampai dengan 10% dari

intensitas maksimalnya.

10

Gambar 2.4. Philips MASTER LED bulb 8-40W E27 2700K 230V A60 Dim

Dengan mengatur tegangan masuk berupa tegangan AC dari PLN, lampu ini

dapat juga menghasilkan intensitas cahaya yang berbeda-beda sesuai tegangan

masukan yang diberikan. Sama dengan tipe sebelumnya, lampu ini dapat diredupkan

menggunakan dimmer berkarakteristik leading edge dengan tegangan minimal 10%

dari tegangan maksimalnya. Dengan intensitas cahaya sebesar 470 lumens, lampu ini

cukup untuk menerangi sebuah ruang kerja yang pada umumnya memerlukan cahaya

sebesar 300 lumens (dengan jarak pengukuran 30 cm dari lampu). Dengan temperatur

warna sebesar 2700 K.

Harga lampu berbahan dasar LED terbilang mahal dibanding dengan lampu

bohlam atau lampu TL yang dijual di pasaran. Lampu LED ini memiliki beberapa

keuntungan, diantaranya lampu ini memiliki umur yang panjang yaitu 25.000-45.000

jam dibanding dengan lampu bohlam 40 W yang berumur sekitar 1.000 jam saja.

Sebagai alternatif pengganti lampu bohlam yang dapat diredupkan, lampu ini jauh

lebih hemat energi dibandingkan dengan lampu bohlam yang ada saat ini. Kualitas

11

cahaya yang dihasilkanpun tidak perlu diragukan, dengan konsumsi daya sebesar 8

W, kualitas penerangan yang dihasilkan sama dengan lampu bohlam berukuran 40 W.

Selain itu, lampu ini juga tidak menimbulkan efek panas seperti halnya lampu

bohlam, karena komponen penyusun lampu ini adalah LED. Dan juga lampu ini lebih

baik untuk kesehatan, karena tidak mengandung bahan merkuri atau zat-zat

berbahaya lainnya.

2.2. Mikrokontroler ATmega8

Arsitektur mikrokontroler jenis AVR (Alf and Vegard RISC) pertama kali

dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute

of Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR

kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Berbeda dengan pengendali mikro

keluarga MCS51, AVR menggunakan arsitektur RISC (Reduce Instruction Set

Computer) dengan lebar bus data 8 bit. Perbedaan ini dapat dilihat dari kecepatan

kerjanya. Dengan frekuensi kristal osilator yang sama, AVR 12 kali lebih cepat

dibandingkan dengan MCS51.

Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu

AT90Sxx, ATmega, AT86RFxx dan ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan

masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan saja.

Pada pembuatan tugas akhir ini digunakan ATmega8 sebagai pengendali utama

sistem, dengan beberapa spesifikasi mikrokontroler sebagai berikut:

1. Kecepatan maksimum 16 MHz

2. 8 Kbytes memori flash

12

3. Memori internal Static Random Access Memory (SRAM) sebesar 1Kbyte

4. Memori Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory

(EEPROM) sebesar 512Byte

5. Komunikasi serial standart Universal Synchronous/Asynchronous

Receiver/Transmitter (USART)

6. 3 buah timer/counter, yang terbagi atas 2 buah timer/counter 8 bit dan 1

buah timer/counter 16 bit

7. 3 buah kanal Pulse Width Modulation (PWM)

8. 6 bit Analog to Digital Converter (ADC)

9. Analog komparator

10. Interupsi internal dan eksternal

11. 23 jalur Input/Output (I/O) yang terbagi dalam 3 port

12. Memiliki 5 Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-

down, dan Standby

13. Catu daya 4,5-5,5 Volt DC

Gambar 2.5. Konfigurasi kaki ATmega8

13

ATmega8 memiliki 28 kaki dengan fungsi yang berbeda-beda. Berikut ini

adalah fungsi masing-masing kaki:

1. VCC dan GND digunakan sebagai masukan catu daya.

2. PB (PB0-PB7) digunakan sebagai I/O biasa, inverting oscillator amplifier,

dan SPI.

3. PC (PC0-PC6) digunakan sebagai I/O biasa, reset, dan ADC.

4. PD (PD0-PD7) digunakan sebagai I/O biasa, USART, masukan interupsi

eksternal (0 dan 1).

5. RESET digunakan untuk me-reset pengendali mikro.

6. XTAL1 dan XTAL2 digunakan sebagai masukan osilator eksternal.

7. AVCC digunakan sebagai masukan tegangan ADC.

8. AREF digunakan sebagai masukan tegangan referensi eksternal ADC.

2.3. Passive Infrared (PIR) PARADOX PA-465

PIR adalah sebuah sensor yang menangkap pancaran sinyal inframerah yang

dikeluarkan oleh tubuh manusia, dengan panjang gelombang 9,4 μm. Pancaran sinyal

inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor, yang

merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan sensor yang terdiri dari

galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Karena

pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas maka dapat tercipta arus

listrik.

PIR dilengkapi dengan sebuah lensa Fresnel yang berfungsi untuk

memfokuskan sinyal inframerah menuju Pyroelectric sensor. Dengan

14

membandingkan adanya perubahan sinyal inframerah di lingkungan dengan kondisi

sebelumnya, maka PIR ini akan mendeteksi adanya pergerakan manusia dalam

jangkauan PIR tersebut.

Paradox PA-465 merupakan sensor PIR dengan ruang cakupan sebesar 7

meter x 6 meter pada posisi ketinggan 2,5 meter sensor ini dapat dimanfaatkan untuk

mendeteksi keberadaan orang dalam suatu ruang kerja sebesar 4 meter x 4 meter.

Sensor ini membutuhkan catu daya sebesar 9-16 Volt, dan tegangan keluaran

tergantung pada kaki NC (Normally Close) dan C (Common).

Gambar 2.6. Modul Paradox PA-465

2.4. Modul Zero Crossing Detector

Zero crossing detector merupakan suatu rangkaian yang mendeteksi

perubahan bentuk gelombang dari positif ke negatif. Atau dengan kata lain

mendeteksi keberadaan titik 0 (nol) pada suatu tegangan dengan bentuk gelombang

AC. Setiap kali terdeteksi perubahan gelombang, rangkaian ini mengeluarkan sebuah

15

pulsa. Selanjutnya pulsa tersebut diumpankan ke mikrokontroler untuk diolah dan

memicu rangkaian dimmer lampu.

Gambar 2.7. Rangkaian Zero Crossing Detector

Dengan fungsinya sebagai saklar, transistor dioperasikan hanya pada dua titik

kerjanya yaitu pada daerah saturasi dan pada daerah cut-off. Pada daerah saturasi,

transistor bersifat seperti saklar “on”, resistansi antara kolektor dan emitter secara

idealnya sama dengan nol. Kondisi ini menyebabkan tegangan resistor pada kaki

kolektor sama dengan Vcc. Idealnya VCE sama dengan nol, tetapi pada kenyataanya

VCE pada saat saturasi sekitar 0 sampai 0,3 Volt.

Pada saat saklar “off” transistor berada pada daerah cut-off, idealnya resistansi

antara kolektor emitter adalah tak terhingga. Keadaan terbuka ini menyebabkan arus

dan tegangan resistor pada kaki kolektor sama dengan 0. Sedangkan VCE sama

dengan Vcc sehingga arus tidak mengalir. Tetapi pada kenyataanya VCE pada saat

cut-off kurang dari tegangan sumber, karena terdapat arus bocor antara kolektor

emitter.

16

Gambar 2.8. Rangkaian transistor sebagai saklar

2.5. Modul dimmer lampu

Dimmer adalah alat yang digunakan untuk mengubah kecerahan cahaya.

Dengan mengurangi atau meningkatkan tegangan RMS berarti memungkinkan lampu

untuk memvariasikan intensitas cahaya keluaran. Fungsi dimmer disini adalah untuk

melakukan pengaturan intensitas keluaran cahaya lampu sesuai dengan keinginan

penggunanya. Sebagai contoh, jika tegangan yang diberikan hanya setengah dari

masing-masing siklus AC, maka lampu akan meredup dibanding dengan yang

mendapatkan tegangan masing-masing secara penuh dari siklus AC.

Tegangan jala-jala PLN yang mengalir dalam satu siklus memiliki frekuensi

sebesar 50 Hertz. Bergantian bolak-balik berubah arah pada saat melewati titik nol

dan membentuk gelombang sinusoidal. Dengan menarik garis yang ada pada titik nol

inilah yang disebut titik zero crossing, dimana tidak terdapat arus yang mengalir pada

titik ini. Inilah titik di mana dimmer secara elektronik disinkronkan untuk

menghidupkan daya ON atau OFF dengan cara memotong gelombang pada titik nol.

17

Gambar 2.9. Sinyal AC normal dan sinyal AC setelah di dimmer

Ada 2 cara untuk memotong tegangan listrik: yatu leading-edge dimmer dan

trailing-edge dimmer. Leading-edge dimmer dilakukan dengan cara pemotongan

gelombang sinus di bagian awal, sedangkan trailing-edge dimmer memotong di

bagian akhir gelombang sinus. Keseluruhan rangkaian itu dilengkapi dengan TRIAC

dan DIAC.

Gambar 2.10. Sinyal leading-edge dimmer

Gambar 2.11. Sinyal trailing-edge dimmer

18

Pada perancangan ini akan digunakan pemotongan tegangan menggunakan

metode leading edge dimmer dengan menggunakan MOC 3020 dan triac BT136.

MOC 3020 dikendalikan oleh mikrokontroler dan berfungsi sebagai driver TRIAC.

Dengan terdeteksinya pulsa dari rangkaian zero crossing detektor maka

mikrokontroler akan mengaktifkan MOC 3020 dengan waktu tunda yang sudah

ditentukan pengguna. Selanjutnya MOC 3020 sebagai driver dari triac akan memicu

kaki gate sehingga menyebabkan lampu dapat menyala.

MOC 3020 merupakan sensor optocoupler, yang berfungsi sebagai pemisah

antara rangkaian power dengan rangkaian kontrol. Optocoupler merupakan salah satu

jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Optocoupler

terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Bagian pemancar atau

transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah untuk mendapatkan ketahanan

yang lebih baik daripada menggunakan LED biasa.

Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah

kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya

penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji di bagian

tengah antara LED dengan photo transistor.

Gambar 2.12. IC MOC3020

19

Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Biasanya triac

digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger.

Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya

mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V

sampai 600V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A. Pada rangkaian ini akan

digunakan Triac BT136.

Gambar 2.13. Struktur triac dan simbol triac

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam

kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idle)

sampai pada tegangan „break over‟ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi

„OFF‟ triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan „break over‟

ini akan turun.

Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula

tegangan „break over‟nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi „ON‟ triac. Apabila

triac sudah „ON‟ maka triac akan dalam kondisi „ON‟ selama tegangan pada MT1

dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol

20

volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari „ON‟ ke „OFF‟. Apabila triac sudah

menjadi „OFF‟ kembali, triac akan selamanya „OFF‟ sampai ada arus trigger ke gate

dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan „break over‟nya.

Gambar 2.14. Grafik karakteristik tegangan-arus triac

2.6. Modul catu daya

Modul catu daya berfungsi untuk memberikan daya pada tiap komponen. Catu

daya disini menggunakan trafo step down untuk menurunkan tegangan berbentuk

sinyal AC sinusoida 220 Vrms menjadi 12 Vrms. Kemudian tegangan keluaran

tersebut dilewatkan diode bridge untuk disearahkan lalu diumpankan ke regulator

tegangan LM2576T-ADJ.

LM2576-ADJ merupakan regulator catu daya tipe step-down switching yang

mampu menangani beban sebesar 3A. Regulator ini menghasilkan tegangan yang

bervariasi antara 1,23 - 37 Volt DC. LM2576T-ADJ memiliki kemampuan untuk

mengaktikan/menonaktifkan regulator dengan TTL (Transistor-Trasistor Logic).

21

Gambar 2.15. Konfigurasi kaki LM2576T-ADJ (tampak atas)

Gambar 2.16. Blok diagram LM2576T-ADJ

Gambar 2.17. Rangkaian LM2576T-ADJ

Tegangan Vout pada Gambar 2.17 dapat diperoleh dengan persamaan:

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑟𝑒𝑓 (1 +𝑅2

𝑅1) …………………………………………………….. (2.1)

22

Dari datasheet ditentukan nilai Vref sebesar 1,23 Volt sedangkan nilai R1

diantara 1 kΩ sampai dengan 5 kΩ.

Pada perancangan modul catu daya digunakan 2 buah LM2576T-ADJ.

Tegangan keluaran yang diharapkan adalah 5 Volt DC untuk memberikan daya pada

mikrokontroler, modul TSOP, dan modul zero crossing detector. Sedangkan tegangan

keluaran kedua yang diharapkan adalah 10 Volt DC untuk mencatu daya pada sensor

PIR.

2.7. Modul TSOP dan remote control

TSOP adalah sensor yang berfungsi untuk menerima adanya pancaran sinyal

inframerah. Pada perancangan ini digunakan TSOP 1238, dengan frekuensi pembawa

sebesar 38kHz. TSOP ini akan menerima data dari remote yang kemudian dikirimkan

kepada mikrokontroler sehingga informasi dari kode remote dapat dibaca. Remote

yang digunakan berupa remote control televisi universal.

23

Gambar 2.18. Remote yang digunakan untuk mengontrol sistem

Setiap produk elektronik yang dilengkapi remote biasanya memiliki protokol

masing-masing. Ada berbagai macam protokol yang dapat digunakan untuk

mendeteksi paket datanya, diantaranya yang terkenal adalah protokol RC5 dan

protokol SIRC. Protokol RC5 digunakan oleh Philips, sedangkan protokol SIRC

(SONY TV Infrared Remote Control) digunakan oleh pabrikan Sony. Pada modul

TSOP ini digunakan pembacaan data remote dengan SIRC.

Sebuah paket data lengkap SIRC terdiri atas sebuah start bit dan 12 bit data

dan sebuah frame space yang memisahkan sebuah frame dengan frame berikutnya.

Dimana 12 bit data tersebut terbagi atas 7 bit command code (C6 – C0) dan 5 bit

device code (D4 – D0). Protokol SIRC ini mengirimkan data LSB terlebih dahulu,

sehingga C0 adalah data pertama yang diterima setelah start bit.

24

Gambar 2.19. Contoh paket data protocol SIRC

(http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/sirc.php)

Untuk mengidentifikasi start bit, pulsa yang dikirimkan sebesar 2,4 ms. Data

„0‟ diwakili dengan 0,6 ms tidak ada pulsa, dan 0,6 ms ada pulsa, sehingga total

waktu untuk mendeteksi data „0‟ sebesar 1,2 ms. Sedangkan data „1‟ diwakili dengan

0,6 ms tidak ada pulsa, dan 1,2 ms ada pulsa, sehingga total waktu yang dibutuhkan

sebesar 1,8ms.

0,6ms 0,6ms 0,6ms 1,2ms

data ‘0’ data ‘1’

Gambar 2.20. Data „0‟ dan data „1‟ pada protokol SIRC

Data yang dikirim remote dan diterima TSOP akan dikirimkan menuju

mikrokontroler. Kemudian data yang dikirimkan tersebut akan dihitung masing-

masing lebar pulsanya menggunakan Timer 1. Dari hasil perhitungan lebar pulsa

tersebut dapat dipisahkan mana yang merupakan data „0‟ dan data „1‟. Sehingga

nantinya akan diperoleh 1 buah start bit, 7 bit command code, dan juga 5 bit address

25

code. Dengan demikian, dapat diperoleh variasi command code sebanyak 128

kemungkinan dan address code sebanyak 32 kemungkinan.