## Rancang Bangun Sistem Pengontrol Intensitas Cahaya pada Ruang Baca Berbasis Mikrokontroler ATMEGA16
Maulidan Kelana 1) , Abdul Muid* 1) , Nurhasanah 1)
1 Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Tanjungpura Pontianak, Indonesia *Email : muidssi@yahoo.com

## Abstrak
Telah  dilakukan  pembuatan  sistem  pengontrol  cahaya  untuk  mengontrol  kuat  penerangan  cahaya  pada ruang baca. Sistem ini dibangun menggunakan sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai pendeteksi intensitas  cahaya.  Tegangan  analog  LDR  diolah  oleh  mikrokontroler  ATMega16untuk  mengontrol  tiga buah lampu sebagai sumber penerangan ruang baca. Pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran intensitas cahaya alat hasil rancangan denganalat standar. Hasil penelitian ini  menunjukkan bahwa  sistem  dapat  mengontrol  dan  menjaga  kestabilan  intensitas  cahaya  ruang  baca  dalam  rentang 300–400Lux.
Kata kunci: Sensor LDR, Intensitas Cahaya, mikrokontroler ATMega16.

## 1. Latar Belakang
Membaca  merupakan  salah  satu  aktivitas yang  memerlukan  cahaya.  Intensitas  cahaya yang direkomendasikan dalam aktivitas membaca  yaitu  tidak  kurang  dari  250  Lux  (SNI No.  16-7062-2004).  Berdasarkan  penelitian yang  telah  dilakukan  Fathimahhayati  (2012) dan  Nursalim  dkk  (2012)  menyatakan  bahwa sebagian  besar  intensitas  penerangan  cahaya pada  ruang  tempat  berlangsung  aktivitas membaca  tidak  sesuai  SNI  (Standar  Nasional Indonesia).  Intensitas  cahaya  yang  tidak  sesuai standar  dalam  proses  membaca  dapat  menjadi salah satu penyebab kerusakan organ penglihatan.
Penelitian tentang kontrol intensitas cahaya  telah  banyak  dilakukan  seperti  Novianti dkk  (2012)  membuat  perancangan  prototipe sistem penerangan otomatis ruangan berjendela berdasarkan intensitas cahaya dengan mengontrol dimer lampu  pijar  sebagai  sumber penerangan. Otomo dkk (2013) membuat sistem kontrol  penyalaan  lampu  ruang  berdasarkan pendeteksian  ada  tidaknya  orang  di  dalam ruangan.  Dari  penelitiannya  didapatkan  bahwa lampu dapat menyala secara otomatis berdasarkan  keberadaan  orang  di  dalam ruangan  menggunakan  sensor Passive Infra-Red (PIR).  Tarigan  (2013)  merancang  pengontrolan lampu menyala menyesuaikan intensitas cahaya sekitar. Penelitian-penelitian
tersebut menunjukkan  bahwa  dapat  dibuat  alat  yang dapat mengontrol intensitas cahaya ruang baca. Pengontrolan  pada  ruang  tersebut  akan menghasilkan  kuat  penerangan  cahaya  standar yang sesuai kebutuhan dalam proses membaca.
Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah sistem pengontrol intensitas cahaya pada ruang baca  dengan  mengontrol  tiga  buah  lampu  yang digunakan  sebagai  sumber  penerangan  ruang tersebut.  Intensitas  cahaya  pada  ruang  baca
yang  dipengaruhi  intensitas  cahaya  dari lingkungan  akan  dikontrol  hingga  intensitas cahaya tersebut sesuai dengan intensitas cahaya standar  yang  telah  ditentukan.  Sistem  ini menggunakan  sensor  LDR  dan  mikrokontroler ATMega16.  Seluruh  aktivitas  pengontrolan sistem dilakukan oleh mikrokontroler ATMega16. Sensor LDR akan mengirimkan data intensitas  cahaya  ke  mikrokontroler  yang kemudian akan melakukan penyesuaian intensitas  cahaya  standar  dengan  melakukan pemutusan  dan  penyambungan  daya  listrik  ke lampu  sesuai  besarnya  intensitas  cahaya lingkungan. Keunggulan ATMega16 yaitu memiliki  waktu  eksekusi  program  yang  relatif cepat  dan  memiliki  konsumsi  daya  rendah terhadap  kecepatan  proses  eksekusi  perintah (Andrianto,  2008).  Sedangkan  LDR  banyak digunakan  karena  mempunyai  ukuran  kecil, murah  dan  memiliki  sensitivitas  tinggi (Budiharto dkk, 2005).

## 2. Metodologi
Waktu  yang  diperlukan  dalam  pembuatan alat  ini  adalah  6  bulan  yaitu  dari  bulan  April 2014  sampai  dengan  bulan  Agustus  2014. Lokasi  pelaksanaan  penelitian  dilaksanakan  di Laboratorium  Fisika  Lanjut  FMIPA  Universitas Tanjungpura.

## 2.1 Perancangan Sistem
Diagram  blok  perancangan  sistem  dari  alat  ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Blok Alat
Cahaya (Ruang) Detektor Cahaya (LDR)
Mikrokontroler ATMEGA 16
LAMPU
Relay
LCD
Cara  kerja  dari  sistem  ini  berdasarkan Gambar  1  yaitu  sinar  yang  datang  akan terdeteksi  oleh  LDR  dan  membuat  perubahan resistansi  sesuai  dengan  besarnya  sinar  yang datang pada LDR tersebut. Perubahan resistansi tersebut dijadikan sebagai parameter fisis dalam pengukuran  intensitas  cahaya.  Resistansi  LDR dikonversi  menjadi input sinyal  analog  dan diproses  oleh  ADC  pada  mikrokontroler  dalam bentuk  data digital yang ditampilkan pada LCD. Kemudian  mikrokontroler  akan  memproses sinyal-sinyal  yang  diperoleh  melalui  perintah yang telah ditanam didalamnya dan mengontrol lampu  sehingga  kuat  penerangan  cahaya menjadi terkontrol.
Gambar 2. Diagram Alur Kerja Sistem
Diagram  alur  kerja  sistem  pada  Gambar  2 menggunakan  intensitas  cahaya  ideal  sebagai intensitas  cahaya  referensi  dalam  rentang  300- 400 Lux. Relay dan Lampu dikontrol berdasarkan intensitas cahaya referensi tersebut,  sehingga  intensitas  cahaya  referensi tersebut  menentukan  kondisi  intensitas  cahaya ruang baca.

## 2.2Perancangan Prototipe
Gambar 3. Desain Instalasi Sistem
Seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  3,  tiga buah  lampu  diletakkan  pada  posisi  atas  secara berdampingan,  dimana  ketiga  lampu  ini berperan  sebagai  pengontrol  intensitas  cahaya di  dalam  ruang  baca.  Sebuah  lampu dimer diletakkan  di  samping  meja  yang  berperan sebagai  intensitas  cahaya  tambahan  dari lingkungan  dimana  lampu dimer ini  digunakan sebagai  pengganti  intensitas  cahaya  alami lingkungan  dan  sistem  pengontrol  diletakkan dibawah lampu pengontrol.

## 2.3Perancangan Perangkat Keras Sistem
Perancangan perangkat keras dalam sistem pengontrol  intensitas  cahaya  pada  ruang  baca berbasis  ATMega16  meliputi  perancangan sensor  cahaya, driver  relay dan  display  LCD. Gambar 4 adalah gambar rangkaian keseluruhan dari  sistem  pengontrol  intensitas  cahaya  pada ruang baca berbasis ATMega16.
Mikrokontroler  yang  digunakan  dalam sistem  pengontrol  intensitas  cahaya  ini  adalah ATMega16.  Penggunaan  ATMega16  karena mudah  didapat  dipasaran  dengan  harga  yang terjangkau dan memiliki fitur yang lengkap.Konfigurasi  pin  ATMega16  dengan kemasan  40  pin  Dual  In-line  Package  (DIP) dapat dilihat pada Gambar 5.
Lampu
Lampu Dimer Alat yang dirancang Detektor alat Meja Luxmeter Gambar 4. Skematik Rangkaian Keseluruhan Ya Baca Intensitas Cahaya
LCD
Relay tidak aktif Lampu tidak aktif Relay aktif Lampu aktif Tidak Inisialisasi Mikrokontroler, Crystal, Port, Variable, LCD Mulai
Intensitas 300-400 lux?
Selesai
Gambar 5. Konfigurasi Kaki (pin) ATMega16 (Sumber: Andrianto, 2008)
Adapun  rincian  pemakaian port pada mikrokontroler  sistem  pengontrol  intensitas cahaya pada ruang  baca  berbasis ATMega16 ini adalah sebagai berikut :
1. PORTA.0  dihubungkan  kebagian  sensor Cahaya LDR
2. PORTB.0  sampai  PORTB.5  dihubungkan kebagian display LCD
3. PORTC.1, PORTC.2 dan PORTC.3
dihubungkan kebagian driverrelay .

## 2.4Perancangan Sensor
Gambar 6. Rangkaian Sensor
Dari Gambar 6 dapat dicari tegangan Output:
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝐿𝐷𝑅 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 +𝑅𝐿𝐷𝑅 𝑉 𝑐𝑐 (1)
Sensor  cahaya  pada  sistem  ini  digunakan sebagai  rangkaian  pembagi  tegangan.  Tegangan output rangkaian  akan  dipengaruhi  oleh perubahan  resistansi  LDR  akibat  perubahan intensitas cahaya.
Gambar 7. Grafik hubungan antara resistansi dan iluminasi (Sumber: data sheet LDR)
Dari  Gambar  7  diketahui  bahwa  hubungan antara  resistansi  LDR  dan  iluminasi  berupa grafik nonlinier.

## 2.5Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat  lunak  menggunakan  bahasa  C dalam  penulisan  programnya,  karena  dapat mempermudah  dan  mempersingkat  instruksi- intruksi yang digunakan dalam bahasa assembly .
Dalam  pembuatan  program  digunakan  fungsi atau  aritmatika.  Untuk  penulisan  program digunakan perangkat lunakAVR Studio. Program yang  telah  ditulis  dalam  bahasa  C  di- compile oleh AVR Studio dan menghasilkan beberapa file yang  akan  digunakan  untuk  ditanamkan  ke mikrokontroler.  Proses  penanaman  program  ke IC  mikrokontroler  AVR  dapat  menggunakan sistem download secara In-System Programming (ISP) dengan bantuan AVR Studio. ISP Flash On- chip mengijinkan  memori  program  untuk diprogram  ulang  dalam  sistem  menggunakan hubungan serial SPI.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Proses pembuatan perangkat keras dilakukan  dalam  satu board utama  dengan sensor  cahaya  yang  fleksibel  agar  bisa  bebas diarahkan.  Gambar  8  adalah  gambar  dari  hasil pembuatan  bagian  perangkat  keras  sistem pengontrol intensitas cahaya.

## Gambar 8. Perangkat Keras Alat
Pada board utama terdapat  beberapa blok yang berfungsi  sebagai  penunjang  kerja  sistem, sehingga  diperlukan  pengujian  setiap  bagian dari blok tersebut.
Gambar9. Instalasi Alat pada Ruang Baca Setelah proses perancangan dan pembuatan  alat  dilakukan,  langkah  selanjutnya adalah melakukan proses pengujian dan analisa data dari setiap blok diagram yang telah dibuat.
Proses  pengujian  tersebut  meliputi  pengujian mikrokontroler  dan  LCD,  pengujian Relay , pengujian  Lampu  dan  pengujian  sistem  secara keseluruhan.
R LD R R resistor V Ou t
Untuk  mengetahui  sistem  bekerja  dengan baik  atau  tidak,  maka  dilakukan  pengujian instalasi dengan mengalirkan arus listrik ke tiga buah  lampu  dan  alat  yang  telah  dibuat  seperti Gambar9.  Pengaturan  posisi  ketiga  lampu  dan penempatan  sensor  sangat  penting  dalam penelitian  ini,  karena  ketiga  lampu  tersebut akan  menjadi  sumber  penerangan  dalam mengontrol intensitas cahaya ruang baca.
Penempatan  sensor  cahaya  LDR  pada posisi  bagian  atas  meja  dilakukan  agar  titik pengukuran  cahaya  terukur  sesuai  batasan intensitas cahaya yang telah ditentukan. Sumber cahaya berasal dari tiga buah lampu berdaya 35 Watt dengan kemampuan 1890 Lumen.

## 3.1Pengujian Mikrokontroler ATMega16 dan
LCD 16x2

## Gambar 10. Pengujian Blok LCD
Pengujian  mikrokontroler  dapat  dilakukan dengan  melakukan  pengunduhan  salah  satu program.  Jika  program  tersebut  dapat  berjalan dengan  lancar  maka  dipastikan  mikrokontroler dapat  digunakan.  Pengujian  mikrokontroler dilakukan  dengan  melakukan  pengunduhan program  LCD  16x2.  Dalam  proses  pengujian blok  LCD  diperlukan  kode  program  yang diunduhkan pada mikrokontroler. Kode program  yang  dibuat  adalah  program  yang berfungsi  untuk  menampilkan  tulisan  yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 10.

## 3.2 Pengujian Sensor Cahaya LDR
Gambar 11. Grafik Hasil Pembacaan Intensitas

## Cahaya dan Luxmeter
Proses  pengujian  sensor  LDR  dilakukan dua tahap, yaitu mengukur perubahan resistansi LDR  terhadap  intensitas  cahaya  secara  manual dan  mengukur  data  intensitas  cahaya  yang
ditampilkan  oleh  alat  yang  dirancang.  Tujuan pengujian  ini  yaitu  untuk  mengetahui  apakah sensor  LDR  membaca  intensitas  cahaya  dengan baik  dan  dapat  digunakan  dalam  pembuatan sistem pengontrol cahaya.
Berdasarkan  Gambar  11,  diketahui  bahwa proses  pembacaan  intensitas  cahaya  oleh  alat berfungsi baik dan memiliki error relatif 2,04%. Adanya error pembacaan  intensitas  cahaya  ini, dapat disebabkan oleh resistansi perangkat dan faktor  sampling  pada  proses  pembacaan intensitas cahaya kedua sensor.
Gambar 12. Bentuk fisik detektor cahaya
Bentuk  detektor  dirancang  dengan  bentuk seperti  pada  Gambar  12  dengan  maksud  agar mudah  memposisikan  sensor  LDR  untuk memperoleh data intensitas cahaya. Pada bagian sensor  ditutupi  dengan  tutup  setengah  bola yang  bertujuan  untuk  mengurangi  intensitas cahaya yang masuk. Intensitas cahaya yang akan dideteksi  oleh  sensor  LDR  harus  dikurangi karena  tanggapan  sensor  LDR  secara  langsung (tanpa  tutup)  pada  rentang  intensitas  cahaya 300-400  Lux  memiliki  rentang  nilai  perubahan resistansi  yang  relatif  kecil.  Sehingga  dengan membuat  sensor  LDR  seperti  Gambar  12 diharapkan memperoleh rentang nilai perubahan resistansi yang relatif lebih besar.

## 3.3Pengujian Lampu
Lampu yang digunakan untuk memperoleh intensitas  cahaya  yang  telah  ditentukan  pada penelitian  ini  yaitu  tiga  buah  lampu  Neon  35 Watt  dengan  kemampuan  1890  Lumen.  Lampu tersebut dipilih dengan menyesuaikan intensitas cahaya yang diperlukan untuk penerangan pada ruang  baca.  Dengan  demikian  kebutuhan intensitas cahaya pada ruangan dapat dikontrol dengan ketiga lampu tersebut.

## Tabel 1. Pengujian Lampu
Lampu Kuat Penerangan (Lux) Nilai ADC A 98 346 B 104 355 C 97 347 A+B 202 396 A+C 205 369 B+C 209 398 A+B+C 300
417 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 100 200 300 400 500 N ilai ADC Intensitas Cahaya (lux) ADC pengukuran ADC perhitungan
Dari  tabel  1  dapat  diketahui  bahwa  intensitas cahaya  yang  dihasilkan  dari  tiga  buah  lampu Neon  tersebut  dapat  memberikan  kontribusi penerangan cahaya sesuai standar untuk  sistem pada penelitian ini.

## 3.4 Pengujian Driver Relay
Pengujian driver  relay dilakukan  untuk mengetahui  apakah  lampu  telah  terhubung dengan  mikrokontroler  ATMega16.  Pengujian driver relay dilakukan dengan cara memprogram mikrokontroler untuk menghidupkan  ketiga  lampu  secara  bergantian. Jika  lampu  menyala  sesuai  program  yang ditanamkan, maka driver relay berfungsi baik.
Tabel 2. Pengujian Driver Relay Relay Perintah Program Kondisi Relay Relay 1 On terhubung Off Tidak terhubung Relay 2 On terhubung Off Tidak terhubung Relay 3 On terhubung Off Tidak terhubung Berdasarkan  tabel  2,  dapat  disimpulkan  bahwa rangkaian driver relay yang dibuat berjalan atau berkerja sesuai dengan yang diinginkan.

## 3.5 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Pada data dimer naik, tegangan awal dimer 0 Volt (sistem gelap) ketiga lampu menyala dan intensitas  cahaya  sistem  berubah  menjadi  300 Lux.  Ketika dimer dinaikkan  secara  bertahap, intensitas  cahaya  sistem  berubah  mengikuti intensitas  cahaya  lampu dimer .  Pada  saat tegangan dimer 60  Volt,  lampu  A  padam sehingga  intensitas  cahaya  sistem  turun  hingga 309 Lux. Tegangan lampu dimer dinaikkan terus bertahap  hingga  lampu  B  dan  C  juga  padam seperti  peristiwa  lampu  A.  Ketika  lampu  A,  B dan  C  padam  (pada  tegangan dimer 108  Volt),
yang menyala hanya lampu dimer dan intensitas cahaya  lingkungan  sistem  berubah  mengikuti intensitas cahaya lampu dimer tersebut.
Pada  data dimer turun,  terjadi  peristiwa serupa  seperti  pada  data dimer naik.  Yang berbeda hanya tegangan lampu dimer diturunkan  dari  awal  yaitu  tegangan dimer paling  tinggi  (196  Volt)  hingga  tegangan dimer paling  kecil  (0  Volt).  Hasil  pengujian  sistem pengontrol intensitas cahaya secara keseluruhan  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar 13,  didapatkan  bahwa  pergerakan  intensitas cahaya  dalam  sistem  dengan setting program yang  ditanamkan  di  dalam  mikrokontroler dapat  mengontrol  ketiga  lampu  dan  menjaga kestabilan intensitas cahaya dalam rentang 300- 400 Lux.
Gambar 14. Grafik Pembacaan Intensitas Cahaya terhadap Waktu
Dari  grafik  pada  Gambar  14,  didapatkan bahwa  pergerakan  intensitas  cahaya  yang dibaca oleh alat yang dirancang pada pengukuran  intensitas  cahaya  setiap  waktunya, stabil  dengan  nilai error relatif  sebesar  0,27% untuk  pengukuran  intensitas  cahaya  300  Lux dan 0,25% untuk pengukuran intensitas cahaya 400  Lux.  Adanya error pembacaan  intensitas cahaya  ini,  dapat  disebabkan  oleh  resistansi perangkat  yang  dipengaruhi  suhu  sistem  dan faktor sampling pada  proses  pembacaan intensitas cahaya sensor.
350 355 360 365 370 375 380 385 0 500 1000 1500 2000 N ilai ADC Waktu (Menit) Intensitas Cahaya 300 lux Intensitas Cahaya 400 lux 0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 200 In ten sit as Ca h ay a (L u x) Tegangan Lampu Dimer (Volt) Dimer Naik Dimer Turun
Gambar 13. Grafik Pergerakan Intensitas Cahaya pada Sistem
Lampu A Padam Lampu B Padam Lampu C Padam

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian ini, telah dilakukan perancangan,  pembuatan,  pengujian  serta analisis sistem pengontrol intensitas cahaya dan dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  sistem dapat mengontrol ketiga lampu dan menjaga kestabilan  intensitas  cahaya  ruang  baca dalam  rentang  300-400  Lux  dengan error relatif alat sebesar 2,04%.
2. Pembacaan intensitas cahaya oleh alat stabil terhadap waktu dengan error relatif  sebesar 0,27  %  untuk  pengukuran  intensitas  cahaya 300 Lux dan 0,25 % untuk intensitas cahaya pengukuran 400 Lux.

## Daftar Pustaka
Andrianto,
H., 2008, Pemrograman
Mikrokontroler  AVR  ATMega16 ,  Penerbit INFORMATIKA, Bandung. Anonym,  1997, Data  sheet  Light  Dependent Resistors , RS Components, Corby, Northants. Budiharto,  W.,  dan  Firmansyah,  S.,  2005, Elektronika  Digital  Dan  Mikroprosesor , Penerbit ANDI, Yogyakarta. Fathimahhayati,  L.  D.,  2012, Analisis  dan Evaluasi  Faktor  Pencahayaan  pada  Ruang Kuliah (Studi Kasus di Jurusan Teknik Mesin Dan  Industri  Universitas  Gadjah  Mada Yogyakarta) , Jurnal Angkasa. Naskah Standar Nasional Indonesia (SNI) No 16- 7062-2004,
Pengukuran
Intensitas
Penerangan di Tempat Kerja , Jakarta. Novianti,  K.,  Lubis,  C.,  dan  Tony,  2012, Perancangan  Prototipe  Sistem  Penerangan Otomatis  Ruangan  Berjendela  berdasarkan Intensitas  Cahaya , Seminar Nasional
Teknologi Informasi.
Nursalim,  Kurniati,  S.,  dan  Kabelen,  A.,  2013,
Pengujian  Intensitas  Cahaya  pada  Ruang Laboratorium Komputer Fakultas Sains Dan
Teknik (FST) Undana Menggunakan
Calculux V.5.0 , Jurnal Media Elektro. Otomo,  G.,  dan  Wildian,  2013, Sistem  Kontrol Penyalaan  Lampu  Ruang  berdasarkan Pendeteksian ada Tidaknya Orang di dalam Ruangan , Jurnal Fisika Unand Vol. 2, No. 4. Tarigan,  P.,  2013, Perancangan  Alat  Simulator
Kontroler Lampu Rumah Berbasis Komputerisasi dengan Menggunakan Metode Fuzzy Logic Control ,Pelita Informatika Budi Darma, Volume III.