PERANCANGAN SENSOR PROXIMITY BERDASARKAN EFEK

KAPASITANSI DIIMPLEMENTASIKAN PADA LAMPU

Oleh

D. Setia Djayadi

NIM : 612006044

Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

Januari 2012

PERANCANGAN SENSOR PROXIMITY BERDASARKAN EFEK

KAPASITANSI DIIMPLEMENTASIKAN PADA LAMPU

Oleh:

D. SETIA DJAYADI

NIM : 612006044

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar

SARJANA TEKNIK

dalam

Program Studi Teknik Elektro

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

Disahkan Oleh:

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. F. Dalu Setiaji, MT. Daniel Santoso, M.S.

Tgl ………………………… Tgl …………………………

i

INTISARI

Untuk mengurangi penggunaan energi listrik, khususnya untuk lampu dapat

dilakukan dengan mengurangi penggunaan atau mematikan lampu pada ruang yang

tidak berpenghuni.Pada Tugas Akhir ini dirancang suatu sensor proximity berdasarkan

efek kapasitansi yang akan digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu.

Perancangan dilakukan dengan menggunakan deteksi perubahan tegangan dan frekuensi.

Pada deteksi perubahan tegangan apabila terdapat kehadiran manusia akan

terdapat perubahan arus yang kemudian perubahan arus tersebut akan diteruskan ke

rangkaian Front End Amplifier. Amplifier ini mendeteksi perubahan arus pada rangkaian

kapasitif dan mengubahnya menjadi tegangan yang kemudian dihubungkan

dihubungkan ke driver lampu. Pada deteksi perubahan frekuensi apabila terdapat

kehadiran manusia akan terdapat perubahan kapasitansi yang akan merubah frekuensi

keluaran pada osilator. Keluaran dari osilator dihubungkan ke mikrokontroler.

Mikrokontroler berfungsi untuk mengubah frekuensi menjadi tegangan DC yang

selanjutnya akan dihubungkan ke driver lampu.

Berdasarkan hasil percobaan didapatkan bahwa dengan menggunakan metode

deteksi perubahan pada tegangan dapat mendeteksi pada jarak kurang lebih 30cm baik

untuk posisi lampu digantung ataupun diletakkan diatas meja. Sedangkan dengan

menggunakan metode deteksi perubahan frekuensi dapat mendeteksi pada jarak kurang

lebih 50cm.

ii

PRAKATA

Penulis mengucapkan terima kasih dan syukur kepada Buddha dan Tuhan Yesus

Kristus yang mengizinkan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini semaksimal

mungkin. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

memberikan bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung dalam pengerjaan

tugas akhir ini, yaitu

1. Seluruh pengajar,staf, dan laboran Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana yang telah memberikan pengajaran dan

pelayanan selama penulis menempuh studi.

2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, MT. dan Bapak Daniel Santoso, S.T.,M.S. sebagai

pembimbing I dan II yang telah memberikan bimbingan, saran serta meluangkan

waktu untuk membantu penyelesaian tugas akhir penulis.

3. Papa, Mama, Amandani, Isma dan Setiaman sebagai anggota keluarga yang

memberikan doa, dan material. Serta tekanan karena selalu menanyakan ‘kapan

lulus’ sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Seorang individu bernama D.Setia Djayadi dengan segala keberuntungannya

5. Teman-teman makan : Deni Kurniawan, Nana Chutez, Yenti Fransiska, Arief

Teguh, Juwita Natasia, Adrian Subijanto., Imelda Vonny, Rudy Harsono, Sahat,

Christien Natalia, Christian Surya dan teman-teman yang lain atas kesediannya

menemani makan setiap saat .

6. Christien Natalia yang telah memberikan keceriaan kepada penulis dalam

penyelesaian tugas akhir penulis walaupun waktu terasa amat sangat singkat.

7. Nana Chutez yang telah bertindak sebagai ‘juragan’ di tahun terakhir penulis

dalam pembuatan tugas akhir ini.

iii

8. Deni Kurniawan yang telah bersedia meminjamkan kamarnya sehingga penulis

dapat mem-print semua tugas dan juga tidur siang bila sedang lelah.

9. Yenti Fransiska yang telah menemani setengah perjalanan hidup penulis di

elektro dalam keadaan susah maupun senang.

10. Insan-insan dunia P3k0k 4nd dvDu7 : Arief, Budi, Xin, Vonny, Atin, Lina, Yoyo,

Ian, Lukas, Gilbert, Jemmy, Deni, Bo, Yenti (yang dikeluarkan), dan Sahat (yang

masih baru) yang telah memberikan warna dalam dunia facebook dan kehidupan

di Salatiga selama menempuh kuliah.

11. Willy O yang telah membuat penulis melihat dunia secara lebih luas akan

kejamnya dunia.

12. Teman-teman angkatan 2006 : Angling, Bonus, Indra, Stephanus, Lukas, Gilbert,

Ricko, Sahat, Deni, Arief, Ian, Jemmy, Lina, Vony, Xin2, Yo2, Yenti, dan teman-

teman yang lain atas kenangan kebersamaannya selama studi.

13. Teman-teman futsal dan bulu tangkis yang telah membuat penulis berolahraga

sehingga penulis dapat menjaga kadar kolestrol dan kebugaran penulis.

14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu.

Terima kasih atas segala suka duka yang telah diberikan. Semoga tugas akhir ini

dapat bermanfaat. Sabbe Satta Bhavantu Sukhitatta, semoga semua makhluk hidup

berbahagia.

Salatiga, Januari 2012

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Halaman

INTISARI ....................................................................................................................... i

PRAKATA ....................................................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ ix

DAFTAR SINGKATAN .................................................................................................. xi

BAB I . PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2. Tujuan ........................................................................................................ 2

1.3. Spesifikasi .................................................................................................. 2

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

BAB II .DASAR TEORI ................................................................................................. 4

2.1. Kapasitor .................................................................................................... 4

2.2. Kapasitansi ................................................................................................. 4

2.3. Kapasitansi pada Tubuh Manusia .............................................................. 8

2.4. Mikro ATmega 8535 .................................................................................. 10

2.5. Osilator ....................................................................................................... 12

2.6. TRIAC........................................................................................................ 14

2.6. Optoisolator ............................................................................................... 15

BAB III . PERANCANGAN ........................................................................................... 16

3.1. Gambaran Umum Sistem ............................................................................ 16

v

3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras .............................................. 16

3.2.1. Modul Catu Daya ............................................................................ 18

3.2.2. Modul Mikrokontroler .................................................................... 20

3.2.3. Modul Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan

Tegangan ......................................................................................... 23

3.2.3.1. Modul Front End Amplifier ............................................... 23

3.2.3.2. Modul Penguat Selisih (Differential Amplifier) dan

Low Pass Filter (LPF) ....................................................... 25

3.2.4. Modul Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan

Frekuensi ......................................................................................... 27

3.2.4.1. Modul Osilator Op Amp .................................................... 27

3.2.5. Modul Driver Lampu ...................................................................... 29

3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak ............................................. 31

BAB IV . PENGUJIAN DAN ANALISIS ..................................................................... 32

4.1. Pengujian Modul ........................................................................................ 32

4.1.1. Pengujian Modul Catu Daya ........................................................... 32

4.1.2. Pengujian Modul Mikrokontroler ................................................... 33

4.1.3. Pengujian Deteksi Perubahan Tegangan ......................................... 33

4.1.4. Pengujian Deteksi Perubahan Frekuensi ......................................... 46

4.1.5. Pengujian TRIAC............................................................................ 52

4.2. Pengujian Keseluruhan .............................................................................. 53

BAB V. KESIMPULAN .................................................................................................. 56

5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 56

5.2. Saran .......................................................................................................... 56

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 57

vi

LAMPIRAN A DATASHEET........................................................................................... 58

LAMPIRAN B DOKUMENTASI ALAT ........................................................................ 71

vii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Kapasitor Keping Sejajar …………………………………………….. 5

Gambar 2.2. Pengukuran Nilai Kapasitansi Manusia ……………………………… 9

Gambar 2.3. Nilai Kapasitansi Baru yang Muncul di Antara Objek Sebagai

Hasil dari Kehadiran Seseorang ………………………………..…...... 10

Gambar 2.4. Konfigurasi Kaki ATmega8535 ……………………………………… 11

Gambar 2.5. Rangkaian Osilator Relaksasi dengan Op-Amp ……………………... 13

Gambar 2.6. Simbol TRIAC ……………………………………………………….. 14

Gambar 2.7. Skematik MOC ………………………………………………………. 15

Gambar 3.1. Blok Diagram Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan

Tegangan ……………………………………………………………… 17

Gambar 3.2. Blok Diagram Pengukuran Menggunakan Deteksi Perubahan

Frekuensi ……………………………………………………………... 17

Gambar 3.3. Rangkaian Catu Daya ………………………………………………... 18

Gambar 3.4. Rangkaian Mikrokontroler …………………………………………… 20

Gambar 3.5. Pemasangan Osilator ATmega8535…………………..……………..... 21

Gambar 3.6. Rangkaian Pe-reset ATmega8535…………………………………….. 22

Gambar 3.7. Fully Differential Amplifier …………………………………………... 23

Gambar 3.8. Rangkaian Front End Amplifier ……………………..……………….. 24

Gambar 3.9. Rangkaian Integrator ………………………………………………… 24

Gambar 3.10. Rangkaian Penguat Selisih dan LPF …………………………………. 26

Gambar 3.11. Rangkaian Osilator Op Amp ………………………………….……… 27

Gambar 3.12. Modul Driver Lampu …………..…………………………………….. 29

viii

Gambar 3.13. Diagram Alur Program ………............................................................. 31

Gambar 4.1. Model Lampu yang Digantung ……………………….…………....... 34

Gambar 4.2. Gambar elektroda dengan lampu, jarak antar elektroda dan

kedalaman elektroda, dengan tinggi meja 75cm …………………….. 35

Gambar 4.3. Grafik Percobaan dengan Sumber 220V AC (a) Percobaan 1,

(b) Percobaan 2, (c) Percobaan 3, (d) Percobaan 4 ………………….. 39

Gambar 4.4. Grafik Percobaan Pada Malam Hari ………………………………..... 40

Gambar 4.5. Grafik Percobaan Pada Siang Hari ……………………..…………..... 41

Gambar 4.6. Pengujian Diatas Meja ……………….………………………………. 42

Gambar 4.7. Rangkaian Osilator Op Amp …………………………………………. 47

Gambar 4.8. (a) Grafik Percobaan pada tanggal 12 Agustus 2011, (b) Grafik

Percobaan pada tanggal 13 Agustus 2011, (c) Grafik Percobaan

pada tanggal 18 November 2011 …………………………………….. 49

Gambar 4.9. Hasil Komparator Op-Amp ……………………………………….….. 50

Gambar 4.10. Hasil Op-Amp Osilator ……………………………………………….. 50

Gambar 4.11. (a) Grafik Percobaan pada tanggal 20 November 2011, (b) Grafik

Percobaan pada tanggal 20 November 2011………………………….. 52

Gambar 4.12. Grafik Percobaan pada Tanggal 2 Januari 2012 ..………………….…. 54

Gambar 4.13. Grafik Percobaan pada Tanggal 3 Januari 2012 ………………..…….. 54

ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Tabel Dielektrik Bahan ………………………………………………. 7

Tabel 2.2. Kapasitansi Berdasarkan Posisi Manusia ……………………………. 8

Tabel 4.1. Tanpa Sumber 220V AC ..……………………………………………. 35

Tabel 4.2. Dengan Sumber 220V AC ……………………………………………. 37

Tabel 4.3. Percobaan Pada Siang dan Malam Hari ………………………………. 39

Tabel 4.4. Variasi Spacing dengan Depth 2in (5.08cm) …………………………. 42

Tabel 4.5. Variasi Spacing dengan Depth 3in (7.62cm) …………………………. 43

Tabel 4.6. Variasi Spacing dengan Depth 4in (10.16cm) ……..…………………. 44

Tabel 4.7. Variasi Spacing dengan Depth 5in (12.17cm) ………………………... 45

Tabel 4.8. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 12

Agustus 2011 …………………………………………………………. 47

Tabel 4.9. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 13

Agustus 2011 …………………………………………………………. 47

Tabel 4.10. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 18

November 2011 ………………………………………………………. 48

Tabel 4.11. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 20

November 2011 ………………………………………………………. 51

Tabel 4.12. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 21

November 2011 ………………………………………………………. 51

Tabel 4.13. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 2

Januari 2012 …………….……………………………………………. 53

x

Tabel 4.14. Hasil Pengukuran dengan Osilator Op Amp pada tanggal 3

Januari 2012 …………………………………………….……………. 53

xi

DAFTAR SINGKATAN

AC Alternating Current

ADC Analog to Digital Converter

AVR Alf and Vegard’s RISC-processor

CT Center Tap

DC Direct Current

EEPROM Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory

I/O Input/Output

IC Integrated Circuit

RAM Random Access Memory

SRAM Static Random Access Memory

TRIAC Triode Alternating Current Switch

TTL Transistor-Transistor Logic

USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter