Ventilasi Otomatis Menggunakan Masukan PIR (Passive Infrared Sensor) dan Luaran Motor Servo

Abdul Sutriyono. Penulis. Khambali. Penulis. Tri Hartuti, Penulis

Intisari— Untuk melakukan otomasi  ventilasi pada ruangan dibutuhkan sistem penggerak yang dipasang pada ventilasi.  Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat sistem otomasi pada ventilasi berbasis Arduino Uno dengan sensor PIR HC-SR501 sebagai detektor inframerah pasif dan gerakan. Arduino Uno sebagai pengendali dan pemrosesan sinyal, serta untuk luaran Motor servo digunakan untuk menggerakkan daun ventilasi. Ketika sensor PIR  mendeteksi kehadiran seseorang meamsuki ruangan, maka luaran Motor Servo akan menggerakan ventilasi..

Kata kunci— Arduino Uno,  Motor Servo, Sensor PIR HC-SR501.

Abstract— To do ventilasi at room automation system needs driver mounted on the vent. The purpose of this research is to create a ventilation system automation based on the Arduino Uno with PIR sensor HC-SR501 as passive infrared detectors and motion.Arduino Uno as control and signal processing, as well as for the outcome of the servo motor is used to drive ventilation leaves. When the PIR sensor detects the presence of someone on to room, then the outcome would drive the servo motor ventilation.

Keywords— Arduino Uno, Sensor PIR HC-SR501, Motor Servo.

I.      pendahuluan

A.    Latar Belakang

Dalam perkembangan teknologi, banyak sarana yang dirancang secara otomatis untuk membantu kegiatan manusia dalam mengatur kegiatan sehari-hari, seperti sistem buka tutup daun ventilasi secara otomatis. Hal ini dilakukan untuk memudahkan aktivitas manusia.

Berdasarkan hal di atas maka dirancanglah alat untuk menggerakkan daun ventilasi secara otomatis. Alat ini akan bekerja apabila sensor PIR mendeteksi gerakan manusia maka servo akan bergerak mulai dari 15⁰ hingga 180⁰ derajat.

Diharapkan dengan  adanya alat pendeteksi ini, dapat mempermudah kita untuk beraktivitas.

B.    Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas akan akan ditentukan beberapa rumusan masalah yaitu

1.     Apakah alat yang digunakan untuk mengatur otomasi ventilasi?

2.     Apakah fungsi dari komponen tersebut?

3.  Bagaimana program yang digunakan untuk mengatur masukan dan keluaran?

4.  Bagaimana hasil yang didapatkan alat?

C.    Batasan Masalah

Adapun yang membatasi alat ini adalah sebagai berikut :

1.     Alat ini dapat berfungsi membuka daun ventilasi maksimal 180 derajat.

2.     Input yang dapat digunakan hanya 12 Volt

3.     Hanya menggunakan masukan sensor PIR (Passive Infrared) dan keluaran motor servo yang dihubungkan dengan daun ventilasi dan LED sebagai indikator.

D.    Metodologi

Target proyek ini menjalankan program yang dapat diimplementasikan langsung terhadap alat. Langkah -  langkah pembuatan Proyek Arduino dapat didefinisikan sebagai berikut :

1.     Studi pustaka alat dan bahan

2.     Perancangan perangkat lunak dan program

3.     Implementasi program,

4.     Pengujian perangkat lunak dan perangkat keras

5.     Analisa

6.     Laporan

II.    tinjauan pustaka

A.    PIR (Passive Infrared)

Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar.

Gambar 1. Sensor PIR

Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

- Lensa Fresnel

- Penyaring Infra Merah

- Sensor Pyroelektrik

- Penguat Amplifier

- Komparator

Gambar 2. Bagian – bagian Sensor PIR

Cara kerja pembacaan sensor PIR

Pancaran infra merah masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, karena sinar infra merah mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan menghasilkan arus listrik. Sensor pyroelektrik terbuat dari bahan galium nitrida (GaN), cesium nitrat (CsNo3) dan litium tantalate (LiTaO3).Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan oleh komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit). Jadi sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0 saat sensor tidak mendeteksi adanya pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR didesain dan dirancang hanya mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Diluar panjang gelombang tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang antara 9-10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. (Secara umum sensor PIR memang dirancang untuk mendeteksi manusia).

Jarak pancar sensor PIR

Sensor PIR memiliki jangkauan jarak yang bervariasi, tergantung karakteristik sensor. Proses penginderaan sensor PIR dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 3 Jarak Pancar Sensor PIR

Pada umumnya sensor PIR memiliki jangkauan pembacaan efektif hingga 5 meter, dan sensor ini sangat efektif digunakan sebagai human detector.

B.   
Arduino Uno

Gambar 4. Arduino Uno

Arduino adalah platform prototyping berbasis open-source elektronik  yang mudah digunakan (fleksibel) baik dari perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunaknya (software). Arduino ditujukan bagi para seniman, desainer, penggemar, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek interaktif didalam lingkungan pengembang.

Arduino mempunyai input yang dapat  menerima input dari berbagai sensor dan outputnya sebagai pengendali seperti  lampu, motor, dan aktuator lainnya. Arduino board mikrokontroler dapat diprogram menggunakan bahasa pemrograman Arduino (berdasarkan Wiring) dan dalam lingkup pengembang berdasarkan Processing. Arduino dapat bekerja mandiri atau dapat juga berkomunikasi dengan perangkat keras yang lain seperti komputer melalui perangkat  lunak  (misalnya Flash, Pengolahan, MaxMSP).

Arduino Board dapat dibuat/dirangkai sendiri atau membeli preassembled, kemudian perangkat lunak dapat didownload secara gratis. Referensi desain hardware (CAD file) Arduino Board berada di bawah lisensi open-source sehingga Anda bebas membuat atau membeli menyesuaikan dengan kebutuhan Anda.

C.   
Motor Servo

Gambar 5. Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.

Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energy mekanik, maka magnit permanent motor DC servolah yang mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh magnit permanent dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan.

Secara umum terdapat 2 jenis motor servo. Yaitu motor servo standard dan motor servo Continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat.   Motor servo standard sering dipakai pada sistim robotika misalnya untuk membuat “ Robot Arm” ( Robot Lengan ). sedangkan Servo motor continuous dapat berputar sebesar 360 derajat.  motor servo Continous sering dipakai untuk Mobile Robot. Pada badan servo tertulis tipe servo yang bersangkutan.

Motor servo merupakan sebuah motor dc kecil yang diberi sistim gear dan potensiometer sehingga dia dapat menempatkan “horn” servo pada posisi yang dikehendaki. Karena motor ini menggunakan sistim close loop sehingga posisi “horn” yang dikehendaki bisa dipertahanakan. “Horn” pada servo ada dua jenis. Yaitu Horn “ X” dan Horn berbentuk bulat ( seperti pada gambar di bawah ).

Gambar 6. Servo Dengan Horn Bulat

                                Gambar 7. Servo Dengan Horn X

Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.

Gambar 8. Posisi Gerakan Servo

Untuk menggerakkan motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai delay yang kita berikan. Untuk membuat servo pada posisi center, berikan pulsa 1.5ms.  Untuk memutar servo ke kanan, berikan pulsa <=1.3ms, dan pulsa >= 1.7ms untuk berputar ke kiri dengan delay 20ms, seperti ilustrasi berikut:

Gambar 9. Ilustrasi Gerakan Servo

III.  perancangan alat

A.    Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Adapun system yang digunakan yaitu :

1.     Sensor PIR (Passive Infra Red)

2.     Arduino Uno sebagai pengendali semua perangkat

3.     Motor Servo sebagai keluaran

4.     Rangkaian PCB untuk masukan (Sensor PIR)

5.     Rangkaian PCB untuk luaran (Motor Servo)

B.    Blok Diagram Hubungan Komponen Utama

Berikut ini adalah diagram blok aplikasi Arduino Uno menggunakan sensor PIR (Passive Infrared) dan keluaran Motor Servo.

Gambar 10.  Diagram Blok Komponen Utama

C.    Diagram Alir

Gambar 11. Diagram Alir

IV.  pengujian alat

Motor servo akan bekerja ketika sensor PIR membaca orang memasuki ruangan. Ketika sensor PIR membaca orang pertama memasuki ruangan sensor ke sudut 15⁰  menggerakan ventilasi udara. Ketika sensor PIR membaca orang ke-5 memasuki ruangan sensor ke sudut 30^o  menggerakan ventilasi udara. Ketika sensor PIR membaca orang ke-10 memasuki ruangan sensor ke sudut 45⁰  menggerakan ventilasi udara. Ketika sensor PIR membaca 1 orang ke-15 memasuki ruangan sensor ke sudut 60⁰  menggerakan ventilasi udara. Ketika sensor PIR membaca orang lebih dari 20 memasuki ruangan sensor ke sudut 75⁰  menggerakan ventilasi udara.

V.    penutup

A.    Kesimpulan

Setelah melakukan tahap perencanaan dan pembuatan sistem yang kemudian dilnjutkan dengan tahap pengujian. Maka dapat diambil kesimpulan sebagai beriut :

1.     Tampilan Keluaran pada Motor Servo sesuai dengan pembacaan data yang diterima.

2.     Sensor PIR sebagai masukan akan mendeteksi gerakan dan diproses pada arduino untuk selanjutnya menggerakkan motor servo sesuai jumlah orang memasuki ruangan.

B.    Saran

Apabila alat ini ingin dikembangkan maka hendaknya digunakan dua sensor PIR yang masing-masing diletakkan pada pintu masuk dan pintu keluar.

Ucapan Terima Kasih

Di dalam penulisan laporan Proyek Arduino ini, penulis mendapatkan banyak dukungan, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :

1.     Bapak Ir. Supriyadi, M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Semarang.

2.     Bapak Adi Wasono, B.Eng., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang.

3.     Bapak Dadi, S.T, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Semarang.

4.     Bapak Dr. Samuel Beta Kuntardjo, Ing-Tech., M.T, selaku Dosen Pengampu Mata Kulia Mikrokontroler.

5.     Semua pihak yang telah mendukung dalam penyelesaian Proyek Arduino ini.

Referensi

[1]        Bozu, Teru Teru, 2010., Sensor Gerak (PIR). http://www.iseerobot.com/produk-1052-sensor-gerak-pir.html. Diakses pada tanggal 19 Desember 2013.

[2]        Noff, Aldy RI, 2013., Apa itu Arduino Uno?. http://noffaldy.blogspot.com/2013/09/apa-itu-arduino-uno.html. Diakses pada tanggal 19 Desember 2013

[3]        Huda, Arif Akbarul, 2010., Mengenal Motor Servo. http://akbarulhuda.wordpress.com/2010/04/01/mengenal-motor-servo. Diakses pada tanggal 19 Desember 2013

Abdul Sutriyono. Lahir di Pati pada tanggal 31 Januari 1993. Telah menempuh pendidikan formal di SDN Gempolsari 03 Gabus (lulus tahun 2005), MTs Roudlotusysyuban Winong (lulus tahun 2008), dan SMK Tunas Harapan Pati (lulus pada tahun 2011). Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 087833980808 atau via e-mail: sutriyonoabdul@yahoo.com

Khambali. Lahir di Kabupaten Semarang pada tanggal 26 Januari 1993. Telah menempuh pendidikan formal di SDN Sidomukti 03 (lulus tahun 2005), SMPN 3 Bawen (lulus tahun 2008), dan SMAN 1 Ungaran (lulus pada tahun 2011). Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085727859861 atau via e-mail: maskhambali23@gmail.com

Tri Hartuti. Lahir di Pati pada tanggal 27 Mei 1993. Telah menempuh pendidikan formal di SDN Mintomulyo (lulus tahun 2005), SMPN 1 Juwana (lulus tahun 2008), dan SMK Bhina Tunas Bhakti Juwana (lulus pada tahun 2011). Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085747050116 atau via e-mail: tri.hartuti27@gmail.com