LED-based Smart Lamp with Multi Sensor Lampu Pintar

LED-based Smart Lamp with Multi Sensor

Lampu Pintar Berbasis LED dengan Multi Sensor

Ade Ramdan ∗, Dicky Rianto Prajitno, Herlan, Elli A. GojaliPusat Penelitian Informatika

Lembaga Ilmu Pengetahuan IndonesiaJln Cisitu 21/154 D, Bandung 40135

Indonesia

Abstract

In this paper, we propose a LED-based smart lamp prototype that integrated with sensor. The smart lamp use information ofpeople and lighting confirmation, to turn on or turn off the lamp automatically. In addition, the sensor calculates and balancesflash and ambient light exposure to decrease the light, so that can make energy efficiently in use. PIR (Passive Infrared Receiver)and Ultrasonic sensor is preferred to detect people condition in one place and LDR (Light Dependent Resistant) is preferred todetect intensity of light. In experimental system of smart lamp obtain good condition where the average of illuminance 257,6lux. The smart lamp can detect large and small movements caused by human beings and can provide a constant room lighting.keywords: Smart lamp, Presence detection, Ultrasonic

Abstrak

Pada tulisan ini, sebuah lampu pintar berbasis LED berbasis integrasi sensor deteksi keberadaan dan sensor deteksi cahayadiusulkan. Sensor digunakan untuk menyalakan atau memadamkan lampu secara otomatis berdasarkan keberadaan orangdisekitarnya. Selain itu, lampu pintar juga dapat mengatur tingkat pencahayaan yang dibutuhkan dengan memperhatikancahaya ambien untuk mencegah terjadinya pencahayaan yang berlebih guna menghindari energi yang terbuang sia-sia. Deteksikeberadaan menggunakan penggabungan dua buah sensor yaitu PIR (Passive Infrared Receiver) dan Ultrasonik, sedangkandeteksi cahaya menggunakan sensor LDR (Light Dependent Resistant). Hasil pengujian mendapatkan sistem lampu peneranganbekerja dengan baik dan dapat memberikan pencahayaan sebesar 257,6 lux. Lampu Pintar tersebut sudah dapat mendeteksigerakan besar dan kecil yang ditimbulkan oleh manusia dan dapat memberikan pencahayaan ruangan yang konstan.kata kunci: Lampu pintar, Deteksi keberadaan, Ultrasonik

1. PENDAHULUAN

Sekarang ini banyak orang yang membuat lampupenerangan yang dapat mengatur cahaya lampusecara otomatis. Lampu penerangan tersebutdilengkapi dengan sensor-sensor dan alat kontroldengan tujuan sebagai langkah dalam mencapaiefisiensi [1]. Sensor-sensor yang digunakan padalampu tersebut adalah sensor deteksi keberadaandan sensor deteksi cahaya. Kedua sensor tersebutberfungsi untuk menyalakan/memadamkanlampu secara otomatis berdasarkan keberadaanorang (auto switch) dan untuk mengatur tingkat

∗Corresponding Author. Tel: +6222-2504711Email: [email protected]: 22 Jul 2013; revised: 10 Aug 2013; accepted: 6Sep 2013Published online: 30 Nov 2013c© 2013 INKOM 2013/14-NO250

iluminasi dalam ruangan sesuai kebutuhan (autoillumination). Pengaturan intensitas cahayalampu berdasarkan cahaya ambien denganmemperhatikan kontribusi pencahayaan dari luarseperti pencahayaan matahari. Adanya auto switchdan auto illumination tersebut dapat menghindariterjadinya pemborosan dalam penggunaan energipada sistem penerangan [2]. Seperti halnya padatulisan Smart Lighting and Control using MSP430& Power Line Communication yang dibuat olehSanjay Belgaonkar, dkk [3] dan Smart Lightingin Multipurpose Outdoor Environments: EnergyEfficient Solution using Network of CooperatingObjects yang dibuat oleh Anna Florea, dkk [4],dimana keduanya sama-sama membuat sebuah alatsmart lighting yaitu teknologi pencahayaan yangmenggunakan kontrol otomatis untuk mengontrolcahaya berdasarkan keberadaan, cahaya sianghari, dan lain-lain [3]. Sensor keberadaan yangdigunakan masih menggunakan sensor PIR, dimana

INKOM, Vol. 7, No. 2, Article 250, Publication date: November 2013.

68 • Ade Ramdan et. al.

sensor PIR yang digunakan untuk mendeteksikeberadaan manusia berdasarkan gerakan tersebutmasih memiliki tingkat kesalahan pada kasusgerakan kecil [5]. Selain itu lampu, sensor dan alatkontrol terpisah satu sama lainnya, sehingga dalampemasangannya diperlukan instalasi khusus olehorang yang memiliki keahlian khusus pula.

Lampu penerangan yang diajukan pada tulisanini, merupakan lampu pintar berbasis LED yangmemiliki fungsi yang sama seperti produk yangsudah ada. Akan tetapi, ada perbedaan darisisi sensor keberadaan dan bentuk produk jadi.Sensor keberadaan yang digunakan pada lampupintar ini terdiri dari dua buah sensor yaitusensor PIR dan sensor Ultrasonik yang digabungmenjadi sensor keberadaan atau dikenal dengansensor hunian (occupancy sensor). Tujuan daripenggabungan kedua sensor tersebut untuk salingmelengkapi kelebihan dan saling mengurangikekurangan dari kedua sensor tersebut sehinggadapat mencegah terjadinya pemicu palsu (FalseTriggers) [6]. Perbedaan dari sisi bentuk produkadalah lampu pintar ini dibuat seperti lampupenerangan biasa yang menggunakan standarsoket E27, sehingga menjadi sebuah lampu pintar(smart lamp) yang mudah dalam penggunaanatau pemasangannya seperti lampu pijar biasa.Dengan adanya kemudahan tersebut diharapkanlebih banyak lagi masyarakat yang berperan sertadalam pengefisiensian energi listrik yang digunakanuntuk penerangan.

Tulisan ini terdiri dari beberapa bagian. Bagian2 menjelaskan tentang LED dan multi sensoryaitu sensor PIR, Ultrasonik dan LDR. Metodologipenelitian disajikan pada bagian 3, kemudian padabagian 4 dibahas mengenai hasil dari pengujian alatyang dibuat. Tulisan ini diakhiri dengan kesimpulanpada bagian 5.

2. LED DAN MULTI SENSOR

Lampu Pintar Berbasis LED dengan Multi Sensoradalah sebuah alat lampu penerangan yangmenggunakan LED (Light Emitting Diode) sebagaisumber cahaya penerangan dan multi sensor sebagaiauto switch dan auto illumination. LED dan multisensor tersebut terintegrasi menjadi satu produklampu penerangan yang pintar dalam memberikanpencahayaan sesuai dengan kebutuhan secaraotomatis berdasarkan keadaan cahaya ambien danaktivitas disekitarnya.

Penggunaan LED sebagai sumber cahayapenerangan, karena LED merupakan lampu hematenergi yang memiliki kelebihan dibandingkandengan lampu konvensional lainnya selain umurnyapanjang yaitu 50.000 jam juga lebih hematdibandingkan dengan lampu pinjar dan lampu

swabalast. Selain itu, lampu LED juga ramahlingkungan karena lampu LED tidak mengandungmerkuri dan menghasilkan emisi CO2 yang lebihrendah bila dibandingkan lampu lampu konvesionallainnya [7].

Multi sensor yang digunakan pada lampu pintarini adalah sensor PIR, sensor Ultrasonik, dansensor LDR. Sensor PIR (Passive Infrared Receiver)merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared.Sesuai dengan namanya Passive, sensor ini hanyamerespon energi dari pancaran sinar inframerahpasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksiolehnya, yaitu biasanya adalah tubuh manusia [8].PIR dirancang khusus untuk deteksi manusia karenasensor ini peka terhadap panjang gelombang panasmanusia (8-14 m). PIR terdiri dari dua sensorinframerah, sehingga sensor mendeteksi perubahansuhu manusia dan suhu lingkungan ketika manusiamelakukan gerakan [9].Sensor ultrasonik merupakan akustik Doppler sensor[10], yang dapat memancarkan gelombang akustikterhadap benda-benda dan menerima respon yangdipantulkan dari objek. Prinsip operasi didasarkanpada pengukuran waktu pantulan (Tf), yaitu waktuyang diperlukan untuk gelombang ultrasonik yaitu40 KHz untuk perjalanan dari pemancar ke penerimasetelah terpantul dari target [11]. Sekarang ini,sensor ultrasonik termasuk komponen yang murahdan berdaya rendah [12].

Sensor PIR dan sensor Ultrasonik digunakansebagai sensor keberadaan yang berfungsi untukmenyalakan dan memadamkan lampu secaraotomatis berdasarkan keberadaan orang atauaktivitas disekitarnya. Penggabungan keduasensor tersebut bertujuan untuk saling melengkapikelebihan dan saling mengurangi kekurangan darikedua sensor tersebut sehingga dapat mencegahterjadinya False Off dan False ON. False Off adalahkelemahan dari sensor PIR dimana sensor PIRakan off ketika masih ada manusia disekitar areadeteksi, sedangkan False ON adalah kelemahan darisensor Ultrasonik dimana sensor Ultrasonik akan onketika ada gerakan yang bukan berasal dari gerakanmanusia.

Sensor LDR (Light Dependent Resistant)merupakan sensor cahaya yang digunakan untukmengatur tingkat pencahayaan (intensitas cahaya)yang dibutuhkan secara otomatis (auto illumination)dengan memperhatikan cahaya ambien atau cahayadisekitar lampu yang mendapat kontribusi cahayalainnya dari luar, seperti cahaya matahari, lampudisekitarnya, dan lain-lain, sehingga tidak ada energiyang terbuang sia-sia.


Lampu Pintar Berbasis LED dengan Multi Sensor • 69

3. LAMPU PINTAR YANG DIUSULKAN

Pada pembuatan Lampu Pintar Berbasis LEDdengan Multi Sensor ini, metodologi dibagi menjadidua tahapan yaitu tahapan pembuatan perangkatkeras (hardware), dimana pada tahapan ini dibuatbeberapa rangkaian elektronika dan mekanik dariLampu Pintar Berbasis LED. Tahapan selanjutnyaadalah pembuatan perangkat lunak (software)meliputi pembuatan program.

Gambar 1. Blok Diagram Lampu Pintar Berbasis LEDdengan Multi Sensor

Gambar 2. Rangkaian Sensor Cahaya

3.1 Perangkat Keras

Adapun blok diagram dari sistem Lampu PintarBerbasis LED dengan Multi Sensor dapat dilihatpada Gambar 1. Pembuatan perangkat keras untuklampu pintar meliputi :

(1) Pembuatan pada bagian elektronika untukLampu Pintar Berbasis LED dengan MultiSensor terdiri dari :(a) Sensor Keberadaan untuk mendeteksi

keberadaan manusia atau aktivitas disekitar lampu yang berfungsi sebagai autoswitch pada lampu. Sensor keberadaanyang digunakan adalah sensor PIR

Gambar 3. Rangkaian Driver LED

Gambar 4. LED Array Sebagai Sumber Cahaya Buatan

type AMN31112 buatan Panasonic danUltrasonik type MB 1360 buatan Maxbotix.

(b) Sensor Cahaya untuk mengukur cahayaambien yang berfungsi sebagai autoillumination. Sensor Cahaya tersebutmenggunakan sensor LDR seperti padaGambar 2.

(c) Kendali mikrokontroler AVR ATMega328yang berfungsi sebagai pengontrol sistempenerangan. Kendali menggunakan modulArduino Pro Mini.



(d) Driver LED, untuk mengatur tegangan dcyang diperlukan oleh lampu LED. DriverLED dengan menggunakan transistor type2SC1173, seperti pada Gambar 3.

(e) LED Array, merupakan sumber cahayabuatan yang terdiri dari 10 buah Power SMDLED yang terhubung seri-paralel sepertiyang terlihat pada Gambar 4.

(f) AC/DC Converter, merupakan rangkaianelektronika yang berfungsi untuk mengubahtegangan ac 220 volt menjadi tegangan dc12 volt dan 5 volt.

Bagian-bagian tersebut di atas merupakanmodul-modul yang terintegrasi menjadi sebuahLampu Pintar. Cara kerja dari lampu tersebutadalah dengan memantau aktifitas manusiadisekitar lampu oleh sensor keberadaan.Apabila sensor keberadaan mendeteksi aktifitasmanusia, maka bagian kendali akan menyalakanlampu dan sensor cahaya akan memantaupencahayaan di sekitar lampu. Jika hasil deteksisensor cahaya mendapatkan nilai pencahayaanambien kurang dari nilai pencahayaan yangsudah ditentukan sebelumnya, maka bagiankendali akan mengatur driver LED untukmenaikan pencahayaan dari LED Array sampainilai pencahayaannya sama dengan nilaipencahayaan yang sudah ditentukan. Denganbegitu, maka lampu penerangan ini dapatmemberikan cahaya penerangan secara otomatisberdasarkan aktifitas dan cahaya ambien lampu.

Gambar 5. Bentuk Lampu Pintar Berbasis LED denganMulti Sensor

(2) Pembuatan mekanik Lampu Pintar BerbasisLED dengan Multi Sensor menggunakanstandar soket E27 dimana semua bagianelektronika tersebut di atas terintegrasi dalamsatu kesatuan lampu penerangan sehinggamenjadi sebuah Lampu Pintar Berbasis LEDdengan Multi Sensor. Lampu Pintar BerbasisLED mempunyai diameter 11 cm denganpanjang 15 cm dan berat 300 gr. Adapun bentuk

Gambar 6. Flow Chart Lampu Pintar Berbasis LEDdengan Multi Sensor

dari Lampu Pintar terlihat seperti pada Gambar5.

3.2 Perangkat Lunak

Algoritma Lampu Pintar Berbasis LED denganMulti Sensor dibuat agar rangkaian pengendali yaitumikrokontroler ATMega328 dapat bekerja denganbaik sesuai dengan fungsi dari alat tersebut. Adapunflow chart untuk algoritma tersebut dapat dilihatpada Gambar 6.



Gambar 7. Pengujian Intensitas dan Pengaturan TingkatPencahayaan

Gambar 8. Kontribusi Cahaya Lampu Terhadap CahayaAmbien

Gambar 9. Performansi Error Kontribusi CahayaTerhadap Cahaya Ambien

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk melihat hasil dari pembuatan Lampu PintarBerbasis LED dengan Multi Sensor tersebut sudahberfungsi dengan baik atau tidak, maka perludilakukan pengujian terlebih dahulu. Pengujiandibagi menjadi beberapa bagian yaitu :

(1) Pengujiaan intensitas cahaya dilakukan dengancara mengukur cahaya lampu yang dihasilkanoleh Lampu Pintar dengan menggunakan alat

ukur Light Meter Lutron LX-1108 dan WattMeter WF-DO2A, seperti terlihat pada Gambar7. Hasil dari pengujian cahaya Lampu Pintaryang dihasilkan oleh LED Array adalah sebesar257,6 lux dengan daya 6,3 watt.

(2) Pengujian pengaturan tingkat pencahayaanbeserta nilai error yang dihasilkan pada cahayaLampu Pintar dilakukan dengan cara pemberiancahaya ambien atau cahaya disekitar lampu olehbeberapa buah lampu pijar yang dapat diaturcahayanya dengan menggunakan rangkaiandimmer, seperti terlihat pada Gambar 7. Hasildari pengujian tersebut dapat dilihat padaGambar 8 dan 9.Hasil pengujian pada Gambar 8, terlihatbahwa Lampu Pintar Berbasis LED denganMulti Sensor yang dibuat dapat memberikanpencahayaan ruangan yang konstan dimanakontribusi cahaya Lampu Pintar berbandinglurus dengan cahaya ambien atau cahayadisekitar lampu. Hasil pengujian pada Gambar9 dapat terlihat bahwa Lampu Pintar memilikierror maksimal sekitar 5,59 % atau 5,65 lux.

Gambar 10. Pengujian Sensor Keberadaan Manusia

(3) Pengujian pendeteksian keberadaan manusiaseperti pada Gambar 10 merupakan pengujianterhadap sensor keberadaan yang merupakangabungan dari sensor PIR dan sensor Ultrasonik.Pengujian dilakukan untuk membuktikan bahwadengan penggabungan kedua sensor tersebutdapat saling melengkapi kelebihan dan saling



Tabel I. Hasil pengujian sensor keberadaan manusiaNo Kegiatan Sensor Keterangan

PIR US PIR + US1 Orang Sedang Berjalan On On On Gerakan Besar2 Orang Sedang Duduk Sambil

Membaca KoranOff On On Gerakan Kecil

3 Orang Sedang Duduk SambilMengetik di Note Book

Off On On Gerakan Kecil

4 Orang Sedang Duduk Diam Off On On Gerakan Kecil5 Kipas Angin Bergerak Off On Off Gerakan Benda Mati6 Kipas Angin Diam Off Off Off Gerakan Benda Mati

menutupi kekurangan dari kedua sensorsehingga dapat mencegah terjadinya False Offdan False ON. Hasil pengujian pendeteksiankeberadaan manusia dapat dilihat pada Tabel I.Melihat hasil pengujian pada Tabel I, terbuktibahwa False Off terjadi pada sensor PIR dimanasensor PIR tidak dapat mendeteksi gerakankecil yang dilakukan manusia seperti hasilpengujian pada nomor 2, 3 dan 4, sedangkanFalse On terjadi pada sensor Ultrasonik dimanasensor Ultrasonik dapat mendeteksi gerakanyang bukan berasal dari gerakan manusia sepertihasil pengujian pada nomor 5. Hasil pengujianpenggabungan kedua sensor yaitu sensor PIRdan sensor Ultrasonik dapat membuktikanbahwa kelemahan dari kedua sensor tersebutdapat teratasi.

(4) Pengujian jangkauan area deteksi keberadaanLampu Pintar dilakukan dengan cara melakukangerakan-gerakan besar dan kecil berdasarkanjarak antara keberadaan orang dengan LampuPintar. Hasil dari pengujian didapat LampuPintar dapat mendeteksi keberadaan orang padajarak jangkauan total 600 cm.

5. KESIMPULAN

Lampu Pintar Berbasis LED dengan Multi Sensordapat menghasilkan sumber cahaya penerangansebesar 257,6 lux yang telah memenuhi tingkatpencahayaan minimum yang direkomendasikanuntuk rumah tinggal sesuai dengan standar SNI 036575 2001, dan mampu memberikan pencahayaanruangan yang konstan dengan error maksimalsekitar 5,65 lux. Penggabungan sensor PIR dansensor Ultrasonik sebagai sensor keberadaanmampu mendeteksi gerakan kecil yang ditimbulkanoleh manusia. Produk Lampu Pintar BerbasisLED dengan Multi Sensor menggunakan standarsoket E27 dapat mempermudah pengguna dalampemasangan.

Lampu Pintar Berbasis LED dengan MultiSensor ini masih memiliki kekurangan yaitupancaran cahaya yang dihasilkan dari lampu masih

berbentuk spot dimana sinar menyorot terarahdan pancaran sinarnya tidak meluas/menyebar.Sebagai pengembangan kedepannya maka LampuPintar ini akan menggunakan reflektor dan tutuplampu berbentuk dome dengan warna yang bisamenyebarkan pancaran sinar (flood). Selain itu,Lampu Pintar Berbasis LED dengan Multi Sensorini dapat dikembangkan pula dengan penambahanfitur komunikasi dan emergency lamp, sehinggamenjadi lampu pintar yang multi fungsi dan dapatberinteraksi dengan lampu sejenis atau denganperangkat lain, dan dapat dikontrol secara remote.

Ucapan Terima KasihPenulis mengucapkan terima kasih kepada LIPIyang telah mendanai DIPA dengan Nomor : DIPA-079-01.2.450140/2013. Ucapan terima kasih jugapenulis sampaikan kepada penerbit atas kesempatanmempublikasikan hasil penelitian ini, dan kepadarekan-rekan yang telah memberi bantuan dalampenelitian ini.

Daftar Pustaka

[1] C. G. Irianto, “Studi optimasi sistem pencahayaanruang kuliah dengan memanfaatkan cahaya alam,”JETri, vol. 5, no. 2, pp. 1–20, 2006.

[2] T. Keyza Novianti, Chairisni Lubis, “Perancanganprototipe sistem penerangan otomatis ruanganberjendela berdasarkan intensitas cahaya,” in SeminarNasional Teknologi Informasi, 2012.

[3] G. S. Sanjay Belgaonkar, E. Elavarasi, “Smartlighting and control using msp430 & power linecommunication,” IJCER, vol. 2, 2012.

[4] A. Florea, A. Farahat, C. Postelnicu, J. L. M.Lastra, and F. J. A. Snchez, “Multipurpose outdoorenvironments: Energy efficient solution using networkof cooperating objects,” in CONET/UBICITEC, 2013.

[5] Z. L. X. Ying Wen Bai, Zong Han Li, “Enhancement ofthe complement of an embedded surveillance systemwith pir sensors and ultrasonic sensors,” ConsumerElectronics (ISCE), 2010.

[6] W. S. Inc., “Dual technology,” Technical Bulletin.[7] BPPT, “Perencanaan efisiensi dan elastisitas energi

2012,” 2012.INKOM, Vol. 7, No. 2, Article 250, Publication date: November 2013.


[8] T. G. Dinan Muftian Shofwa, Yoyo Somantri,“Rancang bangun trainer mikrokontroler berbasissensor passive infrared reciever,” Jurnal ELECTRANS,vol. 12, no. 1, pp. 21–28, Maret 2013.

[9] R. K. Usha Triwari and S. Subramaniyan, “A technicalreview on human rescue robots,” VRSD InternationalJournal of Electrical, Electronics & CommunicationEngineering, vol. 2, pp. 127–134, 2012.

[10] A. Ekimov and J. M. Sabatier, “Human detection rangeby active doppler and passive ultrasonic methods,” E.

M. Carapezza, Ed., vol. 6943, no. 1, 2008.[11] A. Naik and M. S. Panse, “Modeling of ultrasonic

sensor for range measurement for visually impaired,”International Journal of Emerging Technology andAdvanced Engineering, vol. 2, April 2012.

[12] M. H.-J. Po-Sen Huang, Thyagaraju Damarla, “Multi-sensory features for personnel detection at bordercrossing,” in Proceedings of the 14th InternationalConference on Information Fusion, 2011.


Documents

LED-based Smart Lamp with Multi Sensor Lampu Pintar