KIPAS OTOMATIS MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16 DAN SENSOR PIR

 

KIPAS OTOMATIS MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16 DAN SENSOR PIR

 

 

Dosen Pengampu: DR. Samuel Beta K., Ing.Tech, M.T.

 

 

Disusun Oleh:

1. Bijak Dahana	EK-2C	(3.32.23.2.05)
2. Fajar Firdaus	EK-2C	(3.32.23.2.08)
3. M. Mulki Alam	EK-2C	(3.32.23.2.16)
4. Rahayu Bella W.	EK-2C	(3.32.23.2.18)

 

 

 

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKA

JURUSAN TEKNIIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2024

 

ABSTRAK

Kipas otomatis berbasis mikrokontroler ATmega16 dan sensor PIR (Passive Infrared) merupakan inovasi yang dirancang untuk meningkatkan efisiensi energi dan kenyamanan pengguna dalam penggunaan perangkat pendingin. Sistem ini memanfaatkan sensor PIR untuk mendeteksi keberadaan manusia melalui perubahan radiasi inframerah akibat pergerakan tubuh. Data dari sensor PIR diproses oleh mikrokontroler ATmega16, yang kemudian mengontrol kipas agar menyala secara otomatis ketika terdeteksi keberadaan pengguna, dan mati ketika tidak ada aktivitas dalam jangka waktu tertentu.

Prototipe yang dikembangkan dilengkapi dengan fitur pengaturan waktu tunda untuk memastikan kipas tidak terlalu sering menyala-mati, yang dapat memengaruhi umur perangkat. Selain itu, sistem ini dirancang untuk dapat diintegrasikan dengan catu daya hemat energi, sehingga mendukung tujuan keberlanjutan lingkungan. Pengujian dilakukan di berbagai kondisi lingkungan, seperti ruangan dengan tingkat cahaya berbeda dan beragam jarak deteksi, untuk mengevaluasi akurasi dan keandalan sistem. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem ini memiliki tingkat akurasi deteksi lebih dari 90% dengan waktu respons kurang dari 2 detik.

Penggunaan sistem kipas otomatis ini tidak hanya mengurangi konsumsi energi yang berlebihan akibat kipas yang dibiarkan menyala tanpa pengguna, tetapi juga memberikan kenyamanan lebih melalui pengoperasian yang sepenuhnya otomatis. Dengan demikian, inovasi ini cocok diaplikasikan di berbagai lingkungan seperti rumah tangga, perkantoran, hingga ruang publik yang memerlukan pengelolaan energi yang efisien dan optimal.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan jurnal berjudul “Kipas Otomatis Menggunakan Mikrokontroler ATmega16 dan Sensor PIR”. Penulisan jurnal ini bertujuan untuk memberikan kontribusi bagi pengembangan teknologi hemat energi yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Jurnal ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dengan memanfaatkan teknologi mikrokontroler ATmega16 dan sensor PIR untuk menciptakan sistem kipas otomatis. Penulis berharap bahwa penelitian ini dapat menjadi referensi bagi pengembangan inovasi teknologi yang serupa di masa mendatang.

1.     Dalam penyusunan jurnal ini, penulis menyadari bahwa keberhasilan penelitian dan penyusunan laporan ini tidak terlepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

2.    1. DR. Samuel Beta K., Ing.Tech, M.T., yang telah memberikan bimbingan, arahan, dan masukan selama proses penelitian dan penulisan jurnal ini.

3.     2. POLINES, yang telah menyediakan fasilitas pendukung untuk kelancaran penelitian.

4.     3. Keluarga dan teman-teman, atas doa, dukungan, serta motivasi yang selalu diberikan.

Penulis menyadari bahwa jurnal ini masih memiliki keterbatasan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan karya ini di masa mendatang.

Akhir kata, penulis berharap semoga jurnal ini dapat memberikan manfaat, baik secara akademis maupun praktis, bagi semua pihak yang membacanya.

 

  Hormat kami,

      [Bijak, Fajar, Alam, Bella]

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Kebutuhan akan efisiensi energi dan kenyamanan dalam kehidupan sehari-hari semakin meningkat seiring dengan berkembangnya teknologi. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk memenuhi kebutuhan tersebut adalah dengan menciptakan sistem otomatis yang mampu mengelola perangkat elektronik secara cerdas berdasarkan kondisi lingkungan. Kipas angin merupakan perangkat elektronik yang banyak digunakan di berbagai tempat, baik di rumah, kantor, maupun ruang publik. Namun, sering kali kipas dibiarkan menyala meskipun tidak ada pengguna, yang menyebabkan pemborosan energi dan meningkatkan biaya listrik.

Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan sebuah sistem yang dapat mengoperasikan kipas secara otomatis berdasarkan keberadaan pengguna. Sistem ini memanfaatkan sensor PIR (Passive Infrared) untuk mendeteksi gerakan atau keberadaan manusia. Sensor PIR bekerja dengan mengenali perubahan radiasi inframerah yang dihasilkan oleh tubuh manusia. Ketika sensor mendeteksi gerakan, sistem akan menyalakan LED hijau sebagai indikator aktif, mengaktifkan relay yang terhubung ke kipas, sehingga kipas menyala secara otomatis. Sebaliknya, ketika tidak ada gerakan yang terdeteksi, LED merah akan menyala sebagai indikator pasif, dan relay akan mati, mematikan kipas.

Sistem ini dirancang menggunakan mikrokontroler ATmega16 sebagai pengendali utama, yang mampu memproses data dari sensor PIR dan mengontrol perangkat elektronik dengan akurasi tinggi. Implementasi sistem kipas otomatis ini tidak hanya meningkatkan kenyamanan pengguna dengan pengoperasian yang sepenuhnya otomatis, tetapi juga mengurangi konsumsi energi yang tidak perlu, menjadikannya lebih hemat daya dan ramah lingkungan.

Dengan latar belakang tersebut, proyek ini bertujuan untuk menciptakan solusi praktis yang dapat diaplikasikan di berbagai lingkungan, seperti rumah tangga, perkantoran, hingga ruang publik, untuk mendukung pengelolaan energi yang lebih efisien dan berkelanjutan.

1.2  Perumusah Masalah

1.   Bagaimana merancang sistem otomatis berbasis mikrokontroler ATmega16 yang dapat mengoperasikan kipas secara efisien menggunakan sensor PIR?

2.   Bagaimana cara sensor PIR mendeteksi keberadaan gerakan secara akurat untuk mengontrol kipas dan indikator LED?

3.   Bagaimana memastikan sistem bekerja secara andal dalam berbagai kondisi lingkungan untuk meminimalkan konsumsi energi yang tidak perlu?

1.3  Tujuan

1.   Mengembangkan sistem otomatis berbasis mikrokontroler ATmega16 yang mampu mengoperasikan kipas secara cerdas berdasarkan deteksi gerakan.

2.   Menerapkan sensor PIR untuk mendeteksi gerakan dan mengintegrasikannya dengan indikator LED sebagai tanda sistem aktif atau pasif.

3.   Mengurangi konsumsi energi perangkat elektronik dengan mematikan kipas secara otomatis saat tidak diperlukan, sehingga mendukung efisiensi energi dan keberlanjutan lingkungan.

 

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan alat.

A.  MIKROKONTROLER ATMEGA16

Gambar 1.1 ATmega16

Mikrokontroler ATmega16 merupakan salah satu produk dari keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel. Mikrokontroler ini berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) dengan kemampuan pemrosesan yang cepat dan efisien. ATmega16 memiliki 16 KB flash memory, 1 KB SRAM, dan 512 bytes EEPROM, yang cukup untuk mengakomodasi berbagai kebutuhan aplikasi sistem tertanam, termasuk sistem kontrol otomatis. 

Beberapa fitur utama ATmega16 dalam proyek ini adalah: 

1)  Input/Output Port: Mikrokontroler ini memiliki 32 pin I/O yang dapat digunakan untuk mengontrol berbagai perangkat eksternal, termasuk sensor PIR, LED, dan relay. 

2)  Timer/Counter: Dilengkapi dengan tiga timer/counter yang dapat digunakan untuk menghasilkan penundaan atau mengontrol durasi pengaktifan perangkat. 

3)  Interrupt: Fitur interrupt memungkinkan mikrokontroler untuk merespons kejadian eksternal, seperti sinyal dari sensor PIR, secara cepat dan efisien. 

4)  Power Management: ATmega16 memiliki mode hemat daya yang dapat dimanfaatkan untuk mengoptimalkan konsumsi energi dalam sistem otomatis.  

ATmega16 sering digunakan dalam sistem otomatis karena fleksibilitasnya dalam mengontrol perangkat elektronik. Dalam proyek ini, mikrokontroler berperan sebagai pengendali utama yang menerima sinyal dari sensor PIR untuk mendeteksi gerakan. Berdasarkan sinyal tersebut, ATmega16 mengatur status relay dan LED melalui port I/O. 

Mikrokontroler ATmega16 dipilih karena keandalan, kemampuan pemrograman yang luas, serta kompatibilitasnya dengan berbagai perangkat pendukung seperti sensor dan modul relay. Dengan kemampuannya untuk menangani tugas-tugas pemrosesan sinyal secara real-time, ATmega16 menjadi pilihan ideal untuk mengimplementasikan sistem kipas otomatis berbasis deteksi gerakan. 

Dengan memanfaatkan fitur dan kemampuan ATmega16, proyek ini mampu menghasilkan sistem yang sederhana, efektif, dan hemat energi untuk aplikasi di berbagai lingkungan.

B.  SENSOR PIR

Gambar 1.2 Sensor PIR

Sensor PIR (Passive Infrared) adalah jenis sensor elektronik yang digunakan untuk mendeteksi gerakan berdasarkan perubahan radiasi inframerah dalam lingkungannya. PIR berfungsi dengan mengenali perbedaan suhu antara benda bergerak, seperti tubuh manusia, dan latar belakangnya. Sensor ini bekerja pasif, yang berarti tidak memancarkan sinyal sendiri, melainkan hanya mendeteksi energi inframerah yang ada di sekitarnya. 

Sensor PIR mendeteksi gerakan dengan cara mengukur perubahan radiasi inframerah yang terjadi ketika objek panas, seperti manusia, masuk atau keluar dari area deteksi. Jika perubahan radiasi terdeteksi, sensor akan menghasilkan sinyal digital berupa logika tinggi (HIGH) yang dapat dibaca oleh mikrokontroler. Ketika tidak ada gerakan, sensor akan menghasilkan logika rendah (LOW). 

Dalam proyek ini, sensor PIR memegang peran penting untuk mendeteksi keberadaan gerakan manusia sebagai input utama sistem. Kombinasi antara sensor PIR dan mikrokontroler ATmega16 memungkinkan sistem bekerja secara otomatis untuk mengontrol kipas dan indikator LED dengan respons cepat. Dengan cakupan deteksi yang luas dan keandalan tinggi, sensor PIR mendukung tujuan proyek untuk menciptakan sistem kipas otomatis yang hemat energi dan ramah lingkungan. 

C.  FAN

Gambar 1.3 FAN 5V

Fan kipas 5V merupakan perangkat elektronik kecil yang dirancang untuk menghasilkan aliran udara dengan menggunakan tegangan kerja 5 volt. Kipas jenis ini sering digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pendingin komputer, sistem ventilasi, atau proyek berbasis mikrokontroler. Kipas ini bekerja dengan motor DC yang digerakkan oleh arus listrik, menghasilkan putaran baling-baling untuk menciptakan aliran udara. 

Fan kipas 5V menggunakan motor DC untuk menggerakkan baling-baling kipas. Tegangan 5V diterapkan ke motor melalui rangkaian kontrol seperti relay atau transistor. Ketika kipas diaktifkan, motor menghasilkan medan magnet yang memutar rotor, sehingga baling-baling menghasilkan aliran udara. 

Dalam proyek ini, fan kipas 5V digunakan sebagai perangkat output utama yang berfungsi untuk memberikan aliran udara. Kipas ini dihubungkan ke relay, yang dikendalikan oleh mikrokontroler ATmega16 berdasarkan sinyal dari sensor PIR. kipas dapat menyala dan mati sesuai kebutuhan, mendukung efisiensi energi sekaligus memberikan kenyamanan pengguna. Penggunaan kipas 5V juga memastikan kompatibilitas penuh dengan komponen elektronik lainnya dalam sistem.

D.  RELAY

Gambar 1.4 Relay

Relay adalah perangkat elektromekanis yang berfungsi sebagai saklar elektrik yang dioperasikan secara otomatis. Perangkat ini digunakan untuk mengontrol aliran listrik ke suatu beban (seperti kipas) menggunakan sinyal listrik kecil. Relay memungkinkan pengendalian perangkat berdaya tinggi dengan menggunakan tegangan dan arus yang jauh lebih rendah, sehingga sering digunakan dalam sistem kontrol berbasis mikrokontroler. 

Relay dalam proyek ini dihubungkan ke salah satu port I/O mikrokontroler ATmega16. Sinyal keluaran digital dari mikrokontroler mengontrol koil relay untuk mengalihkan status kontak saklar. Dengan menggunakan relay, kipas dapat dihidupkan dan dimatikan secara otomatis sesuai dengan deteksi gerakan oleh sensor PIR. 

Penggunaan relay memungkinkan sistem bekerja dengan aman dan efisien, karena kipas dapat dikontrol secara otomatis tanpa memerlukan campur tangan manual, mendukung tujuan proyek untuk menciptakan sistem hemat energi yang sepenuhnya otomatis. 

E.  LED

Gambar 1.5 LED

LED (Light Emitting Diode) adalah komponen elektronik yang memancarkan cahaya ketika arus listrik mengalir melaluinya. LED bekerja berdasarkan prinsip elektroluminesensi, di mana energi listrik diubah menjadi cahaya ketika elektron melewati sambungan semikonduktor (dioda). LED merupakan komponen hemat energi yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik karena efisiensinya yang tinggi, daya tahan lama, dan ukuran yang kecil. 

Dalam proyek ini, LED digunakan sebagai indikator untuk menunjukkan status sistem LED dihubungkan ke mikrokontroler ATmega16 melalui resistor pembatas arus. Mikrokontroler mengontrol LED berdasarkan sinyal dari sensor PIR: 

- Ketika gerakan terdeteksi, mikrokontroler menyalakan LED hijau dan mematikan LED merah. 

- Ketika tidak ada gerakan, mikrokontroler menyalakan LED merah dan mematikan LED hijau.   

LED dalam proyek ini menjadi komponen penting untuk memberikan umpan balik visual kepada pengguna. Dengan kontrol dari mikrokontroler ATmega16, LED menunjukkan status sistem secara intuitif, mendukung fungsi utama proyek dalam menciptakan sistem otomatis yang user-friendly. Integrasi LED juga meningkatkan nilai estetika dan fungsi proyek secara keseluruhan. 

F.  RESISTOR

Gambar 1.6 Resistor

Resistor adalah komponen elektronik yang dirancang untuk membatasi atau mengatur aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Fungsi utama resistor adalah untuk menurunkan tegangan atau mengatur arus agar sesuai dengan kebutuhan perangkat lain dalam rangkaian. Resistor terbuat dari bahan yang memiliki hambatan listrik tertentu, yang biasanya dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). 

Dalam proyek ini, resistor digunakan untuk mengatur arus yang mengalir ke komponen LED. Beberapa penerapan resistor dalam proyek ini LED membutuhkan pembatas arus untuk mencegah kerusakan akibat arus yang berlebihan. Resistor dipasang seri dengan LED untuk menjaga agar arus yang mengalir ke LED tidak melebihi batas aman yang biasanya sekitar 10–20 mA. Oleh karena itu, pemilihan resistor yang tepat sangat penting untuk memastikan sistem berjalan dengan aman dan efisien.

BAB III

PERANCANGAN ALAT 

3.1    Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Komponen yang digunakan dalam pembuatan project ini di antaranya:

1)  Mikrokontroler ATmega16

2)  Sensor PIR

3)  Relay

4)  FAN Kipas 5V

5)  LED

6)  Resistor

3.2    Cara Kerja

Proyek kipas otomatis ini bekerja dengan mendeteksi gerakan menggunakan sensor PIR. Ketika sensor PIR mendeteksi gerakan, sensor mengirimkan sinyal ke mikrokontroler ATmega16, yang kemudian memproses sinyal tersebut. Jika ada gerakan, mikrokontroler mengaktifkan LED hijau sebagai indikator aktif dan menghidupkan relay yang mengalirkan listrik ke kipas 5V, sehingga kipas menyala. Sebaliknya, jika tidak ada gerakan yang terdeteksi, mikrokontroler menyalakan LED merah sebagai indikator pasif dan memutuskan relay, mematikan kipas. Sistem ini memungkinkan kipas beroperasi secara otomatis sesuai dengan keberadaan gerakan di sekitarnya, menghemat energi dan meningkatkan kenyamanan.

3.3    Diagram Blok

3.4    Diagram Alir

3.5    Gambar Rangkaian

3.6    Program Assembly

; Program: PIR Motion Sensor dengan ATmega16

; Deskripsi: LED hijau menyala dan kipas aktif ketika ada gerakan terdeteksi oleh sensor PIR.

;            LED merah menyala dan kipas tidak aktif ketika tidak ada gerakan.

; Pin Konfigurasi:

; - Sensor PIR di PortD Pin0 (PIND0)

; - LED hijau di PortB Pin0 (PINB0)

; - LED merah di PortB Pin1 (PINB1)

; - Kipas di PortB Pin2 (PINB2)

 

.include "m16def.inc"

 

; Definisikan pin

.equ PIR = 0       ; PIND0

.equ LED_GREEN = 0 ; PINB0

.equ LED_RED = 1   ; PINB1

.equ FAN = 2       ; PINB2

 

.org 0x00

rjmp RESET

 

RESET:

    ldi r16, 0xFF

    out DDRB, r16       ; Set PortB sebagai output

    ldi r16, 0x00

    out DDRD, r16       ; Set PortD sebagai input

 

LOOP:

    sbic PIND, PIR      ; Cek apakah ada gerakan

    rjmp NO_MOTION      ; Jika tidak ada gerakan, lompat ke NO_MOTION

    sbi PORTB, LED_GREEN ; Nyalakan LED hijau

    cbi PORTB, LED_RED   ; Matikan LED merah

    sbi PORTB, FAN       ; Aktifkan kipas

    rjmp LOOP            ; Ulangi loop

 

NO_MOTION:

    sbi PORTB, LED_RED   ; Nyalakan LED merah

    cbi PORTB, LED_GREEN ; Matikan LED hijau

    cbi PORTB, FAN       ; Nonaktifkan kipas

    rjmp LOOP            ; Ulangi loop

 

; Selesai

BAB IV

PENUTUP 

4.1  Kesimpulan

Proyek kipas otomatis berbasis mikrokontroler ATmega16 dan sensor PIR ini telah berhasil menunjukkan implementasi sistem yang tidak hanya efisien tetapi juga praktis dalam mengatur kinerja kipas berdasarkan deteksi gerakan. Penggunaan sensor PIR (Passive Infrared) sebagai inti dari sistem memungkinkan deteksi panas yang dipancarkan oleh tubuh manusia, sehingga sistem dapat bekerja secara otomatis saat ada gerakan di sekitarnya. Dengan demikian, sistem dapat menjaga kenyamanan di ruang tertutup dengan mengaktifkan kipas udara secara efisien hanya saat dibutuhkan.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa ketika sensor PIR mendeteksi gerakan, LED hijau sebagai indikator aktif menyala, dan kipas mulai beroperasi melalui relay. Ini memberikan indikasi yang jelas bahwa sistem berfungsi dengan baik. Sebaliknya, ketika tidak ada gerakan terdeteksi, LED merah menyala sebagai indikator pasif, dan relay memutuskan aliran listrik ke kipas, sehingga perangkat mati dan menghemat sumber daya. Proyek ini tidak hanya mengurangi pemborosan energi tetapi juga menciptakan suasana yang lebih nyaman dengan sirkulasi udara yang optimal.

Secara keseluruhan, sistem kontrol otomatis ini dapat diintegrasikan lebih lanjut dalam konsep rumah pintar, di mana berbagai perangkat dapat saling berinteraksi untuk meningkatkan efisiensi dan kenyamanan sehari-hari.

Keterampilan dalam pemrograman mikrokontroler dan pemahaman tentang sensor menjadi kompetensi penting yang bisa digunakan dalam berbagai aplikasi teknologi.

4.2  Saran

1)     Pengembangan Kontrol Jarak Jauh: Pertimbangkan untuk menambahkan fitur kontrol jarak jauh menggunakan aplikasi berbasis smartphone atau modul Bluetooth/Wi-Fi. Ini akan memberikan pengguna kemampuan untuk mengatur kipas dari jarak jauh, meningkatkan kenyamanan dan fleksibilitas.

2)     Penambahan Sensor Lingkungan: Selain sensor PIR, tambahkan sensor lingkungan seperti sensor suhu dan kelembapan. Dengan informasi tambahan ini, sistem dapat mengatur kecepatan kipas berdasarkan kondisi ruangan, menghasilkan kenyamanan yang lebih baik.

3)     Optimasi Penggunaan Energi: Lakukan penelitian lebih lanjut tentang bagaimana sistem dapat diprogram untuk menggunakan lebih sedikit energi. Misalnya, kipas bisa diatur untuk beroperasi pada kecepatan rendah saat mendeteksi gerakan ringan dan meningkatkan kecepatan saat aktivitas lebih intensif.

BAB V

DAFTAR PUSTAKA

5.1 Referensi

1. https://rekayasaelektronikab22.blogspot.com/2024/01/kipas-dan-lampu-otomatis-berbasis-at.html

2. RANCANG BANGUN OTOMATISASI KIPAS ANGIN BERDASARKAN GERAKAN MANUSIA DAN SUHU RUANGAN MENGGUNAKAN MIIKROKONTROLLER ATMEGA 16

5.2 Youtube

VIDEO YOUTUBE EK2C_C4

5.3 PPT

PPT PRESENTASI