Rangkaian lampu tidur otomatis adalah rangkaian listrik yang akan mengontrol nyala lampu secara otomatis. Ide pembuatan rangkaian lampu ini terinspirasi dari kebiasaan kita sebelum tidur. Seperti yang kebanyakan orang lakukan sebelum tidur, mereka akan mematikan lampu kamar dan menghidupkan lampu tidurnya. Karena dirasa cara ini kurang efektif, sehingga muncul ide untuk membuat rangkaian lampu tidur otomatis ini.
Secara umum, cara kerja rangkaian lampu otomatis akan hidup saat kamar dalam keadaan gelap. Saat kondisi kamar kembali terang, sensor cahaya akan bekerja dan rangkaian lampu tidur otomatis padam. Rangkaian lampu ini disuplay dari dua sumber listrik berbeda, rangkaian sensor cahaya bekerja dengan sumber tegangan baterai (sumber DC). Sedangkan rangkaian lampu langsung mendapat sumber teagngan dari listrik PLN (sumber AC).
Komponen-komponen
Untuk membuat rangkaian lampu ini, anda perlu menyiapkan bahan-bahan yang dibutuhkan diantaranya:
LDR atau fotoresistor merupakan resistor yang peka terhadap cahaya. Nilai resistansi LDR akan turun jika intensitas cahaya yang mengenainya meningkat. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. Dalam rangkaian lampu tidur otomatis ini, LDR berperan sebagai sensor cahaya.
Trimpot 10 KΩ (Trimmer Potentiometer) adalah potensiometer atau variable resistor yang cara mengubah nilai tahanannya dengan cara mentrim dengan menggunakan obeng trim. Trimpot ini berguna dalam pengaturan hambatan sesuai dengan kondisi kamar kita. Trimpot ini lah yang akan menyesuaikan hambatan total rangkaian lampu tidur sehingga lampu ini dapat berfungsi sebagaimana mestinya.
Resistor 1KΩ adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hokum Ohm, V=I.R. Resistor diberi label R3 dan R4.
Transistor 2N222 adalah piranti semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal berbagai fungsi lainya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET). Ada dua buah transistor yang akan digunakan dalam pembuatan rangkaian lampu tidur otomatis ini.
Relai 5V tipe SPDT adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet dalam mengoperasikan seperangkat kontak sakelar. Susunan paling sederhana terdiri dari kumparan kawat tembaga yang dililit pada inti besi. Bila kumparan ini diberi arus listrik akan timbul medan magnet yang akan menarik armatur berporos yang digunakan sebagai pengungkit mekanisme sakelar. Relai pada alat ini berfungsi sebagai switch otomatis antara dua rangkaian (rangkaian sensor cahaya dan rangkaian lampu).
Lampu pijar 220V AC adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat bersentuhan langsung dengan oksigen di udara. Lampu ini lah yang menjadi lampu tidur pada pembuatan rangkaian lampu otomatis.
Sekring 1A adalah alat untuk menghindari hubungan singkat atau korslet. Sekring digunakan dalam alat ini karena alat yang akan di buat juga menggunakan sumber AC. Sehingga, untuk mengatasi dan menghindari dampak buruk dari hubungan singkat, akan digunakan sekring atau fuse sebagai pengamannya. Penggunaan sekring pada rangkain lampu otomatis diletakan pada sebuah dudukan sekring.
Baterai kering 9Volt adalah Sumber tegangan listrik DC yang akan di gunakan pada rangkaian lampu ini. Baterai ini adalah sebagai sumber listrik untuk rangkaian yang terhubung langsung dengan LDR.
Gambar Rangkaian Lampu
Cara kerja Rangkaian Lampu
Rangkaian lampu tidur otomatis bekerja dengan menggunakan sensor cahaya. Sensor yang digunakan pada rangkaian ini adalah LDR. LDR akan mendeteksi cahaya yang ada di sekelilingnya.
Jika dianalisa dari gambar rangkaian lampu diatas, terlihat bahwa ada dua rangkaian dengan dua sumber yang berbeda. Satu sumber DC dan satu lagi dari sumber AC. Dari gambar rangkaian lampu di atas, terlihat bahwa relay adalah sebagai jembatan atau switch antara rangkaian sebelah kanan dan sebelah kiri. Rangkaian sebelah kiri adalah rangkaian sensor cahaya dengan sumber DC dan terhubung langsung dengan LDR. Sedangkan rangkaian sebelah kanan adalah rangkaian lampu tidur dengan sumber AC yang terhubung langsung dengan Lampu tidur.
Ketika kondisi gelap, nilai tahanan LDR akan menjadi besar, sehingga arus lisrik yang melewati transistor menjadi kecil. Karena arus listrik yang melewati transistor kecil dan bernilai kurang dari tegangan aktif transistor, arus listrik ini tidak dilewatkan. Artinya, rangkaian sebelah kiri tidak aktif karena arus yang ada bisa dianggap diabaikan. Dan relay akan melakukan switching dan menutup sakelarnya ke rangkaian lampu tidur. Artinya, rangkaian kanan (rangkaian lampu tidur) akan close, dan lampu tidur pun menyala.
Ketika kondisi terang, nilai tahanan LDR menjadi kecil, arus listrik yang lewat akan menjadi besar pada rangkaian sebelah kiri (rangkaian sensor cahaya). Karena arus listrik yang melalui transistor ini bernilai lebih besar dari pada tegangan di daerah aktif transistor, arus listrik pun dilewatkan, relay dalam kondisi ON di rangkaian kiri. Artinya, rangkaian kiri dalam kondisi CLOSE. Dan rangkaian lampu tidur (rangkaian sebelah kanan) OPEN dan lampu akan padam.
Ketukan-ketukan pada Relay
Kegunaan variabel resistor adalah untuk membuat sinkronisasi hambatan pada rangkaian lampu tidur otomatis. Dari rangkaian di atas, terlihat bahwa nilai hambatan tidak hanya ditentukan oleh LDR, tapi juga ditentukan oleh Resistor variable (trimpot).
Cahaya juga mempunyai nilai intensitas tertentu. Ruangan yang gelap menurut kita belum tentu gelap total oleh LDR. Gelap total menurut LDR adalah saat kita menutup seluruh permukaan atas LDR. Oleh karena gelap total menurut kita tidak sama dengan gelap total menurut LDR, maka diperlukan suatu alat yang mensinkronisasi nilai hambatan tersebut. Agar nilai total hambatan antara LDR dan Resistor variabel sesuai dengan intensitas cahaya yang ada di dalam ruangan tersebut.
Jika menurut LDR, cahaya yang diterimanya masih belum lebih kurang dari nilai minimum intensitas cahayanya, dia masih melewatkan arus pada rangkaian kiri.
Sehingga lampu akan menyala dengan sedikit ketukan. Bunyi ketukan-ketukan ini terjadi karena Relay melakukan switch berkali-kali ke rangkaian kanan dan pindah lagi ke rangkaian kiri. Perpindahan ini menimbulkan bunyi ketukan berkali-kali dengan lampu yang menyala redup. Ini bisa didapatkan dengan meletakkan jari di atas LDR tanpa menutup permukaan atas LDR. Untuk lebih jelas, perhatikan gambar di samping ini.
- Jika ternyata ruangan itu mempunyai intensitas cahaya yang sangat minim dan sesuai dengan LDR, maka hambatanya akan membesar dan lampu tidur pun hidup.
- Tapi jika intensitas cahaya itu masih belum kurang dari batas minum cahaya yang menumbuk sensor LDR, maka hambatan yang didapat masih kecil sehingga lampu padam.
- Akan tetapi, jika intensitas cahaya itu berada di tengah-tengah ambang batas minimum cahaya yang menumbuk LDR, maka relay akan berulang kali pindah switch dari rangkaian kiri, lalu ke rangkaian kanan. Inilah yang menimbulkan bunyi ketukan tersebut. sehingga nyala lampu yang didapat pada lampu tidur akan terlihat kedap kedip dengan sangat cepat. Inilah yang terjadi ketika switch pada relay berpindah-pindah cepat dari rangkaian kiri ke rangkaian kanan. Lalu ke rangkaian kiri lagi.
Untuk percobaan pertama kali, kita akan dapatkan hal seperti ini. Akan terdengar bunyi ketukan-ketukan tersebut. Dan untuk menghilangkan bunyi ketukan itu, digunakanlah resistor variabel untuk mengatur hambatan yang sesuai dengan intensitas cahaya di ruangan kita.
Pengaruh putaran Resistor Variabel
Jika Resistor Variabel diputar searah jarum jam, maka nilai hambatannya akan membesar dan ini akan membuat arus yang mengalir pada rangkaian sensor semakin kecil sehingga relay akan switch ke rangkaian lampu tidur(rangkaian kanan). Rangkaian lampu tidur CLOSE dan lampu tidur pun menyala.
Ketika LDR ditutup dengan jari (kondisi kamar gelap), maka nilai hambatan makin membesar dan arus yang mengalir di rangkaian LDR (rangkaian kiri) semakin kecil dan lampu makin menyala terang karena rangkaian lampu tidur semakin CLOSE. Terlihat bahwa lampu semakin terang setelah LDR ditutup jari. Ini karena nilai hambatan di rangkaian LDR meningkat saat LDR ditutup jari. Meningkatnya hambatan di rangkaian LDR akan membuat rangkaian lampu tidur semakin CLOSE.
Jika resistor variabel diputar berbalik arah jarum jam, maka nilai hambatanya semakin kecil artinya, kita membolehkan arus listrik mengalir di dalam rangkaian LDR. Dan relay akan switch ke rangkaian LDR sehingga dia CLOSE. Dan lampu tidak menyala karena rangkaian lampu tidur(rangkaian kanan) OPEN saat rangkaian LDR (rangkaian kiri) CLOSE.
Jika LDR ditutup dengan jari, lampu menyala karena saat LDR ditutup jari, ada hambatan dari LDR yang membuat arus tidak mengalir di rangkaian LDR (rangkaian kiri) dan rangkaian lampu tidur akan CLOSE sehingga lampu tidur menyala. Jika diperhatikan, nyala lampu agak redup. Ini karena hambatan total yang ada hanya berasal dari hambatan LDR (ingat : hambatan dari RV sudah diperkecil sebelumnya dengan memutar RV ke arah kiri).
Pengaplikasian Resistor variabel pada Alat
Jika ternyata ruangan kamar kita intensitas cahayanya kecil walau lampu kamar telah dinyalakan, artinya, kita harus memutar resistor variabel hingga nilai hambatannya menjadi lebih kecil dari sebelumnya (memutarnya ke arah kiri atau berbalik arah jarum jam). Agar arus bisa lewat di rangkaian sebelah kiri (rangkaian LDR) dan lampu tidur tidak menyala.
Jika ternyata ruangan kamar kita intensitas cahayanya besar saat lampu kamar telah dinyalakan, maka kita tidak perlu memutar resistor variabel lagi. Hambatan cukup hanya dari LDR saja karena LDR telah mendapatkan nilai hambatan terkecilnya sehingga arus bisa mengalir di rangkaian sebelah kiri.
Jika seandainya resistor variabel kita naikan nilai hambatannya, maka arus makin lama makin mengecil di rangkaian sebelah kiri dan relay akan switch ke rangakain kanan sehingga rangkaian kanan(rangkaian lampu tidur) ON dan lampu nyala. Artinya, walaupun lampu kamar menyala, lampu tidur juga menyala. Hal ini tidak sesuai dengan keinginan kita. Untuk itulah dibutuhkan pengaturan di resistor variabel ini.
Hasil Rangkaian Lampu Tidur Otomatis
Penggunaan Alat
Alat yang akan di buat ini adalah sebuah Lampu tidur otomatis. Akan di membuat ini karena terinspirasi dari kebiasaan kita sebelum tidur. Seperti yang kebanyakan orang lakukan, sebelum tidur, dia mematikan lampu kamarnya dan menghidupkan lampu tidurnya. Cara ini kurang efektif menurut akan di. Oleh sebab itu, akan di membuat alat ini.
Secara garis besar, Lampu akan hidup dalam keadaan ruangan gelap. Ketika ada cahaya, sensor LDR akan bekerja dan lampu pada alat akan padam. Dengan alat yang akan di buat ini, kita tidak perlu harus mematikan lampu kamar lalu menghidupkan lampu tidur lagi. Karena seketika kita mematikan lampu kamar, lampu tidur kita akan otomatis menyala.
Selain sebagai lampu tidur otomatis, alat ini jika dikembangkan lebih luas, bisa digunakan sebagai lampu jalan otomatis. Saat senja menjelang, kita tidak perlu repot-repot lagi menekan sakelar lampu jalan untuk menghidupkan lampunya. Karena dengan alat ini, sensor telah berfungsi sebagai aktifasi sakelar atau switching pada relay yang akan mengaktifkan lampu jalan itu tadi.
Selain itu, kita juga bisa memanfaatkan fungsi ketukan pada relay tadi sebagai alarm anti maling. Kita memang tidak menggunakan speaker pada alat ini. Tapi dengan bunyi ketukan relay yang sangat kuat, bisa mengejutkan maling yang berniat mencuri barang berharga kita. Alat ini diletakkan di dalam lemari. Seketika maling membuka pintu lemari, cahaya masuk ke dalam lemari dan karena cahaya ini terletak dalam ambang batas minum intensitas LDR, maka relay akan switching bolak-balik. Dan ketukan itu akan ditimbulkan.
Tata Letak dan Desain PCB
Kesimpulan
Dengan perkembangan sensor yang semakin meningkat saat ini, bermunculanlah berbagai alat elektronik otomatis yang memudahkan pekerjaan kita. Seperti alat yang akan di buat ini, dengan hanya menggunkan satu buah sensor LDR, akan di bisa membuat lampu otomatis yang berguna saat kita ingin tidur.
Dengan alat elektronik ini, segala pekerjaan yang awalnya harus dilakukan dengan beberapa tahap, dapat dilakukan hanya dengan sekali tahap. Inilah manfaat dari alat yang akan di buat.
Dan tambahan, untuk menghindari terjadinya arus pendek yang disebabkan oleh gangguan lingkungan, sebaiknya casing dibuat dari bahan acrylic/boks plastik. Sensor LDR dapat diganti dengan sensor cahaya lain, misalnya fotodioda. Agar didapatkan hasil pembacaan yang akurat, sensor diletakkan pada bagian terluar boks.
Demikian uraian mengenai pembuatan dan cara kerja rangkaian lampu tidur otomatis. Semoga bisa menginspirasi anda semua. baca juga artikel menarik lainya, seperti pengertian transistor, pengertian dioda, dan rangkaian sensor cahaya. Sekian, Salam Engineer.
