Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer
116
SOUND SWITCH DENGAN DIMMER
MENGGUNAKAN DECADE COUNTER CD4017
(Sound Switch with Dimmer Using Decade Counter CD4017)
Jeffery Febrian Lesmana*, Albert Mandagi**, Richie Estrada***
Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Jurusan Teknik Elektro
Universitas Kristen Krida Wacana – Jakarta
*[email protected], **[email protected], ***[email protected]
Abstrak
Saklar lampu merupakan sebuah media atau komponen terpenting yang berfungsi untuk
mengaktifkan maupun menonaktifkan cahaya lampu. Dalam studi ini, rancangan saklar lampu
melibatkan fitur pengaktifan lampu yang dikombinasikan dengan pengaturan tingkat pencahayaan
lampu. Proses penonaktifan (OFF) beserta pengaktifan (ON) dengan tingkatan pengaturan cahaya
pada lampu dikendalikan melalui suara. Selain itu, tingkat pencahayaan pada lampu dikendalikan
melalui rangkaian multivibrator monostabil dengan bantuan triac. Pemilihan kondisi dari tingkat
pencahayaan pada lampu dilakukan dengan menggunakan metode pencacah sinyal. Oscilloscope
maupun indikator berupa komponen yang terpasang pada rangkaian digunakan untuk mengamati
bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan pulsa-pulsa listrik. Hasil studi
menunjukkan bahwa tingkat pencahayaan dipengaruhi oleh pengaturan perioda yang bervariasi
pada rangkaian multivibrator monostabil dan perpindahan kondisi yang diatur oleh rangkaian
decade counter sebagai pencacah sinyal.
Kata Kunci: saklar lampu, tingkat pencahayaan, suara, multivibrator monostabil, decade counter
Abstract
Light switch is the most important media or component which function is to activate or deactivate
a lamp. This study aims to introduce the use of light switch by involving the lamp activation
feature, combined with the adjustment of lighting levels. The process of deactivation (OFF) and
activation (ON) using the adjustment of light levels is controlled through sound. Moreover, the
lighting levels of lamp are controlled through monostable multivibrator circuit with the aid of
triac. The selection of lighting level conditions is conducted by signal-counter method. The
oscilloscope and indicators in form of attached component on circuits are used to observe the
forms of wave, signal, logic conditions and the changes of electrical pulses. The study shows that
the lighting levels are influenced by the variety of adjustment periods of the monostable
multivibrator circuits and the transfer conditions set by decade counter circuits as signal-counter.
Keywords: lamp switch, lighting levels, sound, monostable multivibrator, decade counter
Tanggal Terima Naskah : 21 Maret 2013
Tanggal Persetujuan Naskah : 19 April 2013
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
117
1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mendorong semakin banyak terciptanya aplikasi yang
dapat membantu pekerjaan atau kegiatan menjadi lebih praktis dan efisien bagi para
penggunanya. Sound Switch merupakan salah satu teknologi yang dapat dikembangkan
untuk menggantikan aplikasi saklar manual (saklar sentuh/saklar onoff) pada lampu.
Dalam studi ini, sistem kerja Sound Switch dirancang untuk dapat mengaktifkan
dan menonaktifkan cahaya lampu disertai dengan pengaturan dari tingkat pencahayaan
pada lampu. Perancangan ini memanfaatkan decade counter yang terhubung dengan lima
pasang IC timer 555 yang dirangkai secara monostabil dengan perioda bervariasi untuk
menghasilkan enam state, yaitu lima state untuk tingkat pencahayaan lampu yang
berbeda dan satu state untuk menonaktifkan cahaya lampu.
2. REALISASI RANGKAIAN
Secara garis besar, Gambar 1 memperlihatkan konsep keseluruhan dari rangkaian
Sound Switch. Fungsi dari masing-masing blok dari rangkaian Sound Switch adalah
sebagai berikut:
1) AC Input berfungsi sebagai sumber tegangan bagi catu daya dan lampu [1], [2], [3].
2) Catu Daya berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian [1], [2], [3].
3) Mikrofon berfungsi untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik [2], [4].
4) Rangkaian Pre – Amplifier berfungsi sebagai penguatan awal bagi mikrofon [1], [3].
5) Rangkaian Amplifier berfungsi untuk memperkuat gelombang listrik yang dihasilkan
oleh rangkaian pre – amplifier hingga menghasilkan sinyal tegangan DC [1], [3].
6) Rangkaian Pulse Shaping berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan DC menjadi
pulsa trigger untuk rangkaian multivibrator monostabil [1], [2], [3].
7) Rangkaian Multivibrator Monostabil berfungsi sebagai penghasil pulsa clock [1], [2].
8) Rangkaian Decade Counter berfungsi sebagai pencacah sinyal sesuai dengan pulsa
clock yang berasal dari rangkaian multivibrator monostabil untuk mengaktifkan
rangkaian multivibrator monostabil (B) [5], [6].
9) Rangkaian Power ON Reset berfungsi untuk mengembalikan sinyal pencacah ke
kondisi awal [5], [6].
10) Rangkaian Zero Crossing Detector berfungsi untuk menghasilkan pulsa trigger (hasil
dari sinkronisasi pada titik 0 dari sinyal AC) bagi rangkaian multivibrator monostabil
[3], [7].
11) Rangkaian Multivibrator Monostabil (A) berfungsi untuk menghasilkan pulsa clock
dengan perioda bervariasi yang akan digunakan untuk men-trigger rangkaian
multivibrator monostabil (B) [1], [2].
12) Rangkaian Multivibrator Monostabil (B) berfungsi untuk menghasilkan pulsa “high”
sesaat [1], [2].
13) Rangkaian OR Gate berfungsi sebagai saklar logika [5], [6].
14) Rangkaian MOC dan Triac berfungsi sebagai transmisi dari tegangan rendah (DC)
menuju tegangan tinggi (AC) dan mengaktifkan tingkat pencahayaan lampu sesuai
dengan siklus pengaktifan rangkaian multivibrator monostabil (B) [1], [3], [7].
15) Lampu berfungsi sebagai sumber pencahayaan [2], [7].
Rangkaian keseluruhan Sound Switch (Gambar 3) merupakan rangkaian saklar
elektronik (memanfaatkan energi akustik) yang dirancang untuk mengaktifkan dan
menonaktifkan cahaya lampu disertai pengaturan dari tingkat pencahayaan pada lampu.
Proses pengaturan tingkat pencahayaan (akibat perubahan phase aktif) lampu pada
rangkaian Sound Switch terangkum dalam Tabel 1. Siklus kerja Sound Switch (Gambar 2)
dimulai dari kondisi lampu OFF hingga Stage 5 (kondisi nyala lampu paling terang).
Catu Daya AC Input
Rangkaian
Pre – Amplifier
Rangkaian
Pulse Shaping
Rangkaian
Multivibrator Monostabil
Rangkaian
Decade Counter
Rangkaian
Power ON Reset
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (A)
Rangkaian
OR Gate
Rangkaian
Zero Crossing Detector
Rangkaian
Multivibrator Monostabil (B)
Rangkaian
MOC dan TriacLampu
Mikrofon
Titik Uji 2 Titik Uji 3 Titik Uji 4
Titik Uji 5 Titik Uji 6 Titik Uji 7 Titik Uji 8
Rangkaian
Amplifier
Titik Uji 1
Gambar 1. Blok diagram dan titik-titik pengujian rangkaian Sound Switch
Tabel 1. Tingkat pengaturan cahaya lampu pada rangkaian Sound Switch
Suara ke – Pulse Shaping
Rangkaian Multivibrator Monostabil
Rangkaian Decade Counter Perioda Aktif
(MOC dan Triac) Phase Aktif Lampu (1 siklus gelombang)
Kondisi
Lampu Trigger ke – Pin 3 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
0 0 L H L L L L L OFF
1 1 H L H L L L L A1 & B1 126o dan 306
o Redup 2 2 H L L H L L L A2 & B2 108
o dan 288
o . . .
3 3 H L L L H L L A3 & B3 90o dan 270
o 4 4 H L L L L H L A4 & B4 54
o dan 234
o 5 5 H L L L L L H A5 & B5 0
o dan 180
o Terang 6 6 H RESET Kembali ke kondisi awal
Soun
d S
witch
den
gan
Dim
mer…
118
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
119
Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 Stage 5 OFF
Gambar 2. Siklus kerja Sound Switch
220 V
AC
15 VAC
C3
4700 mF
IC 1
7812
D4
1n4007~
~
+
D2
1n4007
D1
1n4007
D3
1n4007
C1
100 nF
C7
220 mF
C5
100 nF
D5
1n4007
C4
4700 mF
IC 2
7912
C2
100 nF
C8
220 mF
C6
100 nF
D6
1n4007
R1
2k2 W
LED1
VCC
VG
VDD
15 VAC
R8
1 kWT2
BC547
R9
4k7 W
R5
4k7 WT1
BC547
R7
10 kW
R6
100 kW
R4
1 kW
C9
100 pFR3
10 kW
R2
6k8 W
O1
(menuju Rangkaian
Multivibrator
Monostabil (A))
R16
10 kW
C12
1 mF
R17
560 kW
R10
10 kW
C13
10 nF
D7
1n4148
D8
1n4148
C14
1 mF
C15
47 nF
R18
10 kWT4
BC547
R19
10 kW
IC 3
LM741
+
(2)
(3) (4)
(7)
(6)
Mikrofon
Electret
Condencer
VR1
100 kW
C10
1 mF T3
BC547
R13
6k8 W
R14
510 W
R15
4k7 WC11
1 mF
R11
82 kW
R12
39 kW
VR2
10 kW
(1)
(5)
VDD
IC 4
555
C17
100 nF
C18
10 mF
IC 5
CD4017
R20
47 kW
CLK
Q0
(4)
(3)(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
RST
GND
R21
1 kW
LED2
LED4
LED5
LED6
LED7
LED3
(2)
(4)
(7)
(10)
(1)
IC 6b
CD4071
(14)
C16
10 nF
R22
1 kW
IC 6a
CD4071
C19
10 mF
R23
220 kW
Vcc
CE
Q3
Q4
Q1
Q2
Q5
Q6
(1)
(2)
(3)
(6)
(5)
(14)
(7)
(4)
CT
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch
Sound Switch dengan Dimmer…
120
IC 11
555 (A3)
C30
100 nF
C32
1 mF
R32
4k7 W
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
IC 12
555 (B3)
C33
100 nF
C34
1 mF
R34
1 kW
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
R35
1 kW
LED10
C31
10 nF
R33
100 kW
IC 13
555 (A4)
C35
100 nF
C37
1 mF
R36
2k7 W
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
IC 14
555 (B4)
C38
100 nF
C39
1 mF
R38
1 kW
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
R39
1 kW
LED11
C36
10 nF
R37
100 kW
IC 15
555 (A5)
C40
100 nF
C42
1 mF
R40
1k5 W
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
IC 16
555 (B5)
C43
100 nF
C44
1 mF
R42
1 kW
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
R43
1 kW
LED12
C41
10 nF
R41
100 kW
IC 7
555 (A1)
C20
100 nF
C22
1 mF
R24
6k8 W
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
IC 8
555 (B1)
C23
100 nF
C24
1 mF
R26
1 kW
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
R27
1 kW
LED8
C21
10 nF
R25
100 kW
IC 9
555 (A2)
C25
100 nF
C27
1 mF
R28
5k6 W
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
IC 10
555 (B2)
C28
100 nF
C29
1 mF
R30
1 kW
(2)
(1) (5)
(3)
(6)
(7)
(8)(4)
TRG
THR
OUT
DIS
VccRST
GND CV
R31
1 kW
LED9
C26
10 nF
R29
100 kW
IC 17a
CD4071
IC 17b
CD4071 IC 17d
CD4071
IC 17c
CD4071
(4)
(3)
(11)
(10)
(1)
(2)
(5)
(6)
(12)
(13)
(8)
(9)
(14)
(7)
LED13
R44
1 kW
Lampu
AC
R45
390 W
input
O1
input
O1
input
O1
input
O1
input
O1
input Q1
input Q2
input Q3
input Q4
input Q5
VCC
VG
MOC3023
(6)
(4)
(1)
(2)
TRIAC
BT-137
Gambar 3. Rangkaian keseluruhan Sound Switch (lanjutan)
Stage 1 (Gambar 2) merupakan kondisi lampu dengan nyala paling kecil (redup).
Redupnya tingkat pencahayaan pada lampu bersumber dari aktifnya rangkaian
multivibrator monostabil (A1) (rangkaian yang menghasilkan nilai perioda terbesar) dan
rangkaian multivibrator monostabil (B1) akibat pergeseran state dari Q0 menjadi Q1 pada
rangkaian decade counter. Stage 5 pada Gambar 2 merupakan stage yang menghasilkan
cahaya lampu paling terang (maksimal). Terangnya tingkat pencahayaan pada lampu
bersumber dari aktifnya rangkaian multivibrator monostabil (A5) (rangkaian yang
menghasilkan nilai perioda terkecil) dan rangkaian multivibrator monostabil (B5) akibat
pergeseran state dari Q4 menjadi Q5 pada rangkaian decade counter.
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
121
Siklus kerja dari rangkaian Sound Switch diakhiri dengan padamnya lampu.
Padamnya lampu disebabkan oleh pergeseran state dari Q5 menjadi Q6 pada rangkaian
decade counter yang akan me-reset-kan kembali cacahan sinyal ke kondisi awal (akibat
aktifnya rangkaian power ON reset), yaitu state Q0. State Q0 adalah state yang tidak
terhubung dengan rangkaian multivibrator monostabil (B), sehingga MOC dan triac tidak
akan terpicu dan lampu tidak terhubung dengan sumber tegangan AC.
3. HASIL PENGUJIAN RANGKAIAN
Untuk mengamati bentuk gelombang, sinyal, kondisi logika, serta perubahan
pulsa-pulsa listrik, maka dilakukan pengujian terhadap beberapa bagian penting yang
menentukan kerja dari rangkaian Sound Switch. Hasil pengujian keseluruhan dari
rangkaian Sound Switch pada masing-masing titik-titik pengujian (Gambar 1)
menggunakan oscilloscope dan indikator komponen yang terpasang pada rangkaian
Sound Switch (Gambar 3) terangkum dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch
Titik Uji Hasil Pengujian Keterangan
1
CH1 : audio generator CH2 : Titik Uji 1
2
CH1 : sinyal Titik Uji 1 CH2 : Titik Uji 2
3
CH1 : sinyal Titik Uji 2 CH2 : Titik Uji 3
Sound Switch dengan Dimmer…
122
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji Hasil Pengujian Keterangan
4
Clock
ke –
Kondisi LED (output IC 5)
Q0 : - Q1 : nyala LED3 Q2 : nyala LED4 Q3 : nyala LED5 Q4 : nyala LED6 Q5 : nyala LED7
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
0 H off off off off off
1 L on off off off off
2 L off on off off off
3 L off off on off off
4 L off off off on off
5 L off off off off on
6 RESET (kembali ke kondisi awal)
5
CH1 : full wave rectifier CH2 : sinyal voltage divider
CH1 : sinyal voltage divider CH2 : sinyal zero crossing
CH1 : sinyal zero crossing CH2 : Titik Uji 5
6.A1
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A1
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
123
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji Hasil Pengujian Keterangan
6.A2
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A2
6.A3
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A3
6.A4
CH1 : pulsa Titik Uji 5 CH2 : Titik Uji 6.A4
6.A5
CH1 : pulsa Titik Uji 5
CH2 : Titik Uji 6.A5
7
Input
trigger
dari –
I
C
5
Kondisi LED
(output IC 8, 10, 12, 14, 16)
B1 : nyala LED8
B2 : nyala LED9
B3 : nyala LED10
B4 : nyala LED11
B5 : nyala LED12
B1 B2 B3 B4 B5
RESET Q0 off off off off off
A1 Q1 on off off off off
A2 Q2 off on off off off
A3 Q3 off off on off off
A4 Q4 off off off on off
A5 Q5 off off off off on
Sound Switch dengan Dimmer…
124
Tabel 2. Hasil pengujian keseluruhan rangkaian Sound Switch (lanjutan)
Titik Uji Hasil Pengujian
8
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (1) 126o dan 306
o (2) 108
o dan 288
o
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (3) 90o dan 270
o (4) 54
o dan 234
o
Phase aktif (1 siklus gelombang) Stage : (5) 0o dan 180
o
4. KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan hingga hasil pengujian rangkaian keseluruhan, maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1) Suara sebagai sinyal AC yang masuk ke blok pre amp dan amplifier, akan
diperkuat dan diubah menjadi sinyal DC yang berbentuk pulsa sebagai trigger bagi
IC 4 timer 555.
2) IC 4 timer 555 akan menghasilkan sinyal output yang dimanfaatkan oleh decade
counter untuk mengatur urutan state atau kondisi.
3) Zero crossing detector akan mensinkronkan pergerakan sinyal AC, ketika sinyal
melewati phase titik 0. Output dari zero crossing detector digunakan untuk men-
trigger seluruh IC timer 555 (A) dengan perioda bervariasi.
Vol. 02 No. 06, Apr - Jun 2013
125
4) Konfigurasi dari IC timer 555 (A) yang dirangkai secara monostabil dengan nilai
perioda yang bervariasi berpengaruh terhadap besarnya tegangan lampu dan
berdampak pada tingkat pencahayaan lampu.
5) IC timer 555 (B) berfungsi untuk mengaktifkan MOC, sehingga triac ter-trigger.
6) Setiap 10 ms sekali, semua IC timer 555 (A) akan ter-trigger. Akan tetapi, hanya
akan terdapat satu saja yang aktif untuk menghasilkan cahaya lampu. Sistem
pengaktifan tersebut diatur oleh IC decade counter.
REFERENSI
[1]. Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis, “Electronic Devices and Circuit Theory,
Eleventh Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2012.
[2]. Estrada, Richie, “Clap Switch to Control Room Light”, Jurnal Teknik dan Ilmu
Komputer UKRIDA, Vol.01, No. 02, 2012, p.144-152.
[3]. Floyd, Thomas L., “Electronics Fundamentals – Circuits, Devices, and Applications,
Sixth Edition”, Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004.
[4]. Townshend, Phil, “Electret Microphone”, EduTek,
http://www.edutek.ltd.uk/CBricks_Pages/Electret_Microphone.html, diakses 12
Januari 2013.
[5]. Kleitz, William, “Digital Electronics: A Practical Approach, Seventh Edition”,
Pearson Education, Inc., New Jersey, 2005.
[6]. Purwanto, Eko B., “Teori dan Aplikasi Sistem Digital”, Graha Ilmu, Yogyakarta,
2011.
[7]. Lazaridis, Giorgos, “Voltage Controlled AC Light Dimmer”, PCBheaven,
http://pcbheaven.com/circuitpages/Voltage_Controlled_AC_Light_Dimmer, diakses
13 December 2012.