Projek Sensor Intesitas Cahaya

Pembacaan intensitas cahaya dengan sensor LDR melalui input analog microcontroller NodeMCU. Berdasarkan data yang diterima, MCU akan memerintahkan aktuator melakukan tindakan tertentu

Dasar Teori

Pengertian Sensor LDR

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.

Umumnya Sensor LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm pada saat dalam kondisi sedikit cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena banyak cahaya. Tak heran jika komponen elektronika peka cahaya ini banyak diimplementasikan sebagai sensor lampu penerang jalan, lampu kamar tidur, alarm dan lain-lain.

Fungsi Sensor LDR

LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus listrik akan mengalir (ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya(gelap) maka aliran listrik akan terhambat (OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.

Cara Kerja Sensor LDR

Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.

Tujuan

Tujuan projek adalah untuk mengetahui tingkat intensitas cahaya yang mengenai sensor LDR dalam satuan Lux. Sensor LDR dihubungkan ke pin analog A0 dari NodeMCU. Pin A0 menghasilkan nilai luaran analog dengan rentang antara 0 sampai 1023.

Adapun tugas microcontroller adalah sebagai berikut:

• Membaca nilai Analog A0 NodeMCU, kemudian mengkonversinya dalam satuan LUX melalui rumus perhitungan.

• Menampilkan nilai intensitas cahaya dalam satuan LUX ke layar OLED.

• Mengklasifikasi tingkat intensitas cahaya, misalnya “GELAP”, “SEDANG”, dan “TERANG”. Kemudian meanampilkan status klasifikasi ke layar OLED.

• Menugaskan LED 1 sampai LED 9 untuk hidup (mode gauge) dengan jumlah LED aktif mengikuti tingkat intensitas cahaya yang diterima oleh sensor LDR.

• Membuat tampilan gauge / progres bar pada OLED mengikuti tingkat intensitas cahaya yang diterima oleh sensor LDR.

Rancangan

Rancangan & Pengkabelan Komponen

Kode Program

Dalam kode program membutuhkan library baru bernama SimpleTimer yang dapat di download di https://github.com/kiryanenko/SimpleTimer kemudian file ZIP nya di install, bisa pula library SimpleTimer diinstal secara online.

Perhatikan pada menu Sketch > Include Library > Manage Libraries... seperti tampak gambar di bawah ini:

Detail instalasi dapat dilihat pada bagian sebelumnya

• https://dsp-tech.gitbook.io/internet-of-things/membangun-aplikasi-microcontroller-dengan-nodemcu/projek-pergerakkan-led#kode-program

• https://doditsuprianto.gitbook.io/internet-of-things/membangun-aplikasi-microcontroller-dengan-nodemcu/projek-pergerakkan-led#kode-program.

Fungsi SimpleTimer adalah semacam fungsi thread di dalam komputer. Dia akan membuat session tersendiri untuk suatu tugas tertentu.

Dengan SimpleTimer, fungsi/routine/kode program yang berada di dalam skup SimpleTimer akan dieksekusi sesuai interval yang telah ditetapkan, tanpa mengganggu theread program utama. Hal ini berguna jika Anda memperkerjakan beberapa sensor atau aktuator sekaligus namun dieksekusi dalam interval waktu berbeda. Tentunya siklus program utama tidak ingin terganggu atau tertunda karena mengeksekusi job/task lainnya.

/*-----------------------------------------------
  IoT Smart Device Development Board
  by Dodit Suprianto | DSP-TECH

  Projek: Sensor Intesitas Cahaya

  Library:
  https://github.com/Simsso/ShiftRegister74HC595
  https://github.com/kiryanenko/SimpleTimer
  -----------------------------------------------*/

/*-------------------------------------
  Menambahkan library yang diperlukan
  -------------------------------------*/
// library shift register 74HC595
#include <ShiftRegister74HC595.h>

// library timer (millis)/thread
#include <SimpleTimer.h>

// library OLED
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Wire.h>

/*-------------------------------
  Alamat Kanal Shift Register:
  -------------------------------
  Kanal  0 = LED 1
  Kanal  1 = LED 2
  Kanal  2 = LED 3
  Kanal  3 = LED 4
  Kanal  4 = LED 5
  Kanal  5 = LED 6
  Kanal  6 = LED 7
  Kanal  7 = LED 8
  Kanal  8 = LED 9
  Kanal  9 = Buzz Piezo Speaker
  Kanal 10 = Relay
  Kanal 11 - 15 = Kanal expansi
  -------------------------------*/

/*------------------------------
  Pin Microcontroller NodeMCU
  ------------------------------*/
#define pinData       16 // pin D0
#define pinClock       2 // pin D4
#define pinLatch       0 // pin D3
#define pinLDR        A0 // pin A0

/*------------------------------
  Inisialisasi instance/object &
  Deklarasi varibale global
  -------------------------------*/
// Konstruktor instance Shift register
ShiftRegister74HC595<2> srChannel(pinData, pinClock, pinLatch);

// Konstruktor instance OLED 0.96"
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);

// Varibale simpletimer (Timer interval)
// SimpleTimer semacam thread yang membentuk session
// tanpa mengganggu session program utama
SimpleTimer TimerLDR;

int validGauge = 0;

void setup() {
  /*----------------------------------------------------
    Mengatur baudrate serial MCU.
    Baurate disesuaikan dengan baudrate serial monitor)
    ----------------------------------------------------*/
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();

  /*---------------------------------------------
    Set seluruh kanal shift register menjadi OFF
    ---------------------------------------------*/
  srChannel.setAllLow();

  /*-----------------------------------
    Atur interval pemvacaan sensor LDR
    -----------------------------------*/
  // interval 300 mili detik
  TimerLDR.setInterval(300);

  /*-------------------
    Inisialisasi OLED
    -------------------*/
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.clearDisplay();

  /*-----------------------------------
    Menampilkan pesan OLED pertamakali
    ------------------------------------*/
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Selamat datang...");
  display.setCursor(0, 12);
  display.println("Projek Membaca LDR");
  display.setCursor(0, 24);
  display.println("Intensitas Cahaya");

  // menampilkan pesan string ke OLED
  display.display();

  // tunda tampilan selama 5 detik
  delay(5000);
}

void loop() {
  /*----------------------------------
      pembacaan sensor cahaya LDR
      sesuai interval yang ditentukan,
      yitu setiap 300 mili detik
      ---------------------------------*/
  if (TimerLDR.isReady()) {
    // update tampilan ke OLED setelah
    // membaca sensor LDR hasil perubahan nilai
    updateOLED();

    // Memanggil fungsi LEDProgress()
    // untuk memberi efek gauge gerakan LED
    LEDProgress();

    // reset counter ulang
    TimerLDR.reset();
  }
}

/*------------------------------------------
  Fungsi untuk menghitung intensitas cahaya
  dengan sensor LDR secara analog
  ------------------------------------------*/
int SensorLDR() {
  // Membaca sensor LDR mode Analog
  // yang bernilai antara 0 sampai 1023
  int nilaiAnalogLDR = analogRead(pinLDR);

  /*--------------------------------------------------------------------------------
    Referensi perhitung Lux
    https://arduinodiy.wordpress.com/2013/11/03/measuring-light-with-an-arduino/
    https://emant.com/316002
    VOut = nilaiAnalogLDR * (3.3 / 1023) = nilaiAnalogLDR * ‭‭0.0032258064516129‬
    ----------------------------------------------------------------------------------*/
  // Konversi nilai menjadi satuan LUX
  // Perhitungan ini belum tentu valid karena
  // tidak belum dikalibrasi
  double Vout = nilaiAnalogLDR * 0.0032258064516129;
  int lux = 330 / (10 * ((3.3 - Vout) / Vout));
  Serial.println("Nilai LDR Analog = " + String(int(Vout)));

  // nilai balik lux ke fungsi SensorLDR()
  return lux;
}

/*---------------------------------------
  Menampilkan data terbaru ke layar OLED
  ---------------------------------------*/
void updateOLED() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);

  display.setCursor(0, 0);    display.print("Light");
  display.setCursor(75, 0);   display.print(String(SensorLDR()));
  display.setCursor(100, 0);  display.print("Lux");

  // mapping LUX menjadi gauge ke layar OLED
  // x = 0, y = 0, tinggi = 10 piksel dan
  // lebar = sesuai nilai mapping gaugeOLED, maks 127 piksel
  int gaugeOLED = map(validGauge, 0, 1000, 0, 127);
  display.fillRect(0, 14, gaugeOLED, 10, SSD1306_INVERSE);

  // membuat klasifikasi intensitas cahaya
  // menjadi gelap, redup, terang dan sangat terang
  display.setCursor(0, 28);  display.print("Grade LDR");
  
  if (validGauge >= 0 && validGauge < 50) {    
    display.setCursor(75, 28); display.print("GELAP");
  } else if (validGauge >= 50 && validGauge < 200) {    
    display.setCursor(75, 28); display.print("SEDANG");
  } else if (validGauge >= 200) {    
    display.setCursor(75, 28); display.print("TERANG");
  }
  
  display.display();
}

/*--------------------------------------
  Gauge LED mengikuti besar kecil nilai
  LUX intensitas cahaya dari sensor LDR
  --------------------------------------*/
void LEDProgress() {
  // set semua LED menjadi mati (LOW)
  for (uint8_t i = 0; i <= 8; i++) {
    srChannel.set(i, LOW);
  }

  // Membatasi nilai agar gauge tidak lebih dari 1000
  if (SensorLDR() > 1000) {
    validGauge = 1000;
  } else {
    validGauge = SensorLDR();
  }

  // Memetakan nilai antara LUX dari fungsi SensorLDR()
  // dengan sejumlah 9 LED (ch 0-8 shift register)
  // kemudian menset menjadi hidup (HIGH)
  int gauge = map(validGauge, 0, 1000, 0, 8);
  Serial.println("Lux Meter: " + String(SensorLDR()));
  Serial.println("Gauge: " + String(gauge));

  // Set channel shift register 0-8 sesuai nilai gauge
  // menjadi hidup (HIGH)
  for (uint8_t i = 0; i <= gauge; i++) {
    // semua LED hidup
    srChannel.set(i, HIGH);
  }
}

Source Code: https://github.com/doditsuprianto/IoT-Development-Board-DSP-TECH/blob/main/Projek_Sensor_Intesitas_Cahaya.ino

Video Projek

Tugas

• Tambahkan kode program untuk mengaktifkan relay menjadi ON/HIGH ketika status intensitas cahaya “TERANG” dan relay kembali OFF/LOW jika intensitas cahaya “GELAP” atau “SEDANG”.