Prototipe Lampu Penerangan Jalan Umum Menggunakan Fuzzy Sugeno

Pengembangan smarthome yang kian lama semakin menjadi maju membuat para peneliti mulai menerapkan pada berbagai bidang yang baru seperti halnya smart building. Tujuan smarthome sendiri sangat luas mencakup penghematan daya yang digunakan. Konsep tersebut sangat sesuai diterapkan pada permasalahan yang muncul di masyarakat salah satunya lampu penerangan jalan umum mengingat pemakaian daya yang berlebihan hingga membuat pembengkakan pada pembayaran tagihan listrik tiap daerah. Penerapan konsepnya dengan menambahkan sensor Passive Infra Red, sensor Ultrasonic dan sensor Light Dependent Resistant beserta fuzzy Sugeno untuk merubah bias cahaya lampu ketika adanya objek yang melintas dan menambahkan mikrokontroler arduino sebagai tempat penanaman program. Sensor ACS712dan ZNMPTN101B menjadi pilihan dalam mengukur daya yang digunakan.

Metode yang digunakan adalah metode Fuzzy Sugeno. Input yang digunakan berasal dari 3 parameter yaitu sensor gerak, sensor cahaya dan sensor jarak. Passive Infra Red (PIR) yang lebih dikenal dengan sensor gerak berguna untuk mengenali objek yang melintas merupakan kegiatan yang dilakukan oleh manusia atau bukan, sedangkan sensor jarak (Ultrasonik) berguna untuk mencatat jarak objek tersebut dengan lampu sehingga pemasangan kedua sensor ini akan diletakkan tidak jauh dari keberadaan lampu. 

Penggunaan Light Dependant Resistant (LDR) atau sensor cahaya di penelitian ini hanya untuk membedakan siang dan malam pada lingkungan nyata agar lebih efisien dalam penggunaan listrik. Cara kerja penelitian ini yaitu ketika ada objek yang melewati kedua sensor yang terpasang (PIR dan Ultrasonik) maka sensor tersebut akan mengirimkan masing-masing output terhadap mikrokontroler. Sensor cahaya juga memberikan output-nya berupa pengenalan kondisi cahaya di lingkungan tersebut. Output dari ketiganya menjadi suatu input pada proses awal Fuzzy Sugeno kemudian diolah sampai memberikan hasil. Hasil tersebut ditangkap untuk menjadi parameter penentu besar putaran motor stepper yang akan mengubah bias cahaya lampu secara otomatis. 

Proses Fuzzy dari awal sampai dengan control putaran motor stepper tertanam di dalam masing-masing mikrokontroler arduino yang digunakan sehingga mikrokontroler yang akan menggerakkan motor stepper tersebut. Lampu akan mengalami perubahan bias cahaya jika objek yang melintas dikenali, jika tidak maka tidak akan ada perubahan pada lampu. Bias nyala lampu akan disesuaikan dengan jarak objek pada lampu yang telah ditetapkan pada Fuzzy. Pergerakan berpindahnya objek yang dijalankan akan diikuti oleh perubahan nyala lampu sesuai dengan jaraknya. Perubahan bias cahaya lampu tersebut akan mengeluarkan nilai yang merupakan daya yang digunakan selama lampu menyala.

Gambar 1 Desain Sistem

Desain sistem perancangan yang akan dibuat ditunjukkan oleh Gambar 1. Terdapat tiga buah sensor yang digunakan sebagai input dari proses fuzzy yaitu sensor gerak (PIR), sensor jarak (Ultrasonik), dan sensor cahaya (LDR). Nilai yang dihasilkan oleh masing-masing sensor akan diolah nilainya didalam mikrokontroler yang telah ditanamkan metode Fuzzy Sugeno. Hasil dari metode Fuzzy Sugeno menjadi parameter input untuk putaran motor servo yang mengakibatkan otomasi lampu.

Input penelitian ini dari sensor PIR, Ultrasonik dan LDR. Masing-masing sensor akan memberikan nilai yang dihasilkan sesuai dengan kegunaanya. Sensor PIR akan mendeteksi infra merah yang ada pada objek, sensor Ultrasonik mendeteksi jarak objek dan sensor LDR mendeteksi nilai lingkungan di sekitar. Nilai yang dihasilkan masing-masing sensor merupakan crisp input untuk fuzzyfication. Crisp input diolah sampai menghasilkan fuzzy input dan dikirim untuk dilakukan inference. Proses inference yang dimaksud berisi fuzzy rules dan penentuan nilai output yang akan dihasilkan. Pengolahan fuzzy input didalam inference akan menghasilkan fuzzy output. Selanjutnya dilakukan proses pengolahan terakhir dalam Fuzzy Sugeno yaitu deffuzyfication yang akan menghasikan crisp output. Crisp output ditangkap untuk dijadikan parameter seberapa besar putaran motor stepper yang menghasilkan perubahan bias cahaya lampu secara otomatis.

Implementasi 

Gambar 2 Implementasi Arduino dan Komponen

Gambar 2 merupakan hasil implementasi otomasi hardware. Lintasannya berbentuk huruf U dengan lampu yang berada di tengah. Terdapat dua lampu yang masing-masing diletakkan di sebelah kanan dan kiri lintasa. Lampu yang digunakan merupakan lampu ruangan dengan besar daya 5 watt. Lampu tersebut diletakkan pada tiang yang berupa pipa sehingga kabel yang tersambung pada lampu bisa dimasukan di dalamnya. Tiang yang digunakan membutuhkan bantuan agar bisa berdiri ditepi lintasan oleh karena itu tiang ditanamkan pada suatu tempat yang berisi batu. Sensor, project board, relay dan arduino berada di atas tiang lampu sedangkan dimmer dan stepper berada di bawah. Pemasangan arduino yang berada di atas tiang lampu bertujuan untuk menghindari besarnya hambatan yang terjadi karena panjang kabel yang digunakan. Rangkaian alatnya akan terlihat seperti gambar dibawah ini:

Gambar 3 Rangkaian Alat

Komponen yang digunakan terdiri dari arduino mega 2560 yang berfungsi sebagai controller lampu 2, arduino uno berfungsi sebagai controller lampu 1 yang mana masing-masing arduino akan tersambung dengan project board, dimmer yang berjumlah dua buah berfungsi sebagai pengatur perubahan cahaya lampu, stepper yang berjumlah dua buah berfungsi sebagai pemberi masukan terhadap dimmer dan relay yang berfungsi sebagai saklar. Sensor ultrasonik yang berfungsi sebagai pengukur jarak dan sensor PIR yang berfungsi sebagai sensor gerak diletakkan di sekitar lampu guna mendeteksi adanya gerakan dan jarak objek yang melintas di sekitar sensor tersebut sedangkan sensor LDR diletakkan pada project board untuk membaca kondisi lingkungan. Menghubungkan arduino dengan project board melalui kabel jumper dengan cara vcc project board dihubungkan dengan vcc arduino sedangkan gnd project board juga dihubungkan dengan gnd arduino.

Sensor LDR, PIR dan Ultrasonik akan mengeluarkan output masing-masing sesuai fungsinya. Angka yang dikeluarkan dari ketiga sensor tersebut akan menjadi input dari Fuzzy Sugeno yang telah ditanamkan pada arduino. Output dari Fuzzy Sugeno berupa suatu kondisi lampu (terang/redup/gelap) yang akan menjadi parameter putaran dari motor stepper. Driver motor stepper yang mendapat input akan mulai menggerakkan motornya sehingga dimmer yang terhubung juga ikut berputar. Fungsi dari motor stepper sendiri merupakan penggerak dimmer yang masih manual sedangkan mengubah bias lampu secara otomatis membutuhkan pemutar yang otomatis juga. Mengatasi hal tersebut maka dimmer memanfaatkan putaran dari motor stepper dengan cara dihubungkan pada putaran stepper dengan suatu penguhubung yang ringan dan padat sehingga ketika motor stepper berputar dimmer juga berputar mengiringi putarannya. Putaran dimmer mengakibatkan perubahan bias cahaya lampu berubah secara otomatis.

Lampu, dimmer, stepper dan relay merupakan satu kesatuan yang akan disambungkan dengan arduino melalui kabel jumper. Dimmer memiliki 4 pin kabel. Pin 3 dan 4 yang merupakan tempat output dimmer disambungkan dengan kabel lampu. Pin 1 dari dimmer disambungkan dengan salah satu kabel dari colokan sedangkan pin 2 dari dimmer disambungkan pada relay yang menempati pin 2. Pin kabel relay nomer 1 disambungkan pada kabel yang berbeda dari dimmer pada colokan. Pada relay/saklar juga terdapat 3 pin untuk kabel jumper yang terdiri dari gnd, vcc, dan inisialisasi lampu. Ketiga pin tersebut disambungkan dengan kabel jumper pada arduino yang akan menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus litrik kecil dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.

Kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan penelitian yang telah dilakukan adalah efisiensi yang didapatkan pada sistem lampu penerangan jalan umum dengan menggunakan Fuzzy sugeno pada penelitian ini sebesar 62% dengan 1 buah objek yang melintas, 62% dengan 2 buah objek yang melintas, 57% dengan 3 buah objek yang melintas, 54% dan 52% dengan jumlah objek sebanyak 4 dan 5 buah yang melintas.

Semoga penjelasan ringkas ini bermanfaat untuk tugas teman-teman.