3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini :
ARDUINO
Gambar 3.1 Diagram Blok Pembangkit Tegangan
3.1.1 Fungsi Setiap Blok
1. Osilator berfungsi sebagai pembangkit frekuensi 2. DAC berfungsi mengubah nilai digital menjadi analog
3. Mikrokontroller berfungsi untuk mengatur nilai frekuensi dan PWM 4. Ir2110 berfungsi untuk memperkuat sinyal
5. Arduino berfungsi untuk mengirimkan PWM ke VCO
Pada diagram blok diatas osilator membangkitkan frekuensi dengan lebar pulsa yang bisa diatur, pengaturan nilai frekuensi dan PWM dapat dikerjakan melalui mikrokontroller ATMega328. DAC bekerja mengubah nilai digital yang dihasilkan menjadi nilai analog, dan nilai tersebut dikirim ke osilator. Ir2110 bekerja untuk memperkuat sinyal tersebut untuk dapat digunakan untuk keperluan lain.
Arduino mengirimkan PWM ke VCO, nilai ferkuensi ditetapkan oleh DAC yang dikirim mikrokontroller ATMega328 dan lebar pulsa ditentukan oleh mikrokontroller ATMega328. Frekuensi yang berPWM bernilai 65 kHz dikirim ke IR2110 (Fet driver) sehingga keluar bentuk frekuensi beda fasa. PWM diubah
menghasilkan pulsa yang lebar atau sempit. Frekuensi diubah menghasilkan gelombang semakin banyak atau semakin sedikit.
3.2 Perancangan Rangkaian Power Supply
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supply
Rangkaian power supplay dapat ditunjukkan pada gambar 3.2. Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan sistem sedangkan keluaran 12 volt untuk Radio Frekuensi Transmitter.
3.3 Perancangan Rangkaian Digital to Analog Converter
Gambar 3.3 Rangkaian DAC
Data 16 bit dikirim dari mikrokontroller melalui protokol I2 ke DAC, nilai analog yang dihasilkan oleh DAC tersebut dihubungkan ke PWM control dari IC 7555 untuk mengubah nilai PWM pada output IC 7555.
3.4 Perancangan Rangkaian Osilator NE7555
Gambar 3.4 Rangkaian Osilator NE7555
Frekuensi yang dihasilkan oleh IC 7555 di by pass dari mikrokontroller melalui pin 2 ke pin 3 dalam bentuk pwm. Pada dasarnya aplikasi utama IC NE7555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. Dari gambar 3.4 Dapat dilihat osilator NE7555 memiliki 8 pin. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki Osilator NE7555.
• Pin 1 sebagai Ground (0V) adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative.
• Pin 2 sebagai Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop.
• Pin 3 sebagai Output, pin keluaran dari IC 7555.
• Pin 4 sebagai Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset.
• Pin 5 sebagai Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground.
• Pin 6 sebagai Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan mereset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc.
• Pin 7 sebagai Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu.
• Pin 8 sebagai Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.
3.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega328 dapat dilihat pada gambar 3.5 di bawah ini :
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328.
Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31).
3.6 Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. LCD 1602 dikendalikan secara serial melalui komunikasi data I2C. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1602 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Gambar 3.6 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Dari gambar 3.6, Rangkaian LCD dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler Arduino Uno. LCD yang digunakan dalam percobaan adalah LCD 2 x 16, lebar display 2 baris 16 kolom, yang mempunyai 16 pin konektor, sehingga hanya mampu menampilkan angka, huruf, dan simbol sebanyak 2 baris dan disetiap baris mampu menampilkan 16 karakter. Pin-pin pada LCD terhubung langsung ke pin-pin Arduino.
3.7 Perancangan Rangkaian FET Driver IR 2110
Gambar 3.7 Rangkaian FET Driver IR 2110
IR 2110 bekerja sebagai driver power MOSFET dengan pulsa yang berbeda frekuensi dan polaritas fasa pin HO dan LO. Rangkaian driver MOSFET pada inverter ini menggunakan IC IR2110 yang mempunyai tegangan dan kecepatan yang tinggi. IR2110 ini mempunyai 2 buah output yaitu LO dan HO. Input yang terhubung pada kaki LIN akan dikeluarkan bagian rendahnya (low) saja pada kaki LO.
Sedangkan input yang terhubung pada kaki HIN akan dikeluarkan bagian tingginya (high) saja pada kaki HO. Untuk bisa bekerja, IR2110 memerlukan tegangan catu baik untuk sisi masukan (VDD) maupun untuk sisi keluaran (VCC). Karena tegangan minimal untuk logik satu adalah 4,2V, sehingga tegangan catu masukan IR2110 diatur sebesar 5V. Sedangkan tegangan catu keluaran IR2110 diatur sebesar 12V untuk menjamin nilai keluaran IR2110 sebagai masukan MOSFET mendekati nilai 10V agar MOSFET dapat bekerja pada kondisi fully on.
3.8 Rangkaian Lengkap
Berdasarkan uraian-uraian yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, maka dibuat rangkaian lengkap dari peralatan. Adapun rangkaian lengkap dari perancangan sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.8 berikut ini:
Gambar 3.8 Ragkaian Bagian Kontroller
Rangkaian bagian kontroller ini adalah rangkaian System ATMega 328 yang bekerja untuk mengatur nilai frekuensi dan nilai PWM. Rangkaian Minimum System memiliki peran penting dalam seluruh sistem kerja alat. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328 adalah komponen utama dari rangkaian Arduino sebagai prosesnya mikrokontroler yang digunakan dalam system ini adalah mikrokontroler dengan jenis AVR seri ATMega 328. Mikrokontroler ini mempunyai 20 pin yang meliputi 14 pin I/O digital dengan 6 pin yang dapat berfungsi sebagai output PWM (Pulse Width Module) dan 6 pin I/O analog. Pemilihan ATMega ini akan memaksimalkan pembuatan alat sebagai pengolah data. Rangkaian mikrokontroler ATMega 328 pada Arduino dapat dilihat pada gambar diatas.
Dari gambar 3.8 bahwa Arduino diprogram untuk mengirimkan PWM (Pulse Width Modulation) ke VCO. Kemudian VCO berfungsi untuk membangkitkan frekuensi dengan nilai frekuensi yang ditetapkan oleh DAC yang dikirimkan oleh mikrokontroller dan lebar pulsa ditentukan oleh mikrokontroller ATMega328.
Gambar 3.9 Ragkaian DAC dan Pemisah Fasa
Dari gambar 3.9 DAC bekerja mengubah nilai digital yang dihasilkan menjadi nilai analog dan nilai tersebut dikirim ke osilator. PWM bekerja untuk memanipulasi lebar sinyal atau tegangan dengan pulsa dalam satu perioda. Frekuensi yang berPWM bernilai 65 kHz dikirimkan ke IR2110 yang berfungsi untuk memperkuat sinyal. Dalam rangkaian ini terdapat sebuah soket yang terhubung dengan mikrokontroller dan komputer, soket ini bekerja menghubungkan VCO dengan Mikrokontroller sehingga rangkaian ini tidak disatukan menjadi satu rangkaian.
3.9 Prosedur Penelitian
Gambar 3.10 Diagram Prosedur Penelitian
Kegiatan penelitian diawali dengan studi pustaka, pengumpulan, dan pengolahan data. Kemudian dilanjutkan dengan kegiatan perancangan spesifikasi teknis rangkaian atau alat, pembelian komponen (spare-part), pembuatan rangkaian / alat, pengujian dan analisa rangkaian / alat, dan seterusnya, sampai dengan kegiatan penelitian ini benar-benar selesai (penulisan laporan penelitian).
3.10 Flowchart Sistem
Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu bagaimana cara merancang sistem yang akan diimplementasikan pada alat. Dalam perancangan sistem perlu dibuat flowchart dari sistem tersebut.
SPESIFIKASI APLIKASI
FSW.VIN(MIN).VIN(MAX).VOUT1 IOUT1.IOUT2
RT UVLO & OVLO/DC
RDC
N=NP:NS
LDO INDUKTOR PENYEARAH
SNUBBER
Gambar 3.11 Flowchart Sistem
Dari diagram diatas, adapun sistem kerja dari Diagram Alir (Flowchart) diatas adalah alat bekerja secara otomatis, tidak dikendalikan secara manual. Jika frekuensi dinaikkan maka outputnya naik, alat akan bekerja sampai mendapatkan konversi yang paling maksimum dengan frekuensi maksimum. Apabila frekuensinya dinaikkan tetapi outputnya turun maka alat akan kembali ke pengujian semula.