PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Alat
3.1.1 Diagram Blok Rangkaian
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang, seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1 di bawah ini.
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Sistem
Gambar 3.1 menunjukkan sketsa perangkat keras pendukung sistem. Dimulai dari jala-jala listrik ada dua pendeteksi yang bekerja pada alat yaitu sensor tegangan yang dipasang secara paralel dan sensor arus yang dipasang secara seri ke beban.
Sensor tegangan yang berupa trafo ct beserta pembagi tegangan yang menurunkan tegangan dari jala-jala listrik PLN yang bernilai 240 VAC pada tegangan primer
Jala – jala listrik PLN tegangan Sensor Sensor arus Mikroko ntroler AVR ATMEGA 8535 P= V*I LCD Beban
AC 330ohm 5 Volt 12 Volt LM7805CT Vreg out IN 10uf 1uf + + 2200uf TIP32C 100ohm 1N5392GP 1N5392GP 220V 50Hz + 12V 12V 0
Kemudian pedeteksi arus yaitu sensor arus ACS 712 yang keluarannya berupa tegangan DC bisa langsung diproses di ADC internal mikrokontroler. Kedua pendeteksi tersebut diolah di ADC internal mikrokontroler. Di mikrokontroler data ADC diolah menggunakan bahasa C dengan mengalikan dua variabel yang telah terdeteksi oleh sensor tegangan (V) dan sensor arus (I) sehingga didapatkan daya yaitu P=V*I dan hasil tersebut tampil di LCD sebagai output dari alat ukur daya tersebut
3.1.2Rangkaian Power Supplay (PSA)
Adapun rangkaian Power Supplay (PSA) dari sistem yang dirancang, seperti yang diperlihatkan gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA)
Gambar 3.2 menunjukkan rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian, termasuk sebagai inputan sensor arus ACS 712. Rangkaian tersebut berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian tersebut bermula dari tegangan AC dari PLN sebesar 220VAC masuk ke trafo. Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor
2200 μF. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang
LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk memasok arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar.
Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah. IC LM7805 membutuhkan tegangan ±7.5 V dan arus ±100 mA. Jadi dipakai resistor 100 Ω dimana tegangan dari trafo stepdown sebesar 12 V, namun sebuah dioda dapat menurunkan tegangan sebesar 0.6 V. Jadi jika dua dioda digunakan maka tegangan dapat diturunkan menjadi 1.2 V.
Perhitungannya adalah sebagai berikut : Vtrafo = 12V – 1,2V = 10,8V
Sehingga bila dipakai resistor 100Ω maka, I = V/R = 10.8 V/ 100Ω = 0.108 A = 108mA
Untuk menghidupkan LED yang arusnya 1.5 mA maka R= Vout 7805/1,5 mA = 333.33 Ω
3.1.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini :
Gambar 3.3 Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 Dari gambar 3.3, Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Pin 12 dan 13 dihubungkan ke XTAL 8 MHz dan dua buah kapasitor 30 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini.
Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45 sebagai
konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel.
Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.1.4 Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Gambar 3.4 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Gambar 3.4. Rangkaian LCD
Dari gambar 3.4, rangkaian ini terhubung ke PB.0... PB.7, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog
3.1.5 Perancangan Sensor Arus
Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt yaitu resistor yang dihubungkan secara seri pada beban dan mengubah aliran arus menjadi tegangan. Tegangan tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih dahulu sebelum masuk ke rangkaian pengkondisi signal.
Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS712 ELC-5A. bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan untuk mempermudah instalasi arus ini ke dalam sistem.
Agar ouput sensor berupa tegangan AC tanpa komponen DC 2,5 volt, maka digunakan rangkaian yang baru setelah dilakukan beberapa percobaan. Menggunakan power supply yang dimodifikasi untuk menghasilkan tegangan ± 2,5 volt dan ground. Power supply menggunakan trafo CT yang dikontrol dengan transistor agar menghasilkan tegangan ± 2,5 volt dan ground. Dengan demikian maka tegangan input sensor VCC-GND tetap 5 volt dan output sensor hanya berupa tegangan AC tanpa komponen DC.
Gambar 3.5. Rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 ,5 Ampere
Dari gambar 3.5 rangkaian aplikasi IC ACS 712 diatas. Setiap perubahan 1 ampere arus input maka hasil output berupa tegangan AC akan berubah tiap 100 mV.
Rangkaian penguatan berupa Op- Amp LM321. output C 0,1uf a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 AC IP+ IP-IP+ VCC VOUT FILTER GND ACS712 +5V CBYP 0,1uf R1 100K R2 100K + -Rf 1K Cf 0,01uf 1 2 3 4 5 R3 3,3K
Gambar 3.6. Konfigurasi pin LM321 dan rangkaian inverting amplifier
Gambar 3.7 menunjukkan rangkaian sensor arus ACS 712 dengan keluaran 5 ampere lengkap dengan rangkaian inverting amplifier. Karena siyal tegangan output dari IC ACS712 5 Ampere inverting maka menggunakan rangkaian inverting amplifier dengan gain 3 kali. Maka dalam perhitungan Rf dan R3 sebagai berikut:
���� = (��
�3)× ���
Jika penguatan (gain) sebesar 3 kali maka:
���� ��� = 3 Sehingga �� �3 = ���� ��� �� �3 = 3 �� = 3�3
Ditetapkan terlebih dahulu �� = 1�Ω maka �3 = 3 × 1000Ω
