3.1 Perancangan Blok Diagram
Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen yang lainnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Blok diagram juga merupakan sebuah sistem dimana bagian utama atau fungsi yang diwakili oleh blok dihubungkan dengan garis, yang menunjukkan hubungan dari blok. Dalam rangkaian ini blok diagram dibuat agar mempermudah pembaca untuk memahami rangkaian yang terkait secara garis besar.
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang seperti berikut:
Gambar 3.1 Blok Diagram
3.1.1 Fungsi Setiap Blok
1. Adaptor sebagai sumber tegangan sebesar 12 volt 2 amphere.
2. Sensor LDR sebanyak empat buah sebagai input data dan pelacak sinar matahari.
3. Sensor tegangan sebagai komponen yang membaca jumlah tegangan yang di hasilkan oleh solar panel.
4. Solar panel sebagai alat pengubah sinar matahari menjadi tegangan dengan maksimal tegangan sebesar 5 volt.
5. Motor servo sebagai actuator atau penggerak solar panel.
6. LCD sebagai output jumlah tegangan yang di konversi dari solar panel melalui sensor tegangan.
3.2 Rangkaian Adaptor
Gambar 3.2 Rangkaian Listrik Adaptor
Secara umum Adaptor adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC atau arus bolak-balik yang tinggi menjadi tegangan DC atau arus searah yang lebih rendah. Dalam komponen ini adaptor berfungsi sebagai sumber tegangan langsung dari PLN dengan daya sebesar 12 volt 2.0 amphere. Dapat di simpulkan juga bahwa adaptor adalah sebuah rangkaian elektonika yang berfungsi untuk merubah arus AC menjadi arus DC dengan besar tegangan tertentu sesuai yang
3.3 Rangkaian ATMega16
Rangkaian system minimum mikrokontroler ATMega16 dapat dilihat pada gambar yang ada dibawah ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Listrik ATMega16
Dari gambar diatas, rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega16. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Pin 23, 24, dan 25 dihubungkan ke dalam rangkaian LCD. 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.
3.4 Rangkaian Sensor LDR
Adapun perancangan rangkaian sensor LDR sebagai berikut:
Gambar 3.4 Rangkaian Listrik Sensor LDR
Desain berikutnya adalah sistem pemasangan sensor, dalam rancangan ini juga digunakan dengan batasan bahan acrylic. Rancangan ini dibuat agar dapat menghasilkan bayangan pada LDR jika posisi matahari berada pada arah yang berlawanan dengan posisi LDR. Dalam sistem ini LDR berfungsi sebagai sensor.
Ketika ada cahaya matahari yang mengenainya, maka hambatan LDR akan berkurang, sehingga sensor harus mencari intensitas cahaya matahari yang paling besar. Sensor bekerja secara berpasangan, dimana sensor 1 dan sensor 2 harus mendapatkan intensitas matahari yang sama dan begitu juga dengan sensor 3 dan sensor 4. Rancangan dari sistem pemasangan sensor ini dapat dilihat pada gambar.
Terlihat pada rangkaian listrik sensor ldr pada gambar diatas dimana setiap kaki Gnd (ground) disambung satu samalain dan kemudian kaki-kaki tersebut disatukan dan diteruskan ke kaki ground pada rangkaian sensor tegangan. Begitu pula pada kaki Vcc pada setiap kaki sensor tegangan juga di sambung dan di satukan
3.5 Rangkaian Sensor Tegangan
Gambar 3.5 Rangkaian Listrik Sensor Tegangan
Rangkaian sensor tegangan ini sebagai input yang ditransfer energi matahari melalui solar panel dan kemudian di teruskan ke ATMega16 melalui kaki Vcc, A0, Gnd yang terhubung sehingga di tampilkan melalui LCD.
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 sensor tegangan ini, bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan.
3.6 Rangkaian Solar Panel
Suatu sumber energi listrik yang memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energi diubah menjadi listrik. Pada kenyataanya solar cell juga sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan di masa yang akan datang, energi ini tidak mempunyai polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi, berlimpah sumber energi matahari yang berasal dari alam, terutama di negera-negara tropis seperti Indonesia yang akan menerima energi matahari sepanjang tahun. Pada sistem ini menggunakan solar cell dengan kapasitas 0,9 WP yang akan menghasilkan tegangan antara 5-volt dengan arus maksimal 0,128 A.
Penggunaan solar cell 0,9 WP ini dipilih karena tegangan dan arus yang dihasilkan sudah cukup digunakan untuk melihat perubahan pada pergerakan solar cell terhadap intensitas cahaya. Pada solar cell ini, tegangan dan arus yang dihasilkan sangat berpengaruh pada intensitas cahaya matahari. Hal ini juga sangat berpengaruh terutama pada arus yang dihasilkan oleh solar cell, yang dihubungkan langsung dengan sensor tegangan untuk merubah atau mengkonfersi energi matahari menjadi output tegangan.
Berikut adalah gambar perancagan rangkaian solar panel yang ditampilkan sesuai dengan software perancangan rangkaian listrik proteus:
3.7 Rangkaian Motor Servo
Motor servo mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Rangkaian mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega16 yang merupakan pusat pengolahan data dan pusat pengendali. Dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat empat buah port (A,B,C, D) yang dapat digunakan untuk menampung input atau output data. Port A digunakan sebagai input data, Port B.0 dan B.1 digunakan untuk mengontrol motor servo.
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90º, sehingga total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah 180º. Operasional motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dengan lebar pulsa antara 0,8 ms dan 2,2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Apabila motor servo diberikan pulsa sebesar 1,5 ms maka mencapai gerakan 90º. Bila diberikan pulsa kurang dari 1,5 ms maka posisi mendekati 0º dan bila diberikan pulsa lebih dari 1,5 ms maka posisi mendekati 180º. Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz.
Pada saat sinyal dengan frekuensi 50 Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1,5 ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 00/netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar ke arah kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan di posisi tersebut. Sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar ke arah kanan dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan di posisi tersebut. Untuk membuat servo berputar ke arah kanan, pulsa high yang diberikan adalah 1500+(derajat*10). Sebaliknya jika ingin membuat servo berputar ke arah kiri maka pulsa high yang diberikan adalah 1500–(derajat*10) dan pemberian pulsa ini harus dilakukan berulangulang.
Pada perancangan alat ini, digunakan dua buah servo, yaitu servo 2 untuk arah horizontal dan servo 1 untuk arah vertical.
Gambar 3.7 Rangkaian Listrik Motor Servo
3.8 Rangkaian LCD
Pada rangkaian ini LCD (Liquid Crystal Dispaly) sebagai display output tegangan yang telah di konfersi melalui sensor dari solar panel yang digunakan.
Adapun LCD yang digunakan dengan jenis 16 x 2, Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD yang digunakan ini sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
3.9 Rangkaian Lengkap
Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap
3.10 Flowchart