3.1. Diagram Blok Sistem
ATMEGA 8535 SOLAR
PANEL TEGANGANPEMBAGI
Relay 1 Relay 2 LCD Sensor arus baterai PEMBAGI TEGANGAN Load/inverter
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Penjelasan dari masing-masing blok adalah sebagai berikut:
a. Solar panel berfungsi sebagai sumber arus untuk pengisian pada baterai. b. Pembagi tegangan digunakan sebagai rangkaian untuk membagi tegangan
tegangan dari solar panel bernilai 21 volt, sedangkan fitur adc pada mikrokontroler hanya bisa dilalui oleh tegangan 5 volt.
c. Sensor arus ACS-712 digunakan untuk mendeteksi arus yang berasal dari solar panel ke baterai.
d. Baterai digunakan sebagai sumber tegangan dan untuk menghidupkan beban dan sistem.
e. Mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengolah data dari inputan.
f. Relay digunakan sebagai pemutus dan penyambung arus dari solar panel ke baterai.
g. LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengukuran dari solar panel dan baterai.
h. Load/Inverter digunakan sebagai beban dan mengubah arus dc dari baterai menjadi arus ac.
3.2. Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATMEGA 8535
Dari gambar 3.2, 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.
3.3. 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 3.3 Rangkaian LCD
Dari gambar 3.3, 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 dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega8535
3.4. Perancangan Sensor Tegangan
Rangkaian sensor tegangan ditunjukkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Tegangan
Dari gambar 3.4, pendeteksian tegangan. Setelah melalui dioda (penyearah), beberapa filter dan pembagi tegangan, pembagi tegangan terdiri
dari dua resistor yang dipasang secara paralel. Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang dikehendaki. Tegangan 12 DC diturunkan menjadi tegangan sekitar 5 VDC melalui rangkaian pembagi tegangan. Output rangkaian tegangan tersebut dimasukkan ke pin adc. Pembagi tegangan tersebut bisa dibuktikan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
�
���=
����+��
�
��Dalam perhitungan Vin yang digunakan 12 volt dan Vout yang diharapkan adalah 5 volt, sehingga:
�
���=
�2 �1+�2�
�� 5�=
�2 �1+�2 × 12� 5 R1 + 5 R2 = 12 R2 5 R1 = 12 R2 – 5 R2 R1 = 7 5 R2 R1 = 1,4 R2Maka R2 yang digunakan adalah 1 kΩ dan R1 adalah 1,4 kΩ.
Dalam perhitungan pada solar panel Vin yang digunakan 21 volt dan Vout yang diharapkan adalah 5 volt, sehingga:
�
���=
�2 �1+�2�
�� 5�=
�2 �1+�2 × 21� 5 R1 + 5 R2 = 21 R25 R1 = 21 R2 – 5 R2
R1 = 16
5 R2
R1 = 3,2 R2
Maka, R2 yang digunakan adalah 1 kΩ dan R1 adalah 3,2 kΩ.
3.5. 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 3.5Rangkaian Aplikasi Sensor Arus ACS 712 ,5 Ampere
Dari gambar 3.5 rangkaian aplikasi IC ACS 712 diatas, didapatkan hasil output berupa tegangan AC tanpa komponen DC. Setiap perubahan 1 ampere arus input maka hasil output berupa tegangan AC akan berubah tiap 100 mV.
Tegangan AC hasil output sensor terlalu kecil, maka diperlukan penguatan agar hasil output sensor menjadi lebih besar. 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 3.6Konfigurasi Pin LM321 dan Rangkaian Inverting Amplifier
Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian sensor arus ACS 712 dengan keluaran 5 ampere lengkap dengan rangkaian inverting amplifier. Karena sinyal
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�
3Ditetapkan terlebih dahulu �� = 1�Ω maka �3 = 3 × 1000Ω
3.6. Perancangan Inverter
Rangkaian di bawah adalah inverter sederhana dengan pembangkit gelombang IC 4047 dengan diperkuat oleh transistor mosfet IRFz44. Pada rangkaian ini juga di lengkapi power indicator dan fault indicator. Kemudian dioda 6A pada input 12v digunakan untuk mencegah kerusakan saat pemasangan input terhadap aki terbalik. Fungsi fault indicator adalah mengindikasikan bahwa pemasangan input terbalik ( + dipasangkan dan - sebaliknya ).
Untuk penaik tegangan digunakan trafo CT 12 - 230 ( 220v juga boleh, dianjurkan 230v ) kemudian untuk memperhalus keluaran AC di sisipkan paralel
sebuah kapasitor 220nF 2000V. Untuk trafo yang digunakan trafo CT 3A, tetapi semakin tinggi daya trafo semakin baik.
3.7. Flow Chart Program Mulai Inisialisasi program Baca Vpanel,Vbaterai ya Selesai Vpanel>Vbaterai? Aktifkan relay charging Vpanel<Vbaterai? ya Vbaterai<set High baterai? Nonaktifkan relay charging Vbaterai>set low baterai? ya tidak tidak ya aktifkan relay beban nonaktifkan relay beban Tidak
3.8Gambar Diagram Alir (Flowchart)
Program dimulai dari start dan dilanjutkan dengan inisialisasi untuk memetakan memori dan port – port yang akan digunakan untuk keperluan pembacaan sensor dan port – port untuk menampilkan ke LCD.
Selanjutnya mikrokontroler akan membaca tegangan pada solar panel dan baterai. Mikrokontroler akan membandingkan apakah tegangan solar panel lebih besar daripada tegangan baterai.
Jika tegangan solar panel lebih besar daripada tegangan baterai, maka mikrokontroler akan membandingkan apakah tegangan baterai lebih kecil
daripada tegangan baterai maksimum. Jika tegangan baterai lebih kecil daripada tegangan baterai maksimum, maka relay pengecasan akan diaktifkan dan jika tidak lebih lebih kecil, maka relay pengecasan akan dinonaktifkan.
Kemudian jika tegangan panel tidak lebih besar daripada tegangan baterai, maka mikrokontroler akan memeriksa kembali untuk membandingkan apakah tegangan panel lebih kecil daripada tegangan baterai. Jika ya, maka mikrokontroler akan membandingkan apakah tegangan baterai lebih besar daripada tegangan baterai minimum.
Jika tegangan baterai lebih besar daripada tegangan baterai minimum, maka relay beban diaktifkan. Kemudian, jika tegangan baterai tidak lebih besar daripada tegangan baterai minimum, maka relay beban akan dinonaktifkan.
Setelah itu, sistem akan memeriksa kembali tegangan pada solar panel dan baterai.
BAB IV