PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM
3.4 Perancangan Skema Rangkaian
3.4.1 Perancangan Rangkaian Solar Cell
Rangkaian Solar cell adalah rangkaian yang dapat menghasilkan energi listrik dari sumber energi matahari karena solar cell salah satu alternatif sumber energi listrik di bumi. Rangkaian ini menggunakan saklar sebagai pemutus tegangan dan dilengkapi lampu indikator. Mikrokontroller sebagai pengontrol untuk memutus tegangan. Berikut adalah rangkaian solar cell.
Gambar 3.4 Rangkaian Skematik Solar Cell
Pada gambar diatas saklar akan menyambungkan tegangan listrik ke solar
charge controller pada jam 06.00 pagi dan lampu indikator solar cell akan ON.
Pada jam 19.00 malam menjelang malam tegangan dari solar cell otomatis akan putus, lampu indikator solar cell akan OFF dan berpindah ke lampu indikator baterai. Apabila pengisian energi baterai penuh sebelum jam 19.00 malam maka rangkaian pendeteksi tegangan penuh akan memutus arus secara otomatis.
Solar Cell 1-1 Solar Cell 1-3 Baterai 1-1 Baterai 1-3 Solar Cell 2-1 Baterai 2-1 Baterai 2-3 R1 10K Ohm R2 1K Ohm R3 10K Ohm R4 1K Ohm C1 100nF C2 100nF C3 100nF D1 1N5060GP D2 1N5060GP Solar Charger Controller
Driver Lampu 3 Lampu 2 Lampu 1 Control-1 Control-2 Control-3 Mikrokontroller Mikrokontroller
3.4.2 Perancangan Rangkaian Solar charge Controller
Rangkaian solar charge controller adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengontrol arus secara otomatis pada pengisian tegangan baterai. Rangkaian ini akan memberikan arus pengisian secara konstan, kemudian setelah muatan terisi penuh maka rangkaian pendeteksi tegangan penuh akan memutus arus pengisian secara otomatis. Rangkaian ini menggunakan transistor sebagai pemutus arusnya, dan mikrokontroler sebagai pengontrol untuk memutus arusnya. Berikut adalah rangkaian kontrol charger baterai.
Gambar 3.5 Rangkaian Skematik solar charge controller
Pada gambar diatas menggunakan IC LM317T sebagai pengatur tegangan pengisian baterai. Pada terminal adjust terdapat komponen variable resistor 5kΩ dan resistor 5kΩ sebagai pengatur tegangan output IC LM317T dan kapasitor
VI 3 VO 2 A D J 1 U2 LM317T RV1 5K Ohm C1 10mF C2 10mF R1 240 Ohm R2 330 Ohm R3 10K Ohm R4 1K Ohm ADC Mikrokontroller Driver D1 DIODE-LED R5 5K Ohm
sebagai penyaring frekuensi. Semakin besar nilai tahanan pada terminal adjust semakin besar tegangan outputnya. Sebaliknya jika semakin kecil tahanan pada terminal adjust maka semakin kecil outputnya. Terdapat satu buah diode led yang berfungsi sebagai lampu indikator pada rangkaian solar charge controller. Pada tegangan inputnya terdapat rangkaian driver sebagai pemutus sambung arus yang di kendalikan oleh mikrokontroller. Untuk dapat mendeteksi kapasitas tegangan baterai digunakan dua buah resistor yang berfungsi untuk membaca tegangan ke ADC mikrokontroler.
3.4.3 Perancangan Rangkaian Baterai
Batere adalah suatu alat penyimpan energi listrik yang dapat diisi (charge) setelah energi yang digunakan. Kapasitas atau kemampuan menyimpaan energi ditentukan oleh semua komponen didalam baterai seperti jenis material yang digunakan dan jenis elektrolitenya sehingga dikenal baterai asam dan baterai alkali. Alat untuk mengisi energi listrik kedalam baterai dinamakan rectifier
(charging) yang berfungsi mengubah arus bolak-balik menjadi searah dan tegangan
outputnya sesuai dengan tegangan baterai. Kapasitas rectifier ini ditentukan oleh kapasitas baterai, sehingga besarnya arus dan tegangan pengisian serta waktu sangat menentukan kondisi baterai. Jika tegangan baik dan sesuai (lebih tinggi dari pada tegangan baterai) sehingga arus pengisian dapat mengalir mengisi baterai tersebut.
Untuk mengetahui apakah baterai sudah terisi penuh dan dapat menyimpannya dengan baik maka perlu dilakukan pengukuran kondisi baterai dengan cara menguji secara simulasi beban yang dapat diatur sehingga arusnya dapat diatur pada arus yang tetap maka tegangan baterai akan turun dari nominalnya. Waktu penurunan tegangan dibandingkan dengan karakteristik baterai tersebut maka dapat diketahui kondisi baterai tersebut, apakah mempunyai kapasitas yang baik atau buruk < 40 %.
Gambar 3.6 Rangkaian Skematik Baterai
Pada rangkaian blok baterai terdapat dua buah saklar yang disatukan ke Baterai 1-1 Baterai 1-3 Baterai 2-1 Baterai 2-3 R1 10K Ohm R2 1K Ohm R3 10K Ohm R4 1K Ohm C1 100nF C2 100nF C3 100nF D1 1N5060GP D2 1N5060GP Solar Charger Controller
Driver Lampu 3 Lampu 2 Lampu 1 Control-1 Control-2 Control-3 Mikrokontroller Mikrokontroller Solar Cell 1-1 Solar Cell 2-1
indikator. Terdapat resistor 10kΩ dan resistor 1kΩ berfungsi sebagai pembagi tegangan. Mikrokontroller sebagai pengontrol baterai. Dioda pada gambar diatas berfungsi sebagai pengaman atau sekering dan kapasitor sebagai penyaring frekuensi.
Cara kerja rangkaian baterai ini, pada saat jam 19.00 malam menjelang malam lampu indikator baterai akan hidup dan baterai akan aktif maka lampu super Led akan hidup. Apabila energi baterai I habis, maka baterai II akan aktif dan lampu super led tetap hidup, sehingga lampu beroperasi selama 12 jam. Pada jam 06.00 pagi lampu indikator baterai akan mati dan berpindah ke lampu indikator solar cell. Solar cell akan mengisi energi baterai I dan II kembali.
3.4.4 Perancangan Rangkaian PC
PC digunakan untuk membantu menganalisis hasil olahan data dari mikrokontroller dengan menggunakan program Visual Basic. Data yang telah di olah akan di tampilkan dalam bentuk tabel yang mana tabel tersebut sudah menampilkan bilangan hasil dari ADC Mikrokontroller. Untuk dapat menghubungkan antara rancangan perangkat keras (hardware) dengan tampilan PC, dibutuhkan konektor dari db9.
3.4.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroller ATMega32
Rangkaian ini berfungsi untuk mengendalikan seluruh rangkaian system kendali. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATMega32. Pada IC ini program diisi sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller ini memiliki 32 port I/O, yaitu port A, port B, port C dan port D. Pin 33 sampai 40 adalah Port A yang merupakan port ADC, dimana port ini dapat menerima data analog. Untuk supply tegangan Pin 10 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt sedangkan pin 11 dan pin 22 dihubungkan ke ground,
dan Pin 32 dihubungkan ke tegangan 3,3 V sebagai tegangan referensi ADC. Rangkaian mikrokontroller ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gambar 3.7 Rangkaian Skematik Mikrokontroller ATMega32
Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal sebagai sumber clocknya pada pin 12 dan pin 13. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Untuk menulis flash rom pada mikrokontroller dapat menggunakan ISP Programmer seperti USBAsp, MKII, STK dan lain-lain, port yang digunakan untuk menulis flash rom adalah PortB5(MOSI), PortB6(MISO), PortB7(SCK), dan Reset, Port ini juga digunakan untuk komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface).
Kestabilan kinerja mikrokontroller sangat berpengaruh dari stabilitas arus dan tegangan, sehingga diperlukan regulator yang handal, disamping itu juga diperlukan algoritma yang handal juga, sehingga mikrokontroller dapat bekerja secara efesien dan stabil.
3.4.6 Perancangan Rangkaian Driver
Driver yang dimaksudkan dalam rancangan ini adalah pengendali arus/ penguat arus. Fungsi driver adalah menguatkan arus dari mikrokontroler agar dapat mengendalikan beban, menghidupkan lampu 18 watt. Untuk menggerakan relay, daya (arus/tegangan) dari mikrokontroller kurang mencukupi sehingga perlu penguat (driver). Driver relay yang paling sederhana biasanya terdiri dari sebuah transistor. Rangkaian driver ditunjukkan pada gambar 3.7.
R1 10K Ohm Q1 2SC945 D1 1N4148 Baterai
Solar Charger Controller
RL2
Mikrokontroller
Dalam hal ini, driver berupa rangkaian penguat transistor 2SC945 yaitu transistor NPN yang terhubung secara common emitter. Driver berfungsi sebagai saklar (on/off). Apabila input dari transistor diberi logika 1 akan membuat transistor jenuh dan arus akan mengalir dari colector ke emitor dan tegangan dari baterai akan masuk melewati relay maka lampu akan menyala, dioda 1N4148 sebagai pengaman atau sekering tegangan agar induktor pada relay akan saling bersinkronasi dengan transistor sedangkan jika input diberi logika 0 akan membuat transistor cut off dan arus akan terputus.
3.4.7 Perancangan Rangkaian Lampu Super Led
LED (Light Emitting Diode) masih merupakan keluarga dioda yang hanya bekerja jika diberi arus DC (Direct Current) secara forward. Seperti halnya lampu listrik lain, lampu LED bekerja dengan cara mengubah arus listrik menjadi cahaya. Banyak sekali manfaat LED dalam kehidupan sehari-hari di antaranya Lampu Indikator, Lampu Penerangan, Lampu Emergency, dan Pemancar Infrared pada remote control.
Agar lampu LED dapat menyala dengan baik, maka harus diberi arus dan tegangan DC (searah) yang sesuai dengan spesifikasinya. Tegangan yang dibutuhkan rangkaian LED tidak sebesar lampu AC yang membutuhkan 220 VAC. Hanya dengan sumber tegangan 1,5 – 3 Volt DC lampu ini dapat menyala. LED dapat dipasang secara seri, paralel, ataupun seri-paralel.
Keistimewaan dari lampu LED adalah :
1. Konsumsi daya sangat kecil
2. Bekerja dengan dengan DC seperti Battery, ACCU, dan Adaptor 3. Tidak menghasilkan panas pada lampu
4. Intensitas cahaya cukup terang
6. Cahaya yang dihasilkan dapat diarahkan
7. Lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung unsur Mercury
8. Lebih hemat energi karena membutuhkan daya yang kecil dengan sumber tegangan DC
BAB IV