BERBAYAR DENGAN TENAGA SURYA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Sub Jurusan Teknik Komputer
Oleh:
LEONARDO HAMONANGAN GIRSANG 100422032
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Teknologi panel surya merupakan salah satu solusi bagi manusia untuk
memperoleh energi listrik. Teknologi panel surya ini dapat diaplikasikan sebagai
sumber energi untuk mengisi baterai ponsel. Tulisan ini membahas tentang
perancangan alat pengisi baterai smartphone berbayar dengan tenaga surya.
Rangkaian alat pengisi baterai baterai smartphone terdiri dari beberapa
bagian utama, antara lain: mikrokontroler ATMega 8535 sebagai pengendali
utama, IC regulator untuk meregulasi nilai tegangan, optocoupler sebagai sensor
koin, dan LCD sebagai penampil waktu pengisian baterai smartphone. Alat ini
bekerja dengan cara mengubah tenaga surya menjadi energi listrik dengan
menggunakan panel surya, dimana energi listrik tersebut disimpan pada baterai
Lead Acid. Baterai Lead Acid merupakan sumber energi untuk mengisi baterai
smartphone yang diaktifkan dengan menggunakan sensor koin. Pengujian yang
dilakukan pada perangkat yang dirancang mampu mencapai tingkat keberhasilan
tanpa ada masalah.
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat
dan karunian-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Perancangan Alat Pengisi Baterai Smartphone Berbayar Dengan Tenaga
Surya”. Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan
dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) Teknik Komputer pada
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan
bimbingan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada
kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan
penghargaan kepada :
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro FT-USU.
2. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
FT-USU dan sekaligus sebagai dosen wali penulis.
3. Bapak Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah
banyak membantu, mengarahkan serta meluangkan waktu serta pikiran dalam
membimbing penulis guna penyusunan Tugas Akhir.
4. Ir. Kasmir Tanjung, MT dan Suherman Ph.D, selaku penguji Tugas Akhir
yang telah memberikan banyak masukan dan arahan demi kesempurnaan
Tugas Akhir ini.
5. Seluruh dosen pengajar dan staf pegawai Departemen Teknik Elektro
6. Terima kasih yang tak terhingga yang tulus dan ikhlas kepada Orang Tua
tercinta, Ayahanda Ganefo Girsang, Ibunda tercinta Lindawati Munthe,
adik-adik Dian, Maya, Moses, dan Dedy yang selalu memberikan semangat
pada penulis dan memberikan dukungan moral dan materil selama masa
pendidikan.
7. Teman seperjuangan di Departemen Teknik Elektro FT-USU, yaitu Bukry,
Elda, Doli, Adi, Muti, Erik, Budi, Ronal, Jackson, Manasye, Rinaldi, Agnes
Ferusgel, Emil, Wilfrid, Yetty, dan juga teman-teman yang tidak dapat
penulis sebutkan satu per satu. Terimakasih untuk kebersamaan, dukungan,
bantuan dan doanya.
Penulis menyampaikan dari Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan
kelemahan serta masih diperlukan penyempurnaan, hal ini tidak terlepas dari
keterbatasan kemampuan pengetahuan dan pengalaman yang penulis miliki.
Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat.
Medan, Oktober 2015 Hormat Penulis
DAFTAR ISI
2.2.Pembangkit Listrik Tenaga Surya ... 6
2.2.1.Sel surya Fotovoltaik ... 7
2.6.Mikrokontroler Secara Umum ... 17
2.6.1.Mikrokontroler ATMega 8535 ... 19
2.6.1.1 Arsitektur Mikrokontroler 8535 ... 20
2.6.1.2 Fitur ATMega 8535 ... 21
2.6.1.3 Konfigurasi Pin ATMega 8535 ... 21
2.6.1.4 Sistem Minimum ATMega 8535 ... 22
2.6.2 Bahasa Pemograman Mikrokontroler ... 23
2.7.LCD ( Liquid Crystal Display) ... 24
2.8.CodeVisionAVR ... 25
BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 27
3.1.Spesifikasi Sistem ... 27
3.2.Perancangan Perangkat Keras ... 28
3.2.1.Panel Surya ... 29
3.2.2.Rangkaian Charger Baterai Lead Acid ... 30
3.2.3.Rangkaian Charger Smartphone ... 32
3.2.4.Rangkaian Penggerak Relay ... 34
3.2.5.Rangkaian Sensor Koin ... 35
3.2.6.LCD (Liquid Crystal Display) ... 37
3.2.7.Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535 ... 38
BAB IV PENGUJIAN ... 45
4.1 Pengujian Rangkaian ... 45
4.1.1 Pengujian Catu Daya ... 45
4.1.2 Pengujian Rangkaian Charger Smartphone ... 47
4.1.3 Pengujian Rangkaian Relay ... 48
4.1.4 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler dan LCD ... 48
4.1.5 Pengujian Rangkaian Sensor Koin ... 49
4.2 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53
5.1 Kesimpulan ... 53
5.2 Saran ... ... 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pemanasan Sebuah Planet oleh Matahari ... 5
Gambar 2.2. Skema Instalasi PLTS ... 6
Gambar 2.3 Panel Surya ... 8
Gambar 2.4 Aki . ... . 9
Gambar 2.5 Relay... 15
Gambar 2.6 Rangkaian Optocoupler ... 16
Gambar 2.7 Blok Diagram Fungsional ATMega 8535 ... 20
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin ATMega 8535 ... 22
Gambar 2.9 Skema Minimum Sistem ATMega 8535 ... 23
Gambar 2.10 LCD 16×2 ... 25
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem keseluruhan ... 27
Gambar 3.2 Panel Surya Tipe Monocrystaline ... 29
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator Tegangan LM317 ... 30
Gambar 3.4 Rangkaian Regulator Arus LM317 ... 32
Gambar 3.5 Rangkaian Alat Pengisi Baterai Lead Acid ... 32
Gambar 3.6 Rangkaian Charger Smartphone ... 33
Gambar 3.7 Rangkaian Penggerak Relay... 35
Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Koin ... 36
Gambar 3.9 Hubungan LCD ke Mikrokontroler ... 37
Gambar 3.10 Rangkaian Minimun Mikrokotroler ATMega 8535 ... 38
Gambar 3.11 ISP Programmer ... 39
Gambar 3.12 Diagram Alir Program ... 40
Gambar 4.2 Pengujian Panel Surya ... 46
Gambar 4.3 Pengujian Rangkaian Charger Smartphone ... 47
Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian Relay ... 48\
Gambar 4.5 Tampilan Pengujian Mikrokontroler dan LCD ... 49
Gambar 4.6 Sensor Koin ... 50
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Spesifikasi Panel Surya Tipe Monocrystaline ... 29
Tabel 3.2. Spesifikasi PORT/ Bandar yang digunakan ... 39
Tabel 4.1. Pengujian Panel Surya ... 47
Tabel 4.2. Waktu Pengisian Charger Smartphone ... 50
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Keseluruhan tanpa Beban ... 52
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Keseluruhan dengan Beban ... 52
ABSTRAK
Teknologi panel surya merupakan salah satu solusi bagi manusia untuk
memperoleh energi listrik. Teknologi panel surya ini dapat diaplikasikan sebagai
sumber energi untuk mengisi baterai ponsel. Tulisan ini membahas tentang
perancangan alat pengisi baterai smartphone berbayar dengan tenaga surya.
Rangkaian alat pengisi baterai baterai smartphone terdiri dari beberapa
bagian utama, antara lain: mikrokontroler ATMega 8535 sebagai pengendali
utama, IC regulator untuk meregulasi nilai tegangan, optocoupler sebagai sensor
koin, dan LCD sebagai penampil waktu pengisian baterai smartphone. Alat ini
bekerja dengan cara mengubah tenaga surya menjadi energi listrik dengan
menggunakan panel surya, dimana energi listrik tersebut disimpan pada baterai
Lead Acid. Baterai Lead Acid merupakan sumber energi untuk mengisi baterai
smartphone yang diaktifkan dengan menggunakan sensor koin. Pengujian yang
dilakukan pada perangkat yang dirancang mampu mencapai tingkat keberhasilan
tanpa ada masalah.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi saat ini semakin berkembang pesat, terutama
dalam bidang sumber energi, dimana sumber energi dapat diperoleh dari
pembangkit listrik tenaga air, uap, gas, nuklir, dan panas bumi. Sumber energi
tersebut merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dan biaya yang
dikeluarkan untuk memanfaatkannya cukup mahal. Salah satu sumber energi
alternatif mempunyai potensi sumber energi yang sangat besar, namun sering kali
terabaikan adalah tenaga surya. Dalam pemanfaatan energi surya, perlu
dikembangkan suatu teknologi yang mampu mengubah energi matahari menjadi
energi listrik. Teknologi ini dikenal dengan istilah panel surya atau disebut dengan
solar cell.
Konsumsi energi listrik semakin banyak digunakan, dikarenakan
perkembangan IPTEK (Ilmu Pengetahuan dan Teknologi) yang semakin pesat
dengan berbagai kecanggihan yang ditawarkan yang membuat manusia semakin
bergantung pada alat-alat elektronik terutama ponsel dalam mendukung kinerja
sehari-hari. Pada saat ini banyak ponsel dilengkapi dengan berbagai aplikasi dan
fitur yang menarik terutama ponsel jenis smartphone yang membuat pengguna
sukar lepas dari ponsel.
Sumber energi ponsel berasal dari baterai, jika digunakan secara
terus-menerus daya baterai akan semakin berkurang. Pada saat kondisi baterai ponsel
lemah, tentunya dibutuhkan sumber energi untuk mengisi baterai ponsel, akan
pemadaman bergilir, kendala lain yang sering ditemui adalah tidak selalu
membawa charger ponsel atau ketika membawa charger ponsel kita tidak mudah
menemukan sumber energi dan walaupun sumber energi ada kita merasa kurang
nyaman melakukan pengisian baterai di tempat orang yang tidak dikenal.
Oleh karena itu, diperlukan suatu alat yang praktis dan mudah dalam
pengisian baterai yang memanfaatkan sumber energi alternatif, yaitu
menggunakan panel surya. Berdasarkan latar belakang di atas, penulis ingin
merancang alat pengisi baterai smartphone berbayar dengan menggunakan tenaga
surya yang suatu saat diharapkan dapat ditemukan di berbagai tempat umum.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat diambil rumusan masalah pada
Tugas Akhir ini, yaitu :
1. Bagaimana sistem pengisian baterai dengan memanfaatkan tenaga surya.
2. Bagaimana merancang alat pengisi baterai smartphone dengan pembayaran
koin.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah :
1. Ukuran panel surya yang digunakan adalah 20Wp 12V.
2. Baterai yang digunakan adalah baterai lead acid 12V 4,5Ah.
3. Pengisian baterai ponsel khusus untuk jenis smartphone.
4. Sensor mendeteksi koin berdasarkan ukuran.
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang alat pengisi
baterai smartphone berbayar dengan memanfaatkan tenaga surya yang berfungsi
untuk mengisi baterai smartphone.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan pada Tugas Akhir ini dilakukan dalam beberapa
tahapan yakni :
1. Tahap Perancangan Perangkat Keras
Pada tahap ini dilakukan perancangan perangkat keras, yaitu meliputi
perancangan rangkaian charger baterai, rangkaian charger smartphone,
rangkaian sistem minimum mikrokontroler, dan rangkaian sensor koin.
2. Tahap Perancangan Perangkat Lunak
Pada tahap ini dilakukan perancangan perangkat lunak yang akan ditanamkan
pada mikrokontroler dan menggunakan Bahasa C sebagai media pemasukan
data. Aplikasi yang digunakan sebagai compiler adalah CodeVisionAVR.
3. Tahap pengujian
Pengujian alat dari sistem yang dirancang ini dibutuhkan untuk memeriksa
kinerja dari sistem yang dirancang.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang gambaran keseluruhan tentang apa yang diuraikan di
dalam Tugas Akhir ini, yaitu pembahasan tentang latar belakang, rumusan
masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan dan sistematika
penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini berisi pembahasan secara ringkas tentang Energi Matahari, Pembangkit
Listrik Tenaga Surya, Relay, Optocoupler, Mikrokontroler , LCD dan
CodeVisionAVR yang digunakan dalam Tugas Akhir ini.
BAB III : PERANCANGAN SISTEM
Bab ini berisi pembahasan tentang panel surya, perangcangan charger baterai,
perancangan sensor dan perancangan program menggunakan bahasa C serta cara
kerja alat.
BAB IV : PENGUJIAN SISTEM
Bab ini membahas tentang pengujian-penguian terhadap sistem yang telah
dirancang.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil perancangan perangkat keras dan
perangkat lunak secara keseluruhan serta saran-saran yang diberikan untuk
BAB II DASAR TEORI
2.1 Energi Matahari
Sumber energi surya atau tenaga matahari bukan hanya terdiri atas pancaran
sinar matahari langsung ke bumi, melainkan juga meliputi efek-efek matahari
tidak langsung, seperti tenaga angin, panas laut, dan bahkan termasuk biomassa
yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.
Berapa besar jumlah energi yang dikeluarkan oleh matahari sukar
dibayangkan. Menurut salah satu perkiraan, inti sang surya yang merupakan suatu
tungku termonuklir bersuhu 100 juta derajat Celcius tiap detik mengkonversi 5
ton materi menjadi energi yang dipancarkan ke angkasa luas sebanyak 6,41x107
W/m2. Matahari mempunyai radius sebesar 6,96x105 km dan terletak rata-rata
sejauh 1,496.108 km dari bumi[1].
Energi ini bisa sampai kepermukaan bumi dengan cara radiasi (pancaran),
karena diantara bumi dan matahari terdapat ruang hampa (tidak ada zat perantara),
sedangkan gelombang elektromagnetik adalah suatu bentuk gelombang yang
dirambatkan dalam bentuk komponen medan listrik dan medan magnet, sehingga
dapat merambat dengan kecepatan yang sangat tinggi dan tanpa memerlukan zat
atau medium perantara, dapat dilihat pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Pemanasan Sebuah Planet oleh Matahari
Pada pelaksanaan pemanfaatan energi matahari, dapat dibedakan tiga cara.
Pertama adalah prinsip pemanasan langsung, dalam hal ini sinar matahari
memanasi langsung benda yang akan dipanaskan, atau memanasi secara langsung
medium, misalnya untuk menjemur pakaian. Kedua, pemanfaatan sinar matahari
untuk memanasi suatu medium dengan menggunakan kolektor surya, dan cara
ketiga adalah sinar atau energi matahari dikonversi menjadi energi listrik dengan
menggunakan panel surya (solar cell).
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) pada dasarnya adalah pecatu daya
(alat yang menyediakan daya), dan dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan
listrik yang kecil sampai dengan besar. Pada siang hari panel surya menerima
cahaya matahari yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses
photovoltaic. Energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung
disalurkan ke beban atau disimpan dalam baterai sebelum digunakan ke beban,
dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Susunan komponen yang terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya
adalah sebagai berikut :
1. Sel surya Fotovoltaik
2. Pengisi Baterai (Charger Baterai)
3. Baterai
2.2.1 Sel Surya Fotovoltaik
Sel surya fotovoltaik merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi
sinar matahari secara langsung menjadi energi listrik. Pada dasarnya sel tersebut
merupakan suatu dioda semikonduktor yang bekerja menurut suatu proses khusus
yang dinamakan proses tidak seimbang (non-equilibrium process) dan
berlandaskan efek (photvoltaic efek).
Pada umunya, dalam proses ini sel surya menghasilkan tegangan antara 0,5
dan 1V, tergantung intensitas cahaya dan zat semikonduktor yang dipakai. Dalam
penggunaannya, sel-sel surya itu dihubungkan satu sama lain, sejajar atau seri,
tergantung dari apa yang diperlukan, untuk menghasilkan daya dengan kombinasi
tegangan dan arus yang dikehendaki[1].
Tenaga listrik dihasilkan oleh satu sel surya sangat kecil, maka beberapa sel
surya harus digabung sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut
modul. Pada aplikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh modul ini
masih kecil, maka dalam pemanfaatannya beberapa modul digabungkan sehingga
Gambar 2.3 Panel Surya
2.2.2 Pengisi Baterai (Charger Baterai)
Pengisi baterai adalah suatu rangkaian elektronik yang digunakan untuk
mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Alat
ini juga memiliki banyak fungsi yang pada dasarnya ditujukan untuk melindungi
baterai. Baterai 12V umumnya di charge pada tegangan 14-14,7V sementara
panel surya 12V umumnya memiliki tegangan output 16-21V.
Beda potensial yang terlalu besar antara panel surya dengan baterai dapat
menyebabkan kerusakan pada baterai, sehingga dibutuhkan suatu rangkaian
elektronik untuk mengatasi masalah tersebut. Tahap pertama yang dilakukan
adalah dengan mengubah tegangan output dari panel surya menjadi 13,8V.
Setelah mendapatkan tegangan yang sesuai dengan pengisian baterai 12V, tahap
selanjutnya adalah pengontrolan pengisian baterai.
Proses pengisian baterai dari panel surya akan berlangsung selama intensitas
matahari masih ada, artinya baterai akan diisi terus-menerus walaupun tegangan
baterai sudah melebihi batas pengisian yang dapat mengakibatkan baterai rusak,
sehingga dibutuhkan suatu rangkaian untuk dapat mengatasi masalah tersebut.
Pada saat tegangan baterai 13,8V maka pengisian akan dihentikan dan ketika
2.2.3 Baterai (Accumulator)
Baterai berfungsi untuk menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh panel
surya sebelum dimanfaatkan untuk mengoperasikan beban. Beban dapat berupa
peralatan elektronik yang membutuhkan listrik DC. Accumulator atau yang akrab
disebut accu/aki berperan sebagai penyimpan listrik dan sekaligus sebagai
penstabil tegangan dan arus listrik.
Akumulator dapat diartikan sebagai sel listrik yang berlangsung proses
elekro kimia secara bolak-balik (reversible) dengan nilai efisiensi yang tinggi.
Disini terjadi proses pengubahan tenaga kimia menjadi tenaga listrik, dan
sebaliknya tenaga listrik menjadi tenaga kimia dengan cara regenerasi dari
elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dengan arah yang
berlawanan di dalam sel-sel yang ada dalam akumulator. Saat pengisian tenaga
listrik dari luar diubah menjadi tenaga listrik didalam akumulator dan disimpan
didalamnya. Sedangkan saat pengosongan, tenaga di dalam akumulator diubah
lagi menjadi tenaga listrik yang digunakan untuk mencatu energi dari suatu
peralatan listrik, contoh baterai dapat dilihat pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Aki 2.3 Baterai Ponsel
Baterai yang digunakan untuk ponsel, yaitu jenis baterai rechargeable
(dapat diisi kembali). Hingga saat ini baterai yang umumnnya digunakan pada
1. Nickel-Cadmium (NiCd)
Baterai Nickel Cadmium (NiCd) yang diproduksi pertama kali tahun 1994,
terbuat dari campuran Nikel dan Cadmium. Baterai NiCd adalah tipe
rechargeable, baterai paling lama yang ada di dunia dan karena kapasitasnya yang
besar, maka baterai ini dipilih untuk ponsel-ponsel lama yang menggunakan
tenaga besar. Saat ini sudah jarang atau bisa dikatakan tidak ada lagi ponsel yang
masih menggunakan baterai jenis ini, tidak lain karena ukuran dan beratnya yang
besar, juga proses pengisiannya yang merepotkan seperti :
a. Baterai baru harus di charge selama 12 jam nonstop, dan selanjutnya pengisian
dilakukan pada saat baterai NiCd sudah benar-benar habis.
b. Baterai NiCd mempunyai permanen memory effect, bila diisi pada saat tidak
benar-benar habis, maka baterai semakin lama kapasitasnya semakin menurun
dan akhirnya mati total.
Karakteristik baterai NiCd:
a. Nominal satu sel baterai NiCd adalah 1,2V.
b. Baterai bertegangan nominal lebih tinggi beberapa sel yang dihubungkan seri.
c. Kelebihan baterai NiCd dibandingkan ketiga jenis lainnya adalah
kemampuannya dalam menangani beban tinggi, selain itu baterai NiCd 5 kali
lebih cepat di charge dibandingkan dengan baterai NiMH atau 20 kali lebih
cepat dibandingkan baterai Lithium, karena bisa menggunakan fast charger.
d. Kelemahan baterai ini dibandingkan dengan baterai Lithium adalah kapasitas
simpan rendah, ratio daya/ berat yang lebih rendah dan adanya efek memori.
Selain itu, baterai NiCd yang telah di charge dapat kosong sendiri (self
e. Baterai NiCd yang sudah lemah tidak bisa langsung di charge, harus kosong
dulu sampai benar-benar habis sebelum di charge.
f. Jika diisi lebih dari 10 jam dengan arus rendah akan cepat lemah, karena ada
efek memori, baterai tidak mampu bekerja walaupun terisi penuh, hal ini
terjadinya karena pengendapan kristal logam pada elektroda negatif, sehingga
kapasitas baterai akan berkurang, impedansi (tahanan dalam) meningkat
sehingga terjadi drop tegangan pada saat di bebani hanya berfungsi sebentar.
2. Nickel Metal Hydribe (NiMH)
Baterai Nickel Metal Hydride (NiMH) yang dikembangkan akhir tahun
1980 adalah pengembangan baterai NiCd dan merupakan generasi baru dari
rechargeable baterai, keuntungannya adalah beratnya yang lebih ringan serta
memory effect yang bersifat temporary, tetapi memory effect ini bisa menjadi
permanen bilamana proses charging yang dilakukan tidak benar. Selain itu,
baterai NiMH lebih ramah terhadap lingkungan. Sampai sekarang baterai ini
masih banyak ditemui dipasaran, terutama untuk ponsel-ponsel yang menengah ke
bawah disebabkan harganya lebih murah, sehingga bisa menekan harga ponsel
secara keseluruhan.
Karakteristik Baterai NiMH:
a. Tegangan nominal satu sel baterai NiMH adalah 1,2V.
b. Self discharcging-nya lebih kecil dibandingkan baterai NiCd tergantung dari
tipenya sekitar 6-16% energi akan hilang dalam 24 jam.
c. Cara charging-nya yang salah akan mengakibatkan beterai tidak bekerja
normal, meskipun baterai terisi penuh tetapi akan menyatakan habis walaupun
d. Baterai NiMH dapat menyimpan energi 2 kali lebih banyak dibandingkan
dengan baterai NiCd.
3. Lithium Ion (Li-Ion)
Baterai ini adalah baterai generasi ke-3 dari rechargeable baterai, dan
keuntungannya terhadap baterai NiMH maupun NiCd adalah berat dan ukurannya
yang ringan, sehingga bisa membuat ponsel yang keluar sekarang sudah
menggunakan baterai jenis ini. Keunggulan baterai ini adalah tidak adanya
memori efek pada saat charging, sehingga tidak perlu menunggu baterai ini habis
baru melakukan charge.
Karakteristik baterai Li-Ion:
a. Tegangan nominal baterai Li-Ion adalah 3,6V.
b. Elektrolit dalam baterai Li-Ion sangat reaktif, bocornya dapat mengakibatkan
karat pada peralatan.
c. Elektrolit dalam baterai Li-Ion ditempatkan dalam casing logam yang stabil
dan kuat.
d. Mikrokontoler dan sensor-sensor di pasang pada casing untuk mencegah panas
berlebih dan overcharging.
e. Kerapatan energi baterai Li-Ion mampu menyimpan energi 3 kali lebih banyak
dibandingkan dengn baterai NiCd.
f. Baterai Li-Ion tidak memeliki efek memory maupun lazy baterai, sehingga
baterai tidak perlu dikosongkan sebelum di cahrge.
h. Impedansi (tahanan dalam) baterai Li-Ion lebih tinggi dibandingkan dengan
NiCd dan NiMH yaitu 200-250 mili Ohm, akibatnya baterai cepat menjadi
panas dan tegangannya drop jika dibebani terlalu berat.
i. Litium sangat reaktif, bahan kimia di dalam baterai akan terurai dengan
sendirinya dan setelah 2 tahun beterai menjadi tidak dapat digunakan lagi
walaupun baterai tersebut disimpan saja.
4. Lithium Polymer (Li-Polymer)
Baterai ini adalah generasi terbaru dari rechargeable baterai, keunggulannya
adalah ramah terhadap lingkungan, sedangkan kemampuan lainnya sama persis
dengan baterai Lithium Ion. Perawatan baterai Lithium Polymer ini sama persis
dengan baterai Lithium Ion, hanya saja handling baterai Li-Polymer harus sedikit
hati-hati mengingat sifatnya yang liquid, sehingga bisa mengakibatkan bentuk
baterai bisa berubah karena tekanan.
Karakteristik baterai Li-Polymer:
a. Nominal tegangan baterai Li-Polymer adalah 3,6V.
b. Elektrolit dalam baterai Li-Polymer berbentuk padat dan tidak reaktif sehingga
menyederhanakan cassing baterai.
c. Baterai Li-polymer dapat dibuat pada peralatan ukuran yang sangat tipis dan
fleksibel sehigga cocok digunakan dalam berukuran mini.
d. Dibandingkan dengan baterai Ion dengan kapasitas yang sama, baterai
Li-Polymer bobotnya lebih ringan 10-15%.
5. Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)
Baterai ini merupakan baterai yang materialnya menggunakan fuel cell,
yaitu berupa cairan dimana komposisinya berupa fuel hidrogen dengan campuran
oksigen untuk memproduksi elektrik power , panas dan cair. Hasil dari kimia tadi
menghasilkan kepadatan energi yang tinggi. Hal inilah yang menjadi keuntungan
DMFC dibanding dengan baterai Lithium Ion. Baterai DMFC memiliki 10x
improvement dalam kepadatan volumetrik energi.
2.4 Relay
Relay adalah alat yang dioperasikan dengan listrik dan secara mekanis
mengontrol penghubungan rangkaian listrik, relay dioperasikan sebagai saklar
(switch) listrik yang bermanfaat untuk kontrol jarak jauh. Relay akan bekerja jika
ada masukan sinyal listrik berupa arus dan tegangan. Pada relay terdapat dua
bagian utama, yaitu koil dan kontak. Koil terdiri dari kumparan yang merupakan
lilitan kawat tembaga, di mana kumparan tersebut akan dialiri arus listrik agar
dapat menghasilkan medan magnet pada inti besi. Inti besi dan koil juga memiliki
jangkar yang terbuat dari besi lunak yang digunakan untuk mengaktifkan kontak
relay setelah tertarik pada inti besi[3].
Kontak-kontak atau kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar
pemakaian, yaitu:
1. Normally Open (NO), yaitu kontak (switch) akan tertutup pada saat koil diberi
suplai tegangan.
2. Normally Close(NC), yaitu kontak (switch) akan terbuka pada saat koil tidak
3. Tukar sambung (Change Over), relay jenis ini mempunyai kontak tengah yang
normalnya tertutup, tetapi melepaskan diri dari posisi dan membuat kontak
dengan yang lain bila relay dialiri arus listrik.
Pada komponen relay yaitu bagian koilnya disuplai tegangan, yang mana
besar tegangan yang akan disuplai harus sesuai dengan tegangan yang dibatasi
oleh koil relay. Maka arus akan mengalir pada kumparan, sehingga pada inti besi
yang dililiti oleh kumparan akan timbul atau menghasilkan medan magnet, setelah
inti besi bersifat magnetis maka jangkar akan tertarik ke inti besi sehingga akan
mengaktifkan kontak relay.
Jangkar dapat ditarik dari inti besi, jika gaya magnet pada inti besi dapat
mengalahkan gaya pegas pada jangkar yang melawannya. Besarnya gaya magnet
ditetapkan oleh kuat medan magnet yang ada di dalam udara diantara jangkar dan
inti 1 besi, adapun gaya magnet ini bergantung pada banyaknya lilitan kumparan
dari kuat arus yang ada pada kumparan, contoh relay dapat dilihat pada Gambar
2.5.
Gambar 2.5 Relay
2.5 Optocoupler
Optocoupler merupakan komponen elektronik opto isolator yang terdiri dari
pemancar cahaya atau emiter yang dikopel secara optik terhadap photo detector
melalui media yang terisolasi. Pemancar cahaya dapat berupa lampu atau LED.
Media isolasi berupa udara, plastik, gelas atau fiber, sedangkan photo detector
dapat berupa photo konduktor, photo dioda, photo transistor, photo SCR atau
rangkaian photo dioda/amplifier[4].
Mengenai pengontrolan pemancaran cahaya dan photo detector
memungkinkan pemindahan informasi dari suatu rangkaian yang mengandung
pemancar cahaya ke rangkaian yang mengandung photo detector. Informasi
dilewatkan secara optik melintasi celah isolasi yang perpindahannya memiliki
sistem satu arah, sehingga photo detector tidak mempengaruhi rangkaian input.
Isolasi optik mencegah adanya interaksi atau kerusakan rangkaian input yang
disebabkan oleh perbedaan tegangan yang relatif tinggi terhadap rangkaian output.
Bentuk fisik dari kemasan optocoupler LH309-08 terdiri dari 4 pin. Konfigurasi
pin 1 dan 2 umumnya dihubungkan ke pemancar cahaya, sedangkan pin 3 ke
ground dan pin 4 merupakan output, dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Rangkaian Optocoupler
Optocoupler dirancang untuk menggantikan fungsi saklar mekanis dan
pengubahan pulsa secara fungsional. Beberapa keunggulan optocoupler adalah[4]]
1. Kecepatan operasi lebih cepat,
2. Ukuran kecil,
4. Respon frekuensi,
5. Tidak ada bounce,
6. Kompatibel dengan banyak rangkaian –rangkaian logika dan mikroprosesor.
2.6 Mikrokontroler Secara Umum
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang didalamnya terdapat mikroprosesor
yang sudah dilengkapi dengan I/O dan memori. Mikrokontroler terdiri dari
sejumlah komponen, antara lain : Prosesor, ROM, RAM, Timer/Counter, Bandar
I/O dan peralatan pendukung lainnya[5].
1. Prosesor
Prosesor (CPU) melaksanakan penjemputan instruksi dari memori,
mendekodekan dan menjalankannya dan mengarahkan perpindahan data antar
register atau antara register dan memori. Register dalam prosesor mikrokontroler
pada umumnya dipetakan sebagai memori (RAM). Semua kegiatan ini
diserempakkan oleh penabuh yang dibangkitkan oleh pembangkit penabuh yang
dicatu oleh osilator kristal, RC (Resistor-Capasitor) atau sumber luar.
2. ROM
ROM digunakan untuk menyimpan data yang bersifat permanen. Dalam
mikrokontroler, program disimpan dalam ROM, atau EPROM, atau Flash ROM.
Ada mikrokontroler yang dapat ditambah ROM eksternal di luar serpih
mikrokontroler. Dalam beberapa mikrokontroler, di samping ROM untuk program
juga digunakan EEPROM untuk menyimpan data.
3. RAM
RAM digunakan untuk menyimpan data yang bersifat sementara. Dalam
digunakan lagi sebagai register prosesor, dikatakan register dipetakan sebagai
memori.
4. Timer
Timer (pewaktu) adalah counter (pencacah) yang digunakan untuk
membangkitkan pulsa atau deretan pulsa pada saat-saat tertentu atau dengan
frekuensi tertentu. Pulsa ini digunakan sebagai interupsi internal untuk memulai
atau mengakhiri kegiatan tertentu. Dalam kebanyakan mikrokontroler, pencacah
ini adalah pencacah naik, berbeda dengan pencacah turun yang diterapkan dalam
sistem mikroprosesor.
5. Bandar I/O
Bandar I/O (I/O ports) terdiri atas bandar parallel dan bandar seri yang pada
umumnya mempunyai kemampuan tristate. Pada beberapa mikrokontroler juga
disediakan bandar masukan/keluaran analog. Fungsi bandar ini dalam kebanyakan
dipilih (dikonfigurasi) sebagai masukan atau keluaran parallel/seri atau analog.
Arah aliran data pada bandar, masukan atau keluaran pada umumnya dipilih
melalui register arah (Data Direction Register, disingkat DDR). Bandar-bandar ini
juga dipetakan sebagai memori.
6. Interupsi
Interupsi dapat dibedakan atas interupsi perankat lunak yang dibangkitkan
oleh instruksi interupsi yang ditanamkan dalam program dan interupsi perangkat
keras yang dibangkitkan oleh sinyal perangkat keras yang lebih baik yang berasal
dari sumber internal seperti timer atau sumber eksternal dari bandar seri atau
7. Bus
Bus adalah saluran yang melakukan (membawa) sinyal-sinyal perangkat
keras. Bus dibedakan atas bus data, alamat dan control. Bus data melakukan data
antara register dan memori atau I/O, bus ini bersifat dua arah (bidirectional). Bus
alamat menunjuk nomor alamat memori dari/ke mana data disimpan, bus ini
bersifat satu arah (unidirectional). Bus control melakukan sinyal-sinyal yang
mengendalikan kegiatan sistem termasuk didalamnya sinyal-sinyal pewaktuan dan
interupsi.
Terdapat beberapa produsen mikrokontroler, antara lain Intel dengan
rumpun MCS-51 dan AVR, Motorola dengan rumpun MC68HC, National dengan
runpun COP8, Microchip dengan rumpun PIC, yang masing-masing juga
ditawarkan dalam puluhan tipe, mulai dari yang sederhana sampai dengan yang
sudah kompleks. Mikrokontroler sudah dibuat dalam teknologi RISC (Reduced
Instruction Set Computer), di mana satu intruksi dapat dilaksanakan dalam satu
periode penabuh (clock) dasar.
2.6.1 Mikrokontroler ATMega 8535
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processors) memiliki
arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16-bits word)
dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock.
Mikrokontroler AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing).
Secara umum AVR dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu, keluarga ATtiny,
2.6.1.1 Arsitektur Mikrokontroler 8535
Mikrokontroler AVR ATMega 8535 memiliki arsitektur, seperti terlihat
pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Blog Diagram Fungsional ATMega8535
Dari Gambar 2.7 dapat dilihat bahwa ATMega 8535 memiliki bagian
sebagai berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori flash sebesar 8 KB dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator anolog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.
2.6.1.2 Fitur ATMega 8535
Mikrokontroler AVR ATMega 8535 memiliki fitur sebagai berikut :
1. Sistem mikroprossesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
2. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
sebesar 512 byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 saluran.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
5. Enam pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik.
2.6.1.3 Konfigurasi Pin ATMega 8535
Konfigurasi pin dari mikrokontroler ATMega 8535 sebanyak 40 pin dapat
dilihat pada Gambar 2.8. Pada gambar tersebut dapat dijelaskan secara funsional
konfigurasi pin ATMega 8535 sebagai berikut[5]:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0-PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0-PB7) merupakan pin I/O duah arah dan pin fungsi khusus, yaitu
5. Port C (PC0-PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
6. Port D (PD0-PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan refensi ADC.
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin ATMega 8535
2.6.1.4 Sistem Minimum ATMega 8535
Skema minimum sistem ATMega 8535 dapat dilihat pada Gambar 2.9
sebagai berikut:
Sumber : L.Wardana, 2006
Gambar 2.9 Skema Minimum Sistem ATMega 8535
2.6.2 Bahasa Pemograman Mikrokontroler
Bahasa pemograman adalah instruksi standar untuk memerintah komputer.
Bahasa pemograman ini merupakan suatu himpunan dari aturan sintaks dan
semantic yang dipakai untuk mendefenisikan program computer[6].
Menurut tingkat kedekatannya dengan mesin komputer, bahasa
pemograman terdiri dari :
1. Bahasa mesin, yaitu memberikan perintah kepada komputer dengan memakai
kode bahasa biner, contohnya 01100101100110. Terkadang untuk
memudahkan penulisan, bahasa biner ini dituliskan dalam bilangan
heksadesimal, seperti : 2A, F5 dan BC. File yang dihasilkan dari penulisan
bahasa mesin berekstensi *.hex.
2. Bahasa tingkat rendah atau dikenal dengan istilah bahasa rakitan (assembly),
singkat (kode mnemonic), contohnya MOV, SUB, CJNE, JMP,LOOP,dsb.
File yang dihasilkan dari penulisan bahasa ini berekstensi *.asm.
3. Bahasa tingkat menengah, yaitu bahasa komputer yang memakai campuran
instruksi dalam kata-kata bahasa manusia dan instruksi yang bersifat
simbolik, contohnya {, }, ?, <<,>>,&&,||, dsb.
4. Bahasa tingkat tinggi, yaitu bahasa komputer yang memakai instruksi berasal
dari unsur kata-kata bahasa manusia, contohnya begin, end, if, for, while, and,
or, dsb.
Sebagian besar bahasa pemograman digolongkan sebagai bahasa tingkat
tinggi, hanya bahasa C yang digolongkan sebagai bahasa tingkat menengah dan
assembly yang merupakan bahasa tingkat rendah. Mikrokontroler juga harus
memerlukan suatu program agar dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan.
Bahasa pemograman untuk mikrokontroler dapat ditulis dengan berbagai
bahasa, namun harus di kompilasi agar mendapatkan hasil file eksekusi dengan
Kontroler ini memiliki ROM/RAM dan display data RAM. Semua fungsi display
dikontrol dengan instruksi khusus. Modul LCD ini juga dapat dengan mudah
Sumber :www.sumeetinstruments.com
Gambar 2.10 LCD 16x2
2.8 CodeVisionAVR
CodeVisionAVR merupakan salah satu software compiler yang khusus
digunakan untuk mikrokontroler keluarga AVR. CodeVisionAVR merupakan
yang terbaik bila dibandingkan dengan compiler yang lain karena beberapa
kelebihan yang dimiliki oleh CodeVisionAVR, antara lain :
1. Menggunakan IDE (Integrated Development Environment).
2. Fasilitas yang disediakan lengkap (mengedit program, meng-compile
program, men-download program) serta tampilannya terlihat menarik dan
mudah dimengerti. Kita dapat mengatur editor sedemikian rupa, sehingga
memudahkan kita dalam penulisan program.
3. Mampu membangkitkan kode program secara otomatis dengan
menggunakan fasilitas CodeVisionAVR.
4. Memiliki fasilitas untuk men-download program langsung dari
CodeVisionAVR dengan menggunakan hardware khusus seperti Atmel
STK500, Kanda System STK200/300 dan beberapa hardware lain yang telah
didefenisikan oleh CodeVisionAVR.
5. Memiliki fasilitas debugger, sehingga dapat menggunakan software compiler
6. Memiliki terminal komunikasi serial yang terintegrasi dalam
CodeVisionAVR, sehingga dapat digunakan untuk membantu pengecekan
program yang telah dibuat, khususnya yang menggunakan fasilitas
komunikasi serial USART.
Salah satu kelebihan dari CodeVisionAVR adalah tersedianya fasilitas
untuk men-download program ke mikrokontroler yang telah terintegrasi, sehingga
demikian CodeVisionAVR ini selain dapat berfungsi sebagai software compiler
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Spesifikasi Sistem
Spesifikasi sistem dalam perancangan alat pengisi baterai smartphone
berbayar dengan tenaga surya adalah :
1. Sumber daya pengisian baterai berasal dari tenaga matahari dengan
menggunakan panel surya.
2. Tegangan output panel surya 13,8V dengan arus pengisian 0,45A.
3. Tegangan output charger ponsel 5V.
4. Mikrokontroler ATMega 8535 digunakan sebegai pusat kendali otomatis.
Dengan spesifikasi diatas, maka dapat dilakukan pemilihan komponen yang
sesuai untuk mendukung sistem dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan.
Secara umum diagram blok keseluruhan sistem dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Sensor Koin
Fungsi-fungsi diagram blok sistem pada Gambar 3.1 dapat dijelaskan
sebagai berikut :
1. Panel surya berfungsi menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi
energi listrik.
2. Relay berfungsi untuk memutus dan mengalirkan arus listrik.
3. Regulator berfungsi untuk meregulasi tegangan dari panel surya.
4. Baterai berfungsi untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh panel surya.
5. Sensor berfungsi untuk mendeteksi koin.
6. Mikrokontroler berfungsi sebagai pengendali seluruh rangkaian.
3.2 Perancangan Perangkat Keras
Rangkaian alat pengisi baterai smartphone berbayar dengan tenaga surya
merupakan suatu rangkaian elektronik yang terdiri dari beberapa bagian. Setiap
rangkaian memiliki fungsi tersendiri dan saling berinteraksi antara satu sama lain,
sehingga membentuk suatu sistem. Adapun rangkaian sistem yang dirancang
dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain:
1. Panel surya
2. Rangkaian Charger Baterai Lead Acid
3. Rangkaian Charger Smartphone
4. Rangkaian Penggerak Relay
5. Rangkaian Sensor Koin
6. Rangkaian LCD
7. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535
Penjelasan dari masing-masing rangkaian sistem tersebut dapat dilihat pada
3.2.1 Panel Surya
Pada umumnya sebuah sel surya menghasilkan tegangan antara 0,5V dan
1V, tergantung intensitas cahaya dan zat semikonduktor yang dipakai. Dalam
penggunaannya, sel-sel surya dihubungkan satu sama lain sejajar atau seri,
tergantung dari apa yang diperlukan untuk menghasilkan daya dengan kombinasi
tegangan dan arus yang dikehendaki. Arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya
akan disimpan ke baterai lead acid. Dalam perancangan ini jenis panel surya yang
digunakan adalah tipe monocrystaline. Spesifikasi panel surya dapat dilihat pada
Gambar 3.2 dan Tabel 3.1.
Gambar 3.2 Panel Surya Tipe Monocrystaline
Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya Tipe Monocrystaline
Daya maksimal (Pmax) 20W
Voc 22,4V
Current at Pmax (Imp) 1,15A
Voltage at Pmax (Vmp) 17,4V
Standart Test condition AM 1,5 1000 w/m2 250 C
Pada Tabel 3.1 terdapat Standar Test Conditions (STC) untuk panel surya
spektrum, radiasinya adalah 1000 Watt per meter persegi atau disebut satu
matahari puncak (one peak sun hour) dan 25˚C suhu panel surya, bukan suhu
udara. Pada kondisi tersebut panel surya mampu menghasilkan arus maksimum
dan tegangan maksimun. Hasil perkalian Imp dan Vmp merupakan jumlah Watt
maksimum pada STC, yaitu 1,15A x 17,4V = 20 Watt.
3.2.2 Rangkaian Charger Baterai Lead Acid
Pada perancangan ini jenis baterai yang digunakan adalah baterai lead acid
atau sering juga disebut baterai timbal. Alasan pemilihan baterai ini digunakan
karena dapat diisi ulang, tidak memerlukan perawatan (Maintenance Free), dari
segi tata letak baterai ini dapat di letakkan pada posisi tegak, miring atau
terbalik. Bila pertimbangannya untuk segala posisi maka baterai ini adalah
pilihan utama karena cairan air aki tidak akan tumpah.
Baterai yang digunakan memiliki kapasitas sebesar 12V 4,5Ah. Pada
rancangan ini, tegangan baterai untuk kondisi penuh adalah 13,8V dan pada saat
kondisi lemah tegangan baterai 12,6V dengan arus pengisian normal sebesar 450
mA (0,45A). Tegangan maksimum yang dihasilkan oleh panel surya adalah
22,4V. Tegangan ini terlalu besar untuk mengisi baterai 12V, sehingga
dibutuhkan rangkaian regulator tegangan. Regulator yang digunakan adalah IC
LM317, dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Tegangan output sebesar 13,8V dari IC4 dapat dihasilkan dengan
menggunakan satu fixed resistor dan satu variabel resistor dengan menggunakan
rumus sesuai dengan datasheet, yaitu :
out IAdj*R2) (1)
Nilai dari R12 dan R9 dipilih sesuai dengan datasheet, R12 sebesar 5000Ω dan
R9 sebesar 240 Ω, sehingga tegangan output dari LM317 dapat dihitung dengan
menggunakan rumus persamaan (1), yaitu :
out
out
out
Tegangan output sebesar 27,785V tidak dapat digunakan untuk pengisian
baterai lead acid karena beda potensialnya terlalu jauh. Cara untuk mendapatkan
tegangan tersebut adalah dengan memutar variabel resistor hingga mendapatkan
tegangan sebesar 13,8V dengan bantuan alat ukur multimeter.
Untuk mendapatkan arus pengisian sebesar 0,45mA digunakan IC4 sebagai
pembatas arus, yang dapat dihitung sesuai dengan rumus datasheet, yaitu :
Ilimit = Vref/R4 (2)
R4 = 1.2/0,45A R4 = 2,6Ω
Nilai hambatan yang diperoleh dari persamaan (2) adalah 2,6Ω. Jadi, nilai
resistor yang digunakan untuk membatasi arus yang masuk adalah 2,6 Ω,
sedangkan yang tersedia di pasaran adalah 2,2Ω, dengan menggunakan R4
sebesar 2,2Ω, arus pengisiannya adalah 0,5A. Rangkai regulator arus dapat dilihat
Gambar 3.4 Rangkaian Regulator Arus LM317
Setelah nilai komponen untuk regulator tegangan dan pembatas arus
diperoleh, maka dapat dirangkai suatu alat pengisi baterai lead acid, dapat dilihat
pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Rangkaian Alat pengisi Baterai Lead Acid
3.2.3 Rangkaian Charger Smartphone
Rangkaian ini berfungsi untuk pengisian baterai smartphone. Ponsel jenis
smartphone memiliki konsumsi arus yang berbeda-beda, oleh karena itu pada
perancangan ini metode pengisian baterai yang digunakan adalah constant
voltage, yaitu dengan mempertahankan tegangan keluaran dari charger
smartphone.
Dalam pengisian baterai smartphone dibutuhkan tegangan 5V. Sumber
tegangan berasal dari baterai lead acid 12V, sehingga dibutuhkan regulator
Gambar 3.6 Rangkaian Charger Smartphone
Komponen utama rangkaian pada Gambar 3.6 adalah IC LM317 yang
berfungsi sebagai regulator tegangan. Untuk menghasilkan tegangan output yang
stabil dari IC5 digunakan satu fixed resistor dan satu variabel resistor, untuk R8
sebesar 240Ω dan R9 sebesar 5kΩ, sehingga tegangan output dari IC5 dapat
dihitung dengan menggunakan rumus sesuai dengan datasheet LM317, yaitu :
Vout=1,25 V (1+R9/R8) +(IAdj*R9) (3)
Vout =1,25 V (1+(5000 Ω)/(240 Ω))+(100μA*5000 Ω)
Vout =1,25 V (21,83) +0.5V
Vout=27,785 V
Tegangan output sebesar 27,785V tidak dapat digunakan untuk pengisian
baterai smartphone, karena baterai smartphone hanya mampu menerima tegangan
maksimal sebesar 5V. Cara untuk mendapatkan tegangan tersebut adalah dengan
memutar variabel resistor hingga mendapatkan tegangan sebesar 5V dengan
bantuan alat ukur multimeter. Untuk mendapatkan arus keluaran sebesar 1A
(1000mA) digunakan IC4 sebagai pembatas arus, nilai resistor dapat dihitung
dengan menggunakan rumus :
Ilimit = Vref/R7 (4)
1A = 1,2V/R7 R7 = 1,2V/1A R7 = 1,2Ω
Dengan pemilihan komponen tersebut, maka dapat di rancang rangkaian
3.2.4 Rangkaian Penggerak Relay
Rangkaian ini berfungsi untuk memutus dan mengaktifkan relay. Dalam
perancangan ini hal yang pertama dilakukan adalah pemilihan jenis relay yang
digunakan. Relay yang digunakan adalah relay DPDT. Dari hasil pengukuran
tahanan pada coil, relay ini memiliki tahanan dalam sebesar 720Ω, VCCrelay =
+12 V, VCE(saturasi) = 0V, sehingga arus yang mengalir adalah :
V = I.R (5) Ic = IRelay
Ic = (VCC-VCE(sat)/Rrelay = (12V-0V)/720Ω
= 12V/720Ω = 0,0166 mA = 16,6 mA
Setelah mengetahui jumlah arus yang dibutuhkan untuk mengaktifkan relay,
maka pemilihan komponen selanjutnya adalah mencari transistor yang memiliki
keluaran arus pada kolektor (Ic) di atas 16 mA. Pada perancangan ini jenis
transistor yang digunakan adalah transistor BD139, sesuai dengan datasheet arus
maksimum yang digunakan pada kolektor ketika transistor sedang beroperasi
kontinyu adalah 1,5 A(1500mA), lebih dari ini transistor akan rusak.
Pada datasheet transistor BD139 terdapat nilai hFE min = 40, hFE max= 250,
Dengan demikian, maka arus keluaran dari mikrokontroler akan mampu
mencatu transistor yang membutuhkan arus minimal sebesar 4mA. Transistor
BD139 tidak perlu menggunakan tahanan pada basis, karena arus basis (IB) pada
dari pin mikrokontroler adalah 20 mA, sehingga transistor jenis ini akan aman
digunakan. Dengan pemilihan komponen tersebut, maka dapat dirancang
rangkaian penggerak relay, dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Rangkaian Penggerak Relay
3.2.5 Rangkaian Sensor Koin
Rangkaian ini menggunakan optocoupler terdiri dari kombinasi LED dan
phototransistor. Pada prinsipnya, optocoupler dengan kombinasi
LED-phototransistor adalah optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED yang
memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor
yang peka terhadap cahaya (phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk
mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Rangkaian
optocoupler ditunjukkan pada Gambar 2.6 (halaman 16).
Gambar 2.6 menjelaskan bahwa arus listrik yang mengalir melalui IR LED
akan menyebabkan IR LED memancarkan cahaya infra merahnya. Intensitas
cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED tersebut.
Kelebihan cahaya infra merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik jika
dibandingkan dengan cahaya tampak. Sinar infra merah tidak dapat dilihat dengan
Cahaya infra merah yang dipancarkan akan dideteksi oleh phototransistor
yang menyebabkan terjadinya hubungan atau switch on pada phototransistor.
Terminal basis pada phototransistor peka terhadap cahaya. Rangkaian sensor koin
yang menggunakan optocoupler dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Koin
Pada rangkaian Gambar 3.8 digunakan sebuah LED yang diserikan dengan
sebuah resistor. Resistor berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke LED
infra merah agar tidak rusak. Nilai resistor yang digunakan adalah 100Ω, sehingga
arus yang mengalir pada IR LEDadalah :
A
Pancaran dari sinar infra merah akan diterima oleh phototransistor,
kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner.
Pada saat phototransistor menerima sinar IR LED nilai tahanannya akan semakin
kecil, sehingga arus yang mengalir semakin besar yang mengakibatkan transistor
jenuh, dan tegangan output (Vout) = 0. Apabila phototransistor tidak terkena sinar
mengalir yang mengakibatkan photransistor cut off, dimana Vout = Vcc.
Photoransistor cut off akan dibaca oleh mikrokontroler sebagai logika high, ketika
koin menghalangi sinar infra merah.
3.2.6 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (liquid crystal display) adalah suatu alat penampil dari bahan cairan
kristal yang pengoperasiannya menggunakan sistem dot matriks. Fungsi LCD
pada rancangan ini digunakan untuk menampilkan hasil dari proses perhitungan
mikrokontroler. Pada perancangan ini, LCD yang digunakan adalah LCD dengan
tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Hubungan
antara LCD dengan port mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Hubungan LCD ke Mikrokontroler
Pada rangkaian Gambar 3.10, pin 1 LCD dihubungkan ke GND, pin 2
dihubungkan ke VCC, pin 3 ke Port C2, pin 4 merupakan Register Select (RS),
pin 5 merupakan R/W(Read/Write), pin 6 merupakan enable, pin 7-11 merupakan
3.2.7 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535
Rangkaian mikrokontroler ATMega 8535 berfungsi sebagai pusat kendali
dari seluruh sistem. Rangkaian ini juga berfungsi untuk memproses masukan yang
berasal dari tombol pengaturan (setting) pada perangkat keras. Di dalam
mikrokontroler ATMega 8535 sudah terdapat fitur ADC.
ADC merupakan salah satu fitur mikrokontroler ATMega 8535 yang
berfungsi untuk mengubah data analog menjadi data digital. Dalam hal ini ADC
fungsinya sangat vital untuk bisa mengontrol pengisian baterai pada saat lemah
dan penuh. Berikut tampilan rangkaian minimum mikrokontroler ATMega 8535
ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATMega 8535 Rangkaian I/O adalah semua rangkaian yang terhubung dengan
mikrokontroler ATMega 8535, seperti tampak pada Gambar 3.10. Bandar-bandar
Tabel 3.2 Spesifikasi PORT/Bandar yang digunakan
PORT/Bandar Bit Fungsi
A 7 Membaca tegangan baterai
B 1,2 Penggerak relay
C 0,1,2,4,5,6,7 Menampilkan LCD
D
0,1 Mendeteksi koin
2 Tombol Start
Men-download program ke mikrokontroler ATMega 8535 digunakan
programmer/downloader ISP (In System Programming). Keuntungan dari
program ISP adalah dapat memprogram mikrokontroler yang sedang terpasang
dengan rangkaian lainnya tanpa harus mencabut/melepas mikrokontroler tersebut
dari rangkaian. Jadi, tidak perlu lagi untuk bolak-balik mencabut chip
mikrokontroler dari rangkaian untuk download program ke mikrokontroler
tersebut. Downloader yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.11.
3.3 Diagram Alir Program
Diagram alir untuk proses kerja program diperlihatkan pada Gambar 3.12.
Inisialisasi, nilai
Program dimulai dengan membaca tegangan baterai lead acid. Pada saat tegangan baterai ≤12,6V relay charger baterai lead acid akan diaktifkan, ketika
tegangan baterai mencapai ≥13,8V relay charger baterai akan diputuskan. Relay
charger baterai lead acid akan aktif apabila ada tegangan masukan dari panel
surya minimal 14V, apabila tegangannya di bawah 14V pengisian panel surya
tidak akan aktif, khususnya pada malam hari relay charger baterai lead acid tidak
akan aktif apabila tegangan masukan tidak memenuhi syarat pengisian baterai,
untuk menghindari adanya arus yang mengalir dari baterai ke panel surya
digunakan sebuah dioda sebagai pembalik tegangan.
Sensor berfungsi mendeteksi jenis koin yang masuk, misalnya koin Rp
1000 melewati sensor, maka pada LCD akan tampil lama waktu penggunaan
charger ponsel yang akan aktif selama dua puluh menit, setelah itu menekan
tombol start untuk memulai pengisian baterai ponsel dan timer akan menghitung
mundur waktu pengisian baterai. Mikrokontroler akan selalu memantau/membaca
tegangan baterai lead acid.
Prinsip kerja dan fungsi instuksi pada program awal.
#include <mega8535.h> #include <stdio.h> #include <delay.h> #include <alcd.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x00
Instuksi program diatas merupakan perintah untuk library program pada
Atmega8535,, dan delay.
// Read the AD conversion result
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);
// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10; return ADCW; }
Instruksi diatas berfungsi untuk mengaktifkan fitur ADC. unsigned char x,T,i;
Instruksi diatas berfungsi untuk menampilkan LCD.
void BatCheck(void){ V = read_adc(0);
if (V >= 138){PORTB.1 = 0;} }
Instruksi diatas berfungsi untuk memutus dan mengaktifkan relay dengan
membaca tegangan baterai menggunakan fitur ADC.
void main(void)
Instruksi diatas berfungsi untuk inisialisasi Port A,B,C,dan D.
lcd_clear();
BAB IV PENGUJIAN
4.1 Pengujian Rangkaian
Setelah selesai melakukan tahap perancangan perangkat keras dan lunak,
tahap selanjutnya adalah pengujian alat. Pengujian bertujuan untuk mengetahui
sejauh mana kinerja sistem yang telah dirancang dan untuk mengetahui letak
kekurangan dari alat yang dirancang.
4.1.1 Pengujian Catu Daya
Pengujian rangkaian catu daya bertujuan untuk memeriksa apakah suplai tegangan yang diberikan ke rangkaian sesuai dengan kemampuan rangkaian yang
diberi catu daya. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi kelebihan tegangan yang
akan berpotensi mengakibatkan beberapa kerusakan pada komponen, sehingga
sistem tidak akan bekerja dengan baik. Pada rancangan ini sumber catu daya yang
digunakan ada dua jenis, yaitu dari panel surya dan baterai lead acid, dapat dilihat
pada Gambar 4.1.
Pengujian panel surya dilakukan saat cuaca cerah, yaitu dimulai dari pukul
10.00-17.00 WIB. Alat ukur yang digunakan adalah multitmeter digital, pengujian
dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pengujian Panel Surya
Dari hasil pengukuran, tegangan yang dihasilkan oleh panel surya belum
sesuai dengan spesifikasi yang tercantum pada alat. Hal ini disebabkan karena
faktor cuaca yang tidak menentu, karena untuk mendapatkan kemampuan
maksimum dari alat ini dibutuhkan intensitas matahari yang maksimum agar
sesuai dengan spesifikasi pada alat.
Dalam pengujian ini, yang belum memenuhi dengan spesifikasi pada alat
adalah jumlah arus yang dihasilkan panel surya. Arus yang dihasilkan maksimum
sebesar 0,5A sementara kemampuan dari panel surya mengeluarkan arus di saat
cuaca maksimum adalah 1,15A. Pengujian dilakukan tanpa dialiri beban, hasil
Tabel 4.1 Pengujian Panel Surya
No. Jadwal (WIB) Tegangan
(V)
1 Pukul 10.00-11.00 18,5
2 Pukul 11.00-12.00 19,5
3 Pukul 12.00-13.00 20
4 Pukul 13.00-14.00 21
5 Pukul 14.00-15.00 20
6 Pukul 15.00-16.00 19
7 Pukul 16.00-17.00 18
Tahap selanjutnya adalah pengujian regulator tegangan IC6, dari hasil
pengujian tegangan yang diperoleh adalah 5V. Hal ini menunjukkan bahwa
sumber tegangan untuk mencatu mikrokontroler sesuai dengan yang diharapkan.
4.1.2 Pengujian Rangkaian Charger Smartphone
Pengujian rangkaian ini bertujuan untuk memeriksa tegangan keluaran dari
charger smartphone. Hal ini perlu diperhatikan agar tegangan yang masuk ke
smartphone tidak melebihi batas, dikarenakan baterai smartphone hanya mampu
menerima tegangan sebesar 5V. Pengujian dilakukan dengan mengukur tegangan
keluaran dari regulator IC5, dari hasil pengukuran diperoleh tegangan sebesar 5V.
Pengujian rangkaian chargersmartphone ditunjukkan pada Gambar 4.3.
4.1.3 Pengujian Rangkaian Relay
Pengujian rangkaian relay dilakukan dengan memberikan tegangan 5V pada
basis transistor Q2. Tegangan basis transistor Q2 berasal dari mikrokontroler port
PB0. Pada saat tegangan pada port PB0 adalah tinggi (high), maka transistor akan
aktif (saturasi) karena tegangan pada basis sudah mencapai 0,7V. Transistor akan
mengalirkan arus ke kumparan relay melalui kolektor sehingga mengaktifkan
relay. Hal ini akan menyebabkan kontak dari relay menjadi tertutup, sehingga
rangkaian charger akan terhubung ke baterai. Begitu juga sebaliknya pada saat
tegangan pada port PB0 adalah rendah (low), maka transistor tidak aktif (cut off)
yang mengakibatkan relay tidak aktif, sehingga pengisian baterai akan terputus.
Dari hasil pengujian relay berfungsi dengan baik, pengujian dapat dilihat pada
Gambar 4.4.
.
Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian Relay
4.1.4 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler dan LCD
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui data yang dimasukkan (input)
atau yang dikeluarkan (output) mikrokontroler berfungsi sesuai dengan deskripsi
kerja sistem. Tahap awal yang dilakukan adalah pengujian pada mikrokontroler
menampilkannya pada sebuah LCD. Berikut listing program pengujian
Program yang dimasukkan ke mikrokontroler akan ditampilkan pada LCD,
hasilnya adalah tampilnya character “masukkan koin” dan juga menampilkan
nilai koin. Hal ini menunjukkan mikrokontroler dan LCD berfungsi dengan baik,
dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Tampilan Pengujian Mikrokontroler dan LCD
4.1.5 Pengujian Rangkaian Sensor Koin
Pengujian pada rangkaian ini dilakukan dengan memasukkan koin sebanyak
200 kali melewati sensor. Tujuannya adalah untuk mengetahui sejauh mana
keakuratan kinerja sensor dan program yang dirancang. Dari hasil pengujian,
tingkat keakuratan koin melewati sensor adalah 100% koin berhasil dideteksi oleh
Koin yang digunakan ada dua jenis, yaitu koin Rp 1000 dan Rp 500. Pada
saat koin Rp 1000 dimasukkan, maka pada LCD akan tampil waktu pengisian
selama 20 menit dan koin Rp 500 selama 10 menit, dapat dilihat pada Tabel 4.2
dan Gambar 4.6.
Tabel 4.2 Waktu Pengisian Charger Smartphone
Jumlah Koin Rp 500 (menit) Rp 1000 (menit)
Berikut merupakan listing program pengujian sensor koin :
while (PIND.2 == 1){ BatCheck();
Hasil pengujian kedua koin tersebut menunjukkan bahwa rangkaian sensor
4.2 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Pengujian keseluruhan sistem dilakukan setelah perangkat keras dan
perangkat lunak diintegrasikan menjadi satu sistem. Pengujian ini bertujuan untuk
mengetahui sejauh mana alat pengisi baterai smartphone dengan tenaga surya
dapat bekerja dengan baik sesuai dangan target yang dinginkan dari awal
perancangan. Pengujian dilakukan dengan cara mengisi baterai lead acid 12V
4,5Ah dan ponsel Samsung Galaxy Fame yang memiliki kapasitas baterai 1300
mAh, pengujian keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Adapun langkah-langkah pengujian yang dilakukan pada Gambar 4.7
adalah :
1. Mengukur tegangan panel surya dan baterai lead acid tanpa beban.
2. Pengukuran dilakukan dengan rentang waktu 1 jam.
3. Memasukkan koin, kemudian pada LCD akan tampil waktu pengisian baterai
ponsel.
4. Menghubungkan chargersmartphone sesuai dengan jenis konektornya.
5. Setelah itu, menekan tombol start untuk memulai pengisian baterai
smartphone.
Dari hasil pengujian yang diperoleh, alat ini berhasil mengisi baterai
smartphone yang ditandai dengan indikator pada baterai smartphone yang dicatu
mulai bergerak. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.3 dan 4.4.
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Keseluruhan Tanpa Beban
No. Jadwal
Dari hasil pengujian secara keseluruhan diperoleh bahwa :
1. Sistem dapat mengontrol pengisian baterai. Disaat baterai lemah pengisian
akan diaktifkan dan disaat baterai dalam kondisi penuh pengisian baterai akan
diputuskan.
2. Pada saat charger smartphone aktif, pengisian baterai lead acid akan
