SISTEM DETEKSI PERBEDAAN FASA TEGANGAN DAN
ARUS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8535
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat Memperoleh Ahli Madya
NINING SRI RAHAYU
: 112408019PROGRAM STUDI D-III FISIKA
3.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 36
3.6 Perancangan Display LCD 37
3.7 Flow Chatt 39
3.8 Langkah / Prosedur Perancangan 40
3.9 Perancangan program kendali alat ukur factor daya digital berbasis 41
Mikrokontroler dengan menggunakan sensor arus dan tegangan. 3.9.1 Langkah-langkah pembuatan program. 41
4.4.3 Grafik Keluaran Rangkaian Komparator Untuk Tegangan 57
4.4.4 Grafik Keluaran Rangkaian Komparator Untuk Arus 57
4.4.5 Grafik Keluaran Detector Pasa 58
4.4.6 Grafik Keluaran Selisi Fasa arus dan Tegangan 58
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Fungsi khusus port B 10
Tabel 2.2 Fungsi khusus port C 11
Tabel 2.3 Fungsi khusus port D 11
Tabel 2.4 Tipe data 18
Tabel 2.5 Keterangan gambar sensor arus ATMEGA 8535 19
Tabel 2.6 Kode warna resistor 27
Tabel 4.2 Pengukuran pin IC mikrokontroler ATMEGA 8535 53
Tabel 4.3 Pengukuran pin IC LCD 55
Tabel 4.4 Daftar hasil pengujian catu daya 56
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.17 Tampilan progress bar unduh ke mikrokontroler ATmega8535 46
Gambar 4.1 Grafik keluaran sensor tegangan 56
Gambar 4.7 Grafik selisih fasa arus dan tegangan keluaran komparator 59
PERSETUJUAN
Judul : SISTEM DETEKSI PERBEDAAN FASA TEGANAN
DAN ARUS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Kategori : TUGAS AKHIR
Nama : NINING SRI RAHAYU
No. Induk Mahasiswa : 112408019
Program Studi : D3 FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, 27 Juni 2014 Disetujui Oleh:
Program Studi D3 Fisika
Ketua, Pembimbing,
PERNYATAAN
SISTEM DETEKSI PERBEDAAN FASA TEGANAN DAN ARUS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas proyek ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2014
ABSTRAK
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas berkat kasih dan karunia-Nya, Sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam waktu yang telah ditetapkan.
Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Marhaposan Situmorang,Ph.Dselaku dosen pembimbing pada penyelesaian Tugas Akhir ini, yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan tugas akhir ini. Terimakasih kepada Ibu Dr. Susilawati, M.Si dan bapak Dr. Perdinan Sinuaji,M.Si selaku Ketua Jurusan program studi D3 Fisika dan Sekretaris Jurusan program studi D3 Fisika FMIPA-USU Medan, Dekan Dan Pembantu Dekan FMIPA-USU, seluruh Staff dan Dosen Fisika FMIPA USU.
ABSTRAK
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi di bidang elektronika saat ini sudah sangat pesat.Berbagai barang elektronika yang dahulu menggunakan sistem analog kini hampir semua beralih ke sistem digital.Sistem ini menawarkan berbagai keunggulan seperti ketepatan dan ketelitian yang lebih tinggi, kemudahan dalam penyimpanan informasi, operasinya mudah diprogram, lebih tahan terhadap noise dan sebagainya.Akan tetapi sistem digital juga tidak terlepas dari kelemahan, diantaranya tidak menggambarkan keadaan yang sebenarnya karena hampir semua satuan dalam bentuk analog.Walaupun sekarang hampir semua peralatan elektronik sudah menggunakan sistem digital, tetapi sampai sekarang masih terdapat juga peralatan yang menggunakan sistem analog, salah satunya adalah alat ukur.
Alat ukur Faktor daya yang sering digunakan sekarang masih menggunakan sistem analog yang agak rumit dalam hal pembacaan nilai keluarannya, itu dikarenakan penampilnya menggunakan jarum yang menunjuk pada skala tertentu.Selain itu, dari sisi ekonomi harga Wattmeter analog juga masih sangat mahal.Hal inilah yang mendorong penulis untuk merancang dan membuat “SISTEM DETEKSI PERBEDAAN FASA TEGANAN DAN ARUS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535”.Diharapkan dengan dibuatnya alat ini dapat menjadi solusi atas permasalahan tersebut.
Faktor daya atau sering disebut cos φ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja, terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian. Dapat juga disebut perbandingan antara daya aktif dan daya semu. Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan faktor daya akan menjadi rendah. Faktor daya bernilai antara 0 sampai 1.
1.2.Rumusan masalah
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut ke dalam bentuk skripsi sebagai Tugas Akhir dengan judul
“SISTEM DETEKSI PERBEDAAN FASA TEGANAN DAN ARUS
DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535” .
1.3.Tujuan penulisan
Tujuan dilakukan Tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program studi Fisika D III FMIPA USU.
2. Membuat suatu alat ukur Faktor Daya dengan menggunakan sensor tegangan dan sensor Arus.
3. Memahami cara kerja alat ukur Factor Daya Digital. 1.4.Batasan Masalah
Penulis membuat alat ukur factor daya digital dengan menggunakan sensor arus dan sensor tegangan berbasis mikrokontroler ATmega 8535 dengan batasan-batasan sebagai berikut:
1. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATmega 8535. 2. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi besar arus sekaligus fasa
tersebut digunakan sensor arus ACS712. 1.5. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagai mana sebenarnya prinsip kerja alat ukur factor digital dengan menggunakan sensor arus dan sensor tegangan berbasis Mikrokontroler AT8535, maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut:
Pada bab ini berisikan mengenai latar belakang , rumusan masalah, Tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang teori dasar yang digunakan sebagai bahan Acuan proyek tugas akhir, serta komponen yang perlu diketahui Untuk mempermudah dalam memahami sistem kerja alat ini.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler ATmega 8535.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroler ATmega 8535.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB 2
TINJAUAN TEORITIS
2.1. Mikrokontroler Atmega8535
Mikrokontroler adalah IC yang dapat diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus (Agus Bejo, 2007).Biasanya digunakan untuk pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika.
Beberapa tahun terakhir, mikrokontroler sangat banyak digunakan terutama dalam pengontrolan robot.Seiring perkembangan elektronika, mikrokontroler dibuat semakin kompak dengan bahasa pemrograman yang juga ikut berubah. Salah satunya adalah mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) ATmega8535 yang menggunakan teknologi RISC (Reduce Instruction
Set Computing) dimana program berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan
satu siklus clock untuk mengeksekusi satu instruksi program. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu kelas ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx.Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Mikrokontroler AVR ATmega8535 memiliki fitur yang cukup lengkap.Mikrokontroler AVR ATmega8535 telah dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, analog comparator, dll (M.Ary Heryanto, 2008).Sehingga
keluarga AVR dengan lebih mudah dan efisien, serta dapat mengembangkan kreativitas penggunaan mikrokontroler ATmega8535.
Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega8535 adalah sebagai berikut:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D. 2. ADC internal sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. SRAM sebesar 512 byte.
6. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 7. Port antarmuka SPI
8. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 9. Antarmuka komparator analog.
10. Port USART untuk komunikasi serial.
11. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
12. Dan lain-lainnya.
2.1.1. Kontruksi ATmega 8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki 3 jenis memori, yaitu memori program, memori data dan memori EEPROM.Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
ATmega8535 memiliki kapasitas memori progam sebesar 8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h – 0FFFh dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.
B. Memori data
ATmega8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan untuk memori data SRAM.
C. Memori EEPROM
ATmega8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Untuk
mengakses memori EEPROM ini diperlakukan seperti mengakses data eksternal, sehingga waktu eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM.
ATmega8535 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATmega8535 dapat dikonfigurasi, baik secara single ended input maupun differential input. Selain itu, ADC ATmega8535 memiliki konfigurasi pewaktuan,
fleksibel, sehingga dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri.ATmega8535 memiliki 3 modul timer yang terdiri dari 2 buah timer/counter 8 bit dan 1 buah timer/counter 16 bit. Ketiga modul timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu, semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerjanya. Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi serial
syncrhronous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh ATmega8535. Universal
Syncrhronous and Asyncrhronous Serial Receiver and Transmitter (USART) juga
merupakan salah satu mode komunikasi serial yang dimiliki oleh ATmega8535.USART merupakan komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi, yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data baik antar mikrokontroler maupun dengan modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur UART.
USART memungkinkan transmisi data baik secara syncrhronous maupun
asyncrhronous, sehingga dengan memiliki USART pasti kompatibel dengan
UART. Pada ATmega8535, secara umum pengaturan mode syncrhronous maupun
asyncrhronous adalah sama. Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock
2.2.2. Pin-pin pada Mikrokontroler ATmega8535
Konfigurasi pin ATmega8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package) dapat dilihat pada gambar 2.1. Dari gambar di atas dapat dijelaskan
fungsi dari masing-masing pin Atmega8535 sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 2. GND merukan pin Ground.
3. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
masukan ADC.
4. Port B (PortB0…PortB7) merupakan pin input/output dua arah dan dan pin
fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port B
Pin Fungsi Khusus
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)
PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)
PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)
XCK (USART External Clock Input/Output)
1. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin
fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port C
Pin Fungsi khusus
PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2) PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)
PC5 Input/Output
PC4 Input/Output
PC3 Input/Output
PC2 Input/Output
PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line)
PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)
5. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D
Pin Fungsi khusus
PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output) PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin)
6. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 7. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 9. AREFF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.2. Faktor daya
Faktor daya dirumuskan dengan:
cosφP
S ……….(2.1)
Perancangan alat penentu faktor daya dilakukan denganmengubah arus dan tegangan yang awalnya berupa gelombangsinusoida menjadi pulsa.Pulsa merupakan gelombang yangberfungsi sebagai pembentuk sinyal – sinyal digital yangberupa 1 dan 0.Dalam sistem tenaga listrik dikenal tiga jenis faktor daya, yaitu faktor daya terbelakang (lagging), faktor daya terdahulu (leading), dan faktor daya unity yang ditentukan oleh jenis beban yang ada pada sistem.
2.2.1. Faktor daya terbelakang ( lagging )
Faktor daya terbelakang yaitu apabila tegangan mendahului arus.Faktor daya lagging ini terjadi apabila bebannya induktif, seperti motor induksi, AC dantransformato.
Tegangan (V)
Arus (I)
Gambar 2.2. Faktor daya lagging
2.2.2. Faktor Daya Mendahului (Leading)
Faktor Daya Mendahului yaitu arus mendahului tegangan, V terbelakang dari I
dengan sudut φ. Faktor daya leading ini terjadi apabila bebannya kapasitif, seperti
capacitor, synchronocus generators, synchronocus motors dan synchronocus
Tegangan (V)
Arus (I)
Gambar 2.3. Faktor daya Leading 2.2.3. Faktor Daya Unity
Faktor daya unity adalah keadaan saat nilai cos φ adalah satu, yaitu antara tegangan dan arus menjadi sefasa atau berimpit. Faktor daya Unity akan terjadi bila jenis beban adalah resistif murni.
Arus (I) = Tegangan (V)
Gambar 2.4. Faktor daya unity
2.3. Bahasa Pemograman C
Bjarne Struostrup dari AT % TLab). Bahasa C++ adalah pengembangan dari bahasa C. bahasa C++ mendukung konsep pemrograman berorientasu objek dan pemrograman berbasis windows.Sebelum C++ tercipta, ada bahasa pemrograman C yang diciptakan oleh Brian W. Kerighan dan Dennis M. Ritchie sekitar tahun 1972.Sepuluh tahun kemudia, C++ diciptakan oleh Bjarne Stroustrup, Laboratorium Bell, AT&T, pada tahun 1983.Bahasa ini bersifat kompatibel dengan bahasa pendahulunya C.
2.3.1. Aplikasi bahasa C++
a) Sebagai bahasa pemrograman di Windows, UNIX, Linux. b) Visual C++ dapat dibuat aplikasi apa saja seperti database.
c) Bahasa untuk pembuatan system operasi, game, system kendali, pembuatan aplikasi.
d) Untuk membuat bahasa baru atau membuat compiler bahasa baru. e) Untuk menulis komponen dan file-file pustaka bahasa lain.
2.3.2. Kelebihan dari Bahasa C++
a) Merupakan induk dari bahasa pemrograman perl, php, Phyton, visual Basic, gambas, Java, C#.
b) Compiler bahasa C++ terdapat di semua platform.
c) Untuk pengembangan visual dijejali dengan platform yang sangat banyak seperti OWL, MFC, Cocoa, QT, GTK, dll.
d) Merupakan pemrograman berorientasi objek.
2.3.3. Kekurangan dari Bahasa C++
a) Bahasa ini cukup sulit untuk dipelajari dan dipahami.
b) Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang – kadang membingungkan pemakai.
2.3.4. Struktur Bahasa C
a. Program bahasa C tersusun atas sejumlah blok fungsi.
b. Setiap fungsi terdiri dari satu atau beberapa pernyataan untuk melakukan suatu proses tertentu.
c. Tidak ada perbedaan antara prosedur dan fungsi.
d. Sstiap program bahasa C mempunyai suatu fungsi dengan nama “main” (Program Utama).
e. Fungsi bisa diletakkan diatas atau dibawah fungsin “main”. f. Setiap statemen diakhiri dengan semicolon (titik koma). 2.3.5.Pengenal
Pengenal (identifier) merupakan sebuah nama yang didefenisikan oleh pemrograman untuk menunjukkan indetitas dari sebuah konstanta, variable, fungsi, label atau tipe data khusus. Pemberian nama sebuah pengenal dapat ditentukan bebas sesuai keinginan pemrogram tetapi harus memenuhi atura berikut :
Karakter pertama tidak boleh menggunakan angka
Karakter kedua dapat berupa huruf, angka, atau garis bawah. Tidak boleh menggunakan spasi.
Bersifat Case Sensitive, yaitu huru capital dan huruf kecil dianggap berbeda.
2.3.6. Tipe Data
Berikut ini adalah tipe – tipe data yang ada dalam bahasa C dan yanf dikenal oleh Compiler CodeVisionAVR :
Tabel 2.4. Tipe Data
Tipe Data Ukuran Jangkauan Nilai
Bit 1 byte 0 atau 1
Char 1 byte -128 s/d 127
Unsigned Char 1 byte 0 s/d 255
Signed Char 1 byte -128 s/d 127
Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
Short Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
Unsigned Int 2 byte 0 s/d 65.535
Signed Int 2 byte -32.768 s/d 32.767
Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647 Unsigned Long Int 4 byte 0 s/d 4.294.967.295
Signed Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647
Float 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38
2.3.7 Konstanta Dan Variabel
Konstanta dan variable merupakan sebuah tempat untuk menyimpan data yang berada di dalam memori.Konstanta berisi data yang nilainya tetap dan tidak dapat diubah selama program dijalankan, sedangkan variable berisi data yang bisa berubah nilainya pada saat program dijalankan.
2.4. Sensor Arus
Sensor arus adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik.Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Hall Effect Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet.
Gambar 2.5.Sensor arus ACS712
Hall Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional
yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.
Tabel 2.4. Keterangan gambar sensor arus ACS712
NO. Nama Keterangn
1 dan 2 IP+ Masukan arus
3 dan 4 IP- Keluaran Arus
5 GND Ground
6 N.C Terminal untuk kapasitor eksternal, untuk menentukan bandwidth
7 VOUT Keluaran Tegangan Analog
Gambar 2.6. Diagram blok dari IC ACS712.
Berikut ini adalah karakteristik dari sensor suhu ACS712.
1. Memiliki sinyal analog dengan sinyal-ganguan rendah (low-noise)
2. Ber-bandwidth 80 kHz
3. Total output error 1.5% pada Ta = 25°C
4. Memiliki resistansi dalam 1.2 mΩ
5. Tegangan sumber operasi tunggal 5.0V
6. Sensitivitas keluaran: 66 sd 185 mV/A
7. Tegangan keluaran proporsional terhadap arus AC ataupun DC
8. Fabrikasi kalibrasi
9. Tegangan offset keluaran yang sangat stabil
10. Hysterisis akibat medan magnet mendekati nol
11. Rasio keluaran sesuai tegangan sumber
2.5. Sensor Tegangan
Gambar 2.7. Sensor tegangan dan pengkondisi sinyal
Dari transformator tegangan yang dikonversi tegangan 220V menjadi 4,5Vkemudian sinyal disearahkan dengan penyearah gelombang penuh.Kalibrasitegangan dilakukan dengan menempatkan resistor variable 50k sehingga teganganyang dihasilkan dapat diatur, pada ujung rangkaian dipasang sebuah filter kapasitoruntuk menghasilkan tegangan DC murni yang kompatibel terhadap tegangan yangdibutuhkan oleh ADC.
2.6.Detektor Fasa
sirkuit internal ECL gerbang XOR merupakan rangkaian transistor yang sama ditemukan di MC1496 dan mixer yang sama, dengan beberapa tingkat ditambahkan pergeseran. Seperti detektor fasa lain sederhana, menghasilkan output cyclic, tetapi karena masukan sinyal gelombang persegi, sehingga menghasilkan sinyal keluaran segitiga. Untuk mencapai keadaaan sirkuit full output-voltage range ini, penting bahwa referensi dan VCO sinyal diterapkan beroperasi dengan siklus kerja 50%.
2.7.Display (LCD)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan.Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube) yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar / text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna.Teknologi LCD memberikan lebih keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, karena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah komsusmsi daya yang relatif kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional
4. Daya yang digunakan relatif sangat kecil.
Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa,
Passive-Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active-Matrix LCD
(TFT-AMLCD).Kemampuan LCD juga telah ditinggkatkan, dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
Gambar 2.7. Bentuk fisik LCD 16X2
Konfigurasi pin dari LCD ditunjukkan pada Gambar dibawah ini
Gambar 2.8. Konfigurasi pin LCD
Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan. 2. Setiap huruf terdiri dari 5x7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter).
5. . Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit. 6. Dibangun dengan osilator lokal.
7. Satu sumber tegangan 5 volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0oC sampai 55oC.
2.8.Komponen-komponen pendukung
2.8.1. Resistor
dengan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hukum Ohm (V = IR). Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negatif, tapi memiliki karakteristik utama yaitu resistensi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperatur, kebisingan, dan
induktansi. Ohm yang dilambangkan dengan simbol Ω(Omega) merupakan satuan
resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif.
Fungsi resistoradalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian.Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut :
1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.
2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika.
3. Berfungsi untuk membagi tegangan.
4. Berfungsi untuk membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan transistor daan kondensator (kapasitor).
Gambar 2.8. Resistor karbon
Tabel 2.4. Kode warna Resistor
Warna Gelang 1 Gelang 2 Gelang 3 Gelang 4
Hitam 0 0 1
Coklat 1 1 10
Merah 2 2 100
Orange 3 3 1000
Kuning 4 4 10000
Hijau 5 5 100000
Biru 6 6 1000000
Ungu 7 7 10000000
Abu-abu 8 8 100000000
Putih 9 9 1000000000
Perak 0,1 10%
Emas 0,01 5%
2.8.2. Kapasitor
Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan, selain itu kapasitor juga dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi.Kapasitas untuk menyimpan kemampuan kapasitor dalam muatan listrik disebut Farad (F) sedangkan simbol dari kapasitor adalah C (kapasitor). sebuah kapasitor pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar satu sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator yang sering disebut dielektrik.
Bahan dielektrik tersebut dapat mempengaruhi nilai dari kapasitansi kapasitor tersebut.adapun bahan dielektrik yang paling sering dipakai adalah keramik, kertas, udara, metal film dan lain-lain. Kapasitor sering juga disebut sebagai kondensator.Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).
Kapasitor memiliki berbagai macam bentuk dan ukuran, tergantung dari kapasitas, tegangan kerja, dan lain sebagainya.
positif dan negatif, biasanya kapasitor Polar bahan dielektriknya terbuat dari elketrolit dan biasanya kapasitor ini mempnyai nilai kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik.
2. Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang yang pada kutubnya tidak mempunyai polaritas artinya pada kutup kutupnya dapat dipakai secara berbalik. biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil dan bahan dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll.Satuan-satuan yang sering dipakai untuk kapasitor adalah :
* 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad).
* 1 µFarad = 1.000 nF (nano Farad).
* 1 nFarad = 1.000 pF (piko Farad).
Sifat dasar sebuah kapasitor adalah dapat menyimpan muatan listrik, dan kapasitor juga mempunyai sifat tidak dapat dilalui arus DC (direct Current) dan dapat dilalui arus AC (alternating current) dan juga dapat berfungsi sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari frekuensi yang diberikan). kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya dibagi menjadi 2 bagian:
tegangan reverse kepada ujung anoda dan katodanya. Biasanya varaktor digunakan sebagai tuning pada radio digital dengan fasilitas auto search.
2.8.2.1. Fungsi Kapasitor
Fungsi kapasitor pada rangkaian elektronika biasanya adalah sebagai berikut:
1. Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus dc dapat dimanfaatkan untuk memisahkan 2 buah rangkaian yang saling tidak berhubungan secara dc tetapi masih berhubungan secara ac(signal), artinya sebuah kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubng antara 2 rangkaian yang berbeda.
2. Kapasitor berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian power supply, yang saya maksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar kapasitor yaitu dapat menyimpan muatan listrik yang berfungsi untuk memotong teganganripple.
3.Kapasitor sebagai penggeser fasa.
4. Kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian oscilator.
5. Kapasitor digunakan juga untuk mencegah percikan bunga api pada sebuah saklar.
Adapun cara memperluas kapasitor atau kondensator dengan jalan: 1. Menyusunnya berlapis-lapis.
2. Memperluas permukaan variabel
3. Memakai bahan dengan daya tembus besar
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik.Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator.Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik.Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energy listrik disimpan pada tiap elektrodanya.Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya.
2.9. IC 339
IC lm 339 yaitu IC yang mempunya fungsi khusus sebagai komparator ( pembanding tegangan ), beserta rangkaian dalamnya. Fungsinya membandingkan tegangan input, di input “+” dan input “-” hasilnya akan ditampilkan di “output”.
Berikut adalah penjelasan dari ic yang lebih detail yaitu :
Gambar 2.10.pin out LM 339
BAB 3
RANCANGAN SISTEM
3.1.Rangkaian Perangkat Keras (Hardware) Dalam tahap perancanganperangkat keras ini, akan dilakukan perancangan fisik dari sensor dan perancangan PCB dari rangkaian. Untuk perancangan PCB,
akan dibuat sebuah rangkaian yang memiliki fitur-fitur yang diperlukan dalam menjalankan sistem ini.
3.1.1 Perancangan Sensor arus
Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi besar arus sekaligus fasa tersebut. Rancangan ini menggunakan sensor efek holl yang berupa modul yaitu ACS712, sensor memberikan output tegangan yang ekivalen dengan besar arus. Output dari sensor diberikan pada masukan ditektor pada fasa.Rangkaian sensor arus ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini :
ACS712
memerlukan apapunselain sebuah inductor yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detector dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatanmedan magnetnya tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Oleh sebab itu diperlukancara yang lain untuk mendeteksinya yaitu dengan sensor yang dinamakan dengan‘hall effect’ sensor. Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untukmengalirkan arus listrik. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca padafungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.
3.1.2. Perancangan sensor tegangan
Sensor ini memberikan besaran tegangan dan fasa.Sensor yang digunakan dalam rancangan ini adalah sebuah pembagi tegangan yang terdiri darai beberapa resistor yang dinilai tertentu.Sensor tegangan berupa suatu rangkaian yang bekerja membagi tegangan hingga sesuai dengan tegangan kerja ditektor fasa. Dalam hal ini sensor akan membagi tegangan jala-jala menjadi tegangan rendah lebih kurang dari 10 volt. Dengan rancangan ini digunakan 2 tahanan dengan nilai lebih kurang 22 kΩ ,output sensor tegangan menjadi masukan rangkaian ditektor fasa.Rangkaian sensor tegangan ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
220k
220k
10k 22oV
3.1.3. Perancangan detector fasa
Rangkaian ditektor fasa adalah rangkaian yang berfungsi untuk mendeteksi selisi fasa arus dan tegangan.Rancangan ini menggunakan ICLM339N yaitu IC komparator. IC akan membandingkan fasa tegangan dan fasa arus,kemudian mengeluarkan sinyal tersebut dalam bentuk persegi atau pulsa. Keluaran komparator LM339N akan diberikan pada masukan IC gerbang 7486 yaitu IC yang akan mengurangkan kedua sinyal tersebut untuk mendapatkan selisi dari kedua sinyal, dimana selisi kedua sinyal tersebut merupakan selisi fasa antara tegangan dan arus. IC LM324 pada rangkaian berfungsi untuk menguatkan sinyal keluaran sensor arus sehingga setara dengan output sensor tegangan. Rangkaian Detektor fasa ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini:
3.1.4. Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA
40
Gambar 3.4. Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA 8535
3.1.5. Perancangan Display LCD
11
3.1.6. Flow chatt
Gambar 3.6 . Flow chatt alat ukur factor daya
Lebar pulsa yang berikan oleh detector fasa, setelah proses hitung selisih fasa antara arus dan tegangan program akan menampilkan hasil hitungan yaitu 1 cos phi dari jaringan listrik serta sttus lagging/leading pada display LCD, demikian juga jika hasil bacan sama dengn 0 cos phi sama dengan 1 (satu).
3.1.7. Langkah / Prosedur perancangan 1. Perumusan masalah
2. Opserkulasi (pengamatan lapangan) 3. Perancangan diagram blog sistem 4. Perancangan skematik rangkaian 5. Surpei komponem
6. Pembuatan papan rangkaian tercetak (minimum sistem) 7. Perakitan komponen pada PCB
8. Pembuatan program atau perangkat lunak
9. Proses mengunduh program ke IC mikrokontroler 10.Proses pengaturan dan pengujian rangkaian 11.Proses pengujian program atau perangkat lunak 12.Proses pengujian keseluruhan sistem
13.Pengambilan data hasil pengujian 14.Analisa dan hasil pengujian
15.Proses perbaikan dan penyempurnaan
3.1.8. Perancangan program kendali alat ukur factor daya digital berbasis
mikrokontroler dengan menggunakan sensor arus dan sensor tegangan.
3.1.9. Langkah – Langkah Pembuatan Program
1. Buka perangkat lunak Code Vision AVR, tampilan awal dari Code Vision AVR seperti terlihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.7. Tampilan Awal Code Vision AVR
2.Pilih File -> New -> Project, kemudian akanmuncul tampilan sebagai berikut
4. Pilih Project -> OK makaakan muncul pilihan untuk menggunakan Code Wizard atau tidak. Kemudian dipilih Yes.
Gambar 3.9 Confirm Window
4. Memilih chip yang akan digunakan ATmega8535 dengan harga clock 16 Mhz.
5. Untuk menggenerate program dipilih File -> Generate, Save and Exitdan akan muncul seperti tampilan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11.Saving Window
6.Membuat direktori dengan nama full.
7.Menyimpan file CV AVR dengan nama full.cwp pada direktori full.
8.Menyimpan file C dengan nama full.c pada direktori full.
9. Menyimpan file project dengan nama full.prj pada direktori full.
10. Selanjutnya mengatur kembaliSetting ->Programmer untuk menentukan jenis program yang akan digunakan.
10.Pada AVR Chip Programmer Type dipilih Atmel AVRProg (AVR910), pada Communication Port dipilih COM1 dan untuk Baud Rate dipilih 19200 bps kemudian akan muncul tampilan seperti pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13.Programmer Setting
• Project Setting
1. Terlihat pada tampilan Code Vision AVR kode yang telah digenerate. Konfigurasi project dengan memilih menu project -> configure.
2. Memilih tab after build, mengaktifkan program the chip. Kemudian akan terlihat tampilan seperti pada Gambar3.14.
Gambar 3.14. Configure Project
Selanjutnya ketik #include <mega8535.h> dan #include <delay.h> pada sebuah tampilan editor. Untuk kemudian program diketik di dalam sebuah void main dan diwhilesebuah program Kompilasi dan Kemudian unduh ke
1. Untuk mengompilasi dapat diklik project -> Build, atau shift+F9yang ditunjukan seperti pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Cara Kompilasi
2. Apabila jika tidak terjadi kesalahan maka akan tampak kotak dialog seperti pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16. Dialog Kompilasi
Gambar 3.17. Progress Bar Unduh ke Mikrokontroler ATmega 8535
Berikut adalah rancangan program yang diprogram dengan bahasa C dengan CV AVR Versi 2.03.
• #include <mega8535.h>
//Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ__Icd_port=0x15 ‘PORT
#endams
#include <Lcd.h>
#include<delay.h>
#include<stdio.h>
#define fost 4000000
Perintah diatas berfungsi sebagai pengertian file-file bantu seperti delay,LCD dan sebagainya.
Long int Cosphi,count,t ;
Perintah diatas merupakan perintah untuk medeklarasikan parallel yang digunakan dalam program.
Roid main (void)
{
PORTA=0x01;
ODRB=0x00;
PORT=0x00;
ODRB=0xFF;
PORT=0xF0;
ODRB=0x0F;
Perintah untuk menginisialisasi port sebagai input/output sekaligus mengisi nilai awal dari port tersebut.
//LCD module initialization
-cd_init (16);
-cd_gotoxy(0,0);
-cd_putsf(“ POWER FACTOR”);
-cd_gotoxy(0,1);
-cd_putsf(“ DETECTING’);
Count = 0;
While (1)
{
Merupakan perintah untuk menampilkan pesan awal pada LCD disertain tundaan waktu 2 detik.
While (PIND.7 == 1) {count++;delay_us(1);}
Merupakan perintah untuk mendeteksi selisi/beda fase dengan menghitung lebar pulsa yang dibangkitkan oleh alat detector fasa.
If (count > 30) {
Pembatas lebar pulsa yang valid yaitu diatas 30 mikrodetik
t = ((count * 7.7) * 3.6)/200;
Merupakan sebuah perintah untuk mengkalibrasi hitungan waktu kederajat fase.
if (t<81) {cosphi = 20;}
if (t<78) {cosphi = 25;}
if (t<75) {cosphi = 30;}
if (t<72) {cosphi = 35;}
if (t<69) {cosphi = 40;}
if (t<60) {cosphi = 55;}
if (t<56) {cosphi = 60;}
if (t<53) {cosphi = 65;}
if (t<49) {cosphi = 70;}
if (t<45) {cosphi = 75;}
if (t<41) {cosphi = 80;}
if (t<36) {cosphi = 85;}
if (t<31) {cosphi = 90;}
if (t<25) {cosphi = 95;}
if (t<17) {cosphi = 98;}
Merupakan perintah untukmenentukan nilai dari waktu yang telah dikalibrasi.
lcd_gotoxy(0,1);
if (PINA.0 == 1) { lcd_putsf(“ LEAD : 0,”);}
else { lcd_putsf(“ LAG : 0,”);}
Perintah untuk membandingkan jika port A.0 berlogika 1 (satu), maka jaringan adalah mendahului. Sedangkan jika port A.0 = 0 jaringannya tergolong sebagai jaringan ketinggalan.
sprint(buf,”% i”,cosphi);
lcd_putsf(buf);
delay_ms(1000);
}
};
BAB 4
PENGUJIAN ALAT
4.1.Pengujian program
Tahap ini adalah prosese pengujian dan analisa : 1. Pengujian program tampilan LCD
Setelah program di download dan dinyalakan maka akan tampil pada LCD sesuai dengan tulisan yang dibuat dalam program, oleh karena itu program dinyatakan berhasil.
2. Pengujian program untuk membaca input atau lebar pulsa
While (PIND.7 == 1) {count++;delay_us(1);}
Setelah dilakukan maka output atau hasil dapat di lihat dengan osiloskop yaitu lebar pulsa perbedaan fasa, arus dan tegangan.
3. Pengujian kalibrasi data menjadi nilai Faktor daya t = ((count * 7.7) * 3.6)/200;
if (t<81) {cosphi = 20;}
if (t<72) {cosphi = 35;}
4.2. Pengujian IC mikrokontroler
Tabel 4.1. Pengukuran Pin IC mikrokontroler ATMEGA 8535
28 0,01
29 0,0
30 4,95
31 0,0
32 4,95
33 1,76
34 1,79
35 1,78
36 1,73
37 1,77
38 1,77
39 1,81
40 4,91
4.3. Pengujian Display LCD
Tabel 4.2. Pengukuran pin IC LCD
No Pin Tegangan keluaran
4.4. Pengukuran grafik keluaran sensor-sensor dan rangkaian detector fasa
4.4.1. Grafik keluaran sensor tegangan
Gambar 4.1. Grafik keluaran sensor tegangan
T = 2 x 10 ms = 20 ms
4.4.2. Grafik keluaran sensor arus
Gambar 4.2. Grafik keluaran sensor Arus
4.4.3. Grafik keluaran rangkaian komparator untuk tegangan
Gambar 4.3. Grafik keluaran rangkaian komparator untuk tegangan
T = 2 x 10 ms =20 ms
4.4.4. Grafik keluaran rangkaian komparator untuk arus
Gambar 4.4. Grafik keluaran rangkaian komparator untuk arus
4.4.5. Grafik keluaran detector pulsa
Gambar 4.5. Grafik keluaran detector pulsa
T = 1 x 10 ms = 10 ms
4.4.6. Grafik keluaran selisih fasa arus dan tegangan
Gambar 4.6. Grafik keluaran selisih fasa arus dan tegangan
T = 8 x 2,5 ms =20 ms
Gambar 4.7.Grafik selisih fasa arus dan tegangan keluaran komparator
T = 8 x 2,5 ms =20 ms
4.4.8. Grafik keluaran komparator untuk tegangan
Gambar 4.8.Grafik keluaran komparator untuk tegangan
4.5.Analisa hasil pengukuran
T = Perioda t = Selisi fasa
t = 0,6 x 2,5 ms = 1,5 ms T = 8 x 2,5 ms = 20 ms 1 Perioda = 360°
Selisi fasa = �
�X 360° = 1,5 ��
20 ��x 360° = 27°
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
o pengujian yang dilakukan memberikan beberapa data yaitu selisih fasa dan pulsa dari detector fasa.Daris data tersebut dapat dihitung factor daya berupa cos phi yaitu menghitung selisi fasa dari tegangan dan arus.
o Antara penghitungan dan pengukuran terdapat perbedaan atau error hal ini di sebabkan beberapa factor misalnya, kesalahan pembacaan maupun nois akibat gangguan eksternal.
o tampilan factor daya berupa cos φ dengan nilai 0 sampai 1. Nilai 0 merupakan factor daya yang paling jelek sedangkan nila 1 adalah factor daya paling baik.
o Faktor daya sangat mempengaruhi episiensi penggunaan listrik, karena
rumus faktor daya adalah p = p x I x cos φ, sehingga jika cos φ mendekati
0 maka daya yang dihasilkan juga mendekati 0.
5.2. Saran
1. Hendaknya sistem di kembangkan menjadi sistem yang dapat
memperbaiki cos φ dengan kompensensi kapasitor.
2. Sistem harus di sempurnakan agar dapat di terapkan sebagai alat ukur,
DAFTAR PUSTAKA
Santoso, Djoko, Rangkaian Listrik, Penerbit :Pustaka Pena Jogjakarta, 2006.
David, William Cooper, Instrumentasi Elektronika Dan Teknik Pengukuran, Edisi Kedua, Penerbit : Jakarta, 1994.
Setiawan, Afrie, Mikrokontroler ATmega8535Menggunakan BASKOM-AVR, Jokjakarta : Andi, 2011.
