RANCANG BANGUN CATU DAYA DC 1V–20V MENGGUNAKAN KENDALI P-I BERBASIS MIKROKONTROLER

(1)

ABSTRAK

RANCANG BANGUN CATU DAYA DC 1V-20V MENGGUNAKAN KENDALI P-I BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh M. CAHYADI

Catu daya DC merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Secara umum prinsip catu daya terdiri atas komponen utama yaitu transformator, dioda dan kondensator. Umumnya catu daya yang dijual dipasaran menghasilkan keluaran tegangan yang tidak stabil dan pengubahan nilai tegangan keluaran tidak dapat dilakukan dengan mudah, sehingga tidak cocok digunakan sebagai catu daya laboratorium. Berdasarkan latar belakang ini penulis mencoba membuat catu daya DC menggunakan kendali P-I berbasis mikrokontroler sehingga mempermudah untuk mengatur dan mempertahankan nilai tegangan yang diinginkan.

Permasalahn yang timbul adalah bagaimana catu daya diatur untuk mendapatkan hasil tegangan keluaran yang sesuai dengan nilai set-point yang diberikan. Oleh karena itu permasalahan dapat diselesaikan dalam dua pokok bahasan yaitu: pokok bahasan perangkat keras (hardware) dan pokok bahasan perangkat lunak (software) yang mampu memprogram catu daya secara digital dan mengolah masukan data agar dapat menghasilkan keluaran data sesuai dengan yang diinginkan. Pada alat ini menerapkan kendali PI sehingga mampu mempertahankan nilai tegangan apabila terjadi drop ketika pembebanan. Dalam penelitian ini menggunakan mikronkontroller ATmega 8535 sebagai device pengendali utamanya, Keypad matrix4x4 sebagai input set-pointdan LCD 2x16 untuk tampilan pada catu daya serta menggunakan perangkat lunak CVAVR sebagai pemrogram.

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah memperlihatkan bahwa nilai rata-rata selisih (volt) sistem Catu Daya DC dengan untai tertutup (close loop) lebih kecil (0,06V ; 0,25V untuk beban lampu, dan 0,07V ; 0,13 V untuk beban kipas angin serta 0,02V ; 0,34 untuk beban dua lampu). Hal ini dapat disebabkan karena pada sistem untai tertutup ada upaya untuk memperbaiki nilai keluaran agar hasilnya mendekati atau sama dengan nilai yang dinginkan (set point).

(2)

ABSTRACT

DC POWER SUPPLY DESIGN 1V - 20V USING A MICROCONTROLLER-BASED CONTROL PI

By M.CAHYADI

DC power supply is an electronic device used to convert an Alternating Current AC in to Direct Current (DC) form. Generally, some main components of DC power supply are transformer, dioda and condenser. Commonly DC power supply that is sold produces unstable output voltage, besides, to change the value of that output voltage is not a simply way, because of that the device is not compatible enough to be used in laboratory. Based on this case, the writer try to create a DC power supply using PI control based an microcontroller in purpose to make the voltage setting and maintaining value be come easier.

Problem in this case is how to set power supply in order to obtain some corresponding outputs voltage with given set point. Thus the problem can be solved in two main subjects, that are : subject of hardware and software that able to operate the power supply in digital ways and used as the processing program to obtain desired output data. PI controller is applied in this device so it be able to maintain the voltage value whenever the drop voltage occur as the result of load effect. Microcontroller ATmega 8535 is used in this research as main control device, keypad matrix 4x4 is used as input of setpoint and LCD 2x16 as layer display of power supply, this research is also require CVAVR as software programming.

Results show that deviation average value of power supply system with close loop is smaller (0,06V ; 0,25V for lamp as load ; 0,07V ; 0,13V for motor as load and 0,02V ; 0,34V for two lamp load). This case can be happened as the impact of effort from the closed system improve the value of the output so that result is close to or equal to desired value.

(3)

RANCANG BANGUN CATU DAYA DC

1V–20V MENGGUNAKAN KENDALI P-I BERBASIS

MIKROKONTROLER

Oleh

M. CAHYADI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung Provinsi Lampung pada tanggal 15 November 1988, sebagai anak kedua dari dua saudara, dari Bapak Aslim dan Ibu Ida Nursanti.

Riwayat pendidikan penulis dimulai dari sekolah dasar diselesaikan di SD Negri 2 Sukarame Bandar Lampung pada tahun 2002, Sekolah Menengah Pertama di SMP Negri 23 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Atas di SMA Gajah Mada Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2008.

Pada tahun 2008, Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusn Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negri) 2008. Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten Laboratorium Teknik Kendali Universitas Lampung pada tahun 2011 sampai 2014. Penulis juga pernah menjadi anggota tim PLC (Programmabel Logic Control).

(8)

K uper sem bah kan kar ya ku i n i kepada

A l l ah S W T R obb sem est a al am den gan har apan m en j adi n i l ai i badah di si si -N ya

K edua or an gt uaku yan g t el ah m em besar kan ku

den gan m er awat ku dan m en di di kku h i n gga seper t i sekar an g,

K akakku yan g t el ah dukun gan sem an gat ser t a do' an ya.

G ur u-gur u dan D osen -dosen ku yan g m en di di kku den gan sabar dan m em bekal i den gan i l mu yan g ber m an f aat

R ekan -r ekan dan S ahabat -sah abat ku

(9)

SANAWACANA

Alhamdulillahhirobbil'alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan nikmat kesehatan, kesempatan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW sang penutup para Nabi dan Rasul, kepada keluarga, sahabat, dan pengikutnya yang setia sampai akhir zaman.

Skripsi dengan judul "Rancang Bangun Catu Daya DC 1V-20V Menggunakan Kendali PI Berbasis Mikrokontroler" sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang tulus kepada : 1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung

3. Bapak Dr. Herman Halomoan S.,S.T.,M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

(10)

ii

5. Bapak Agus Trisanto, Ph.D., sebagai Dosen Pembimbing Pendamping atas kesediannya memberikan bimbingan serta saran dan kritik kepada penulis. 6. Bapak Dr. Ahmad Saudi Samosir, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang

telah memberikan kritikan, dan saran dalam penyelesaian tugas akhir ini. 7. Segenap Dosen dan Pegawai di Jurusan Teknik Elektro yang telah

memberikan ilmu dan wawasan yang tak terlupakan oleh penulis.

8. Ayahanda Aslim, ibunda Ida Nursanti, kakak Fajri dan Riyadhil yang selama ini telah memberikan kasih sayang , semangat, doa, nasihat serta dukungan. 9. Teman-teman Elektro angkatan 2008: Jeni, Andre, Martha, Herdiawan, Felix,

Kornelius, Sigit komti, dan lain-lain atas atas kebersamaan yang selama ini kita lalui. Semoga kebersamaan ini akan tetap terjaga selamanya. Kita Luar Biasa...!!

10. Seluruh penghuni Laboratorium Terpadu Teknik Elektro khususnya Teknik Kendali, Syuhada, Haki, Dirya, Restu,, Ryan Peceng, Grienda, Pras, Teguh dan lain-lain atas bantuannya baik langsung ataupun tidak langsung.

11. Teman-teman seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini, Roni cing, Zainal abidin, Aferdi kakek, Yustinus, Nora, Holil, Eko warsianto dll.

12. Para Yunior Elektro Universitas Lampung, Terimakasih sudah membantu dalam kehidupan manis pahitnya dunia perkuliahan.

(11)

iii

Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam penyusunan tugas akhir ini. Saran dan kritik membangun sangat diharapkan penulis demi kebaikan dimasa yang akan datang. Sekali lagi penulis ucapkan terimakasih dan semoga Allah SWT membalas kebaikan Anda semua dan diberi kemudahan dalam segala urusannya. Amin.

Bandar Lampung, 22 Desember 2015 Penulis,

(12)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GAMBAR ... x

I. PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 3

1.3. Manfaat Penelitian ... 3

1.4. Rumusan Masalah ... 3

1.5. Batasan Masalah ... 4

1.6. Hipotesis ... 4

1.7. Sistematis Penulisan ... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1. Pengertian Sistem Kendali ... 6

2.1.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka ... 6

(13)

v

2.2. Sistem Kontrol PID ... 8

2.2.1. Kontrol Proporsional ... 9

2.2.2. Kontrol Integral ... 9

2.2.3. Kontrol Derivatif ... 10

2.3. Pulse Width Modulation (PWM) ... 10

2.4. Pengkondisi Sinyal ... 11

2.4.1. Inverting Amplifier... 12

2.4.2. Non-inverting Amplifier ... 12

2.5. Mikrokontroler ATmega8535 ... 13

2.5.1. Arsitektur ATmega8535 ... 15

2.5.2. Konfigurasi Pin ATmega8535 ... 16

2.6. IC LM324 (OP Amp) ... 18

Konfigurasi Pin IC LM324 ... 18

2.7. Transistor ... 19

2.8. LCD (Liquid Crystal Display) ... 20

2.9. Keypad ... 22

2.10.Transformator ... 24

2.11.Pemrograman Mikrokontroler ... 25

1. Bahasa C ... 25

(14)

vi

III. METODE PENELITIAN ... 26

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 26

3.2. Alat dan Bahan ... 26

3.3. Langkah Kerja ... 27

3.4. Studi Literatur ... 29

3.5. Spesifikasi Rancangan ... 29

3.6. Spesifikasi Alat ... 30

3.7. Perancangan Pengendali ... 31

3.7.1. Proporsional Kontrol ... 32

3.7.2. Integratif Kontrol... 33

3.8. Detail Rancangan ... 34

3.8.1. Rangkaian Penguat Daya ... 34

3.8.2. Rangkaian Sensor Tegangan ... 36

3.8.3. Rangkaian Penampil (LCD) ... 37

3.8.4. Rangkaian Power supply untuk system ... 37

3.9. Diagram Alir Kerja Alat ... 39

3.10.Pengujian dan Pengambilan Data ... 40

3.10.1. Pengujian Rangkaian ... 40

1. Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan... 40

2. Pengujian Rangkaian Penguat Daya... 42

3. Pengujian Duty Cycle Pada Mikrokontroler... 43

3.10.2. Pengujian Variabel Kendali ... 44

(15)

vii

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 48

4.1. Realisasi Perangkat Keras... 49

4.2. Pengujian Perangkat Keras ... 50

4.2.1. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ... 50

4.2.2. Hasil Pengujian Rangkaian Penguat Daya... 52

4.2.3. Hasil Pengujian Duty Cycle pada Mikrokontroler ... 53

4.3. Pengujian Variabel Kendali ... 54

4.3.1. Pengujian Variabel Kp ... 54

4.3.2. Pengujian variabel Kp dan Ki ... 56

4.3.3. Pengujian Kendali PI pada Catu Daya DC dengan beban lampu DC 12 volt ... 57

4.4. Pengujian Sistem Open Loop ... 58

4.4.1. Hasil Pengujian Unjuk Kerja Sistem Dengan Beban Lampu DC 12volt... 58

4.4.2. Hasil Pengujian Unjuk Kerja Sistem Dengan Beban Kipas DC 12volt... 59

4.4.3. Hasil Pengujian Unjuk Kerja Sistem Dengan Beban 2 Lampu DC 12volt... 60

4.4.4. Tegangan Keluaran Catu Daya DC Dilihat Dengan Osiloscop .... 60

4.5. Pengujian Sistem Close Loop ... 62

(16)

viii

4.5.2. Hasil Pengujian Unjuk Kerja Sistem Dengan Kendali PI (beban

kipas angin) ... 63

4.5.3. Hasil Pengujian Unjuk Kerja Sistem Dengan Kendali PI (beban 2 lampu) ... 64

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 65

5.1. Kesimpulan ... 65

5.2. Saran ... 65

DAFTAR PUSTAKA

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

2.1. Susunan kaki LCD 2X16 ...21

4.1. Perbandingan tegangan keluaran sensor dengan hasil perhitungn...51

4.2. Hasil pengujian rangkaian penguat daya . ...52

4.3. Perbandingan tegangan keluaran hasil pengujian dan perhitungan ...53

4.4. Hasil Pengujian variabel kendali nilai Kp ...54

4.5. Hasil pengujian variabel Ki ...56

4.6. Hasil pengujian Catu Daya DC dengan beban lampu 12volt ...58

4.7. Hasil pengujian power supply dc dengan beban kipas angin 12volt ...59

4.8. Hasil pengujian Catu Daya DC dengan beban 2lampu 12volt ...60

4.9. Hasil pengujian Catu Daya DC dengan kendali PI menggunakan beban

lampu 12volt ...62

4.10. Hasil pengujian Catu Daya DC dengan kendali PI menggunakan beban

kipas angin 12volt ...63

(18)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1. Pengendali Kalang Terbuka ... 7

2.2. Pengendali Kalang Tertutup ... 7

2.3. Blok Diagram Kendali PID ... 9

2.4. Tegangan Searah Setelah Dipenggal ... 11

2.5. Rangkaian Inverting Amplifier ... 12

2.6. Rangkaian Non-Inverting Amplifier ... 13

2.7. Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535 ... 15

2.8. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega8535 ... 17

2.9. Bentuk Fisik IC LM324 ... 18

2.10. Konfigurasi Pin IC LM324 ... 19

2.11. Transistor ... 20

2.12. LCD Karakter 2x16 ... 20

2.13. Keypad4x4 ... 22

2.14. Diagram Skematik Keypad4x4 ... 23

2.15. Bentuk dan Simbol Transformator ... 24

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 28

3.2. Gelombang Kotak (Pulsa) ... 30

(19)

xi

3.4. Respon Sistem ... 32

3.5. Blok Diagram Respon Perancangan Catu Daya DC ... 34

3.6. Rangkaian Penguat Daya ... 35

3.7. Rangkaian Sensor Tegangan ... 36

3.8. Rangkaian Penampil (LCD) ... 37

3.9. Rangkaian power supplyMikrokontroler ... 37

3.10. Rangkaian Power SupplyIC LM324 ... 38

3.11. Diagram Alir Cara Kerja Alat ... 39

3.12. Blok Diagram Pengujian Sensor Tegangan ... 41

3.13. Rangkaian Mikrokontroler Dengan LCD dan Keypad ... 44

3.14. Rangkaian Catu Daya DC Dengan Kendali PI ... 47

4.1. Catu Daya DC dengan kendali PI Berbasis Mikrokontroler ... 48

4.2. Realisasi Perangkat Keras ... 49

4.3. Duty Cycle 25% dan 50% ... 53

4.4. Grafik respon tegangan dengan nilai Kp5 ... 55

4.7. Grafik respon tegangan dengan nilai Ki 20, 30 dan 40 ... 57

4.8. Respon tegangan pada saat diberi beban lampu DC 12volt ... 57

4.9. Respon tegangan pada saat diberi beban lampu 12volt DC ... 60

(20)

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Catu daya DC (power supply) merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Catu daya menjadi bagian yang penting dalam dunia elektonika yang berfungsi sebagai sumber tenaga listrik. Catu daya juga dapat digunakan sebagai perangkat yang memasok energi listrik untuk satu atau lebih beban listrik.

Secara umum prinsip rangkaian catu daya terdiri atas komponen utama yaitu transformator, dioda dan kondensator. Dalam pembuatan rangkaian catu daya, selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik. Komponen Pendukung tersebut antara lain : sakelar, sekering (fuse), lampu indicator, jack dan plug, Printed Circuit Board (PCB) dan kabel. Baik komponen utama maupun komponen pendukung sama-sama berperan penting dalam rangkaian catu daya.

(21)

2

daya yang bisa diprogram secara digital, tegangan keluaran yang dihasilkan dapat sesuai dengan tegangan masukan yang diinginkan, dan ditampilkan ke tampilan (Display).

Berdasarkan latar belakang inilah penulis mencoba membuat catu daya DC menggunakan kendali PI berbasis mikrokontroler sehingga mempermudah untuk mengatur dan mempertahankan tegangan yang diinginkan.

1.2. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Merancang dan mengimplementasikan Catu Daya DC menggunakan Mikrokontroler ATmega8535 dengan set-pointdarikeypad.

2. Mengimplementasikan kendali proportional-integral pada Catu Daya DC 3. Menganalisa tegangan yang dihasilkan dari Catu Daya DC yang telah dibuat.

1.3. Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapat dari tugas akhir ini adalah :

1. Hasil rancang bangun ini dapat digunakan sebagai catu daya dengan skala 1V sampai 20V

2. Dapat diterapkan pada alat atau penelitian lain yang memerlukan catu daya 3. Dapat menambah wawasan bagi penulis khususnya dan mahasiswa lain pada

(22)

3

1.4. Rumusan Masalah

Permasalahan pada penelitian ini adalah bagaimana catu daya dapat diatur untuk mendapatkan hasil tegangan keluaran yang sesuai dengan nilai masukan yang diberikan. Permasalahan yang akan diselesaikan dalam dua pokok bahasan, pokok bahasan perangkat keras dan pokok bahasan perangkat lunak. Dimana pokok bahasan perangkat keras (Hardware) meliputi perencanaan dan perancangan alat yang dapat memprogram Catu Daya DC secara digital, sedangkan pokok bahasan perangkat lunak (Software) berupa analisa perangkat lunak dan bahasan pemrograman dari Mikrokontroler yang mengolah masukkan data agar dapat menghasilkan keluaran tegangan sesuai dengan yang diinginkan.

1.5. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini terdapat pembatasan terhadap masalah yang akan dibahas, yaitu:

1. Variabel yang dikontrol adalah nilai keluaran tegangan DC. 2. ATmega 8535 sebagai devicepengendali.

(23)

4

1.6. Hipotesis

Hipotesis dari penelitian ini adalah dengan adanya Catu Daya DC berbasis mikrokontroler diharapkan dapat dengan lebih mudah menentukan nilai tegangan yang diinginkan sehingga dapat dipergunakan pada saat praktikum dan juga pada saat kebutuhan lainnya yang memerlukan tegangan hingga 20Volt.

1.7. Sistematika Penulisan

Penulisan skripsi ini dibagi menjadi lima bab, yang meliputi :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini menguraikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan tentang teori-teori dasar yang mendukung dalam pembuatan tugas akhir.

BAB III METODE PENELITIAN

(24)

5

BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Bagian ini berisi hasil akhir dari perancangan sistem, data hasil uji sistem, dan pembahasan data hasil pengujian yang diperoleh.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(25)

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Sistem Kendali

Sistem kendali adalah suatu sistem yang keluaran sistemnya dikendalikan pada suatu nilai tertentu atau untuk mengubah beberapa ketentuan yang telah ditetapkan oleh masukan ke sistem[4]. Sebagai contoh adalah sebuah kendali suhu pada sistem pusat pemanasan di sebuah rumah, mempunyai masukan dari thermostat atau panel kendali yang telah ditentukan suhunya dan menghasilkan keluaran berupa suhu aktual. Suhu ini diatur dengan sistem kendali sehingga sesuai dengan nilai yang ditentukan oleh masukan pada sistem. Secara umum sistem kendali dapat dibagi menjadi 2 jenis, seperti dijelaskan dibawah ini.

2.1.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop)

Kalang terbuka atau open loop merupakan sebuah sistem yang tidak dapat mengubah dirinya sendiri terhadap perubahan situasi yang ada. Dengan kata lain, sistem kendali kalang terbuka tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Hal ini disebabkan karena tidak adanya umpan balik (feedback) pada sebuah sistem kalang terbuka. Sistem ini masih membutuhkan manusia yang bekerja sebagai operator. (Sulistiyanti, Setiawan, 2006)

(26)

7

masuk keluar

Gambar 2.1 Pengendali kalang terbuka

Pada sistem kalang terbuka masukan dikendalikan oleh manusia sebagai operator, dan perubahan kondisi lingkungan tidak akan langsung direspon oleh sistem, melainkan dikendalikan oleh manusia. Contoh dari sistem kendali kalang terbuka adalah kipas angin, dimana kuatnya putaran motor dikendalikan oleh manusia.

2.1.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop)

Sistem kendali kalang tertutup merupakan sebuah sistem kontrol yang nilai keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Pada rangkaian loop tertutup sinyal error yang merupakan selisih antara sinyal masukan dengan sinyal umpanbalik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendali (controller). Umpan balik ini dilakukan untuk memperbaiki nilai keluaran (output) sistem agar semakin mendekati nilai yang diinginkan dapat dilihat pada gambar 2.2.

masuk keluar

Gambar 2.2. Pengendali Kalang Tertutup

kontrol

plant

kontrol

plan

(27)

8

Keuntungan dari sistem kalang tertutup ini adalah adanya pemanfaatan nilai umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Contoh dari sistem kendali kalang tertutup adalah pengatur suhu ruangan menggunakan Air Conditioning (AC) dengan cara membandingkan suhu ruangan sebenarnya dengan nilai suhu yang dikehendaki, dan dengan cara meningkatkan kinerja AC suhu ruangan menjadi seperti yang diinginkan. Secara garis besar, sistem kendali jika ditinjau dari ketelitian dan kesetabilan sistem dapat dibagi atas dua bagian,yaitu :

a. Sistem kendali dengan menggunakan PID Controller. b. Sistem kendali on - off.

2.2. Sistem Kontrol PID( Proportional Integral Derivatif)

(28)

9

+

SP + e(t ) + out put

- +

+

Gambar 2.3. Blok diagram kendali PID

2.2.1. Kontrol Proporsional

Kontrol P dapat dinyatakan sebagai P(s) = e • Kp, dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.

2.2.2. Kontrol Integral

Kontrol I dapat dinyatakan sebagai I(s) = ʃe(t)dt • Ki dengan Ki adalah konstanta Integral. Jika e(t) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem

?? G(s)

? ? ?

ʃ

??

(29)

10

2.2.3. Kontrol Derivatif

Kontrol D dapat dinyatakan sebagai D(s) =? ? (?)

? ? • Kd. Dari persamaan di tersebut, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi erroryang akan terjadi. Kontrol Derivatif digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivatif hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri

2.3. Pulse Width Modulation (PWM)

(30)

11

V ??? ?? ?

?? ? ?

?? ? D.Vm

[image:30.612.218.422.78.199.2]

0 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? t Gambar 2.4. Tegangan searah setelah dipenggal

Apabila tegangan searah dipenggal secara teratur seperti tercantum pada gambar 2.4. diatas, yaitu pada waktu ?? dimatikan, ?? dihidupkan kembali, ?? dimatikan dan seterusnya, maka ada tegangan searah yang secara teratur terputus-putus, dimana besarnya tergantung pada ?? ? dan ?? ? ?, yaitu :

V = D.Vm Dimana :

? =

?? ?

?? ?? ?? ? ?

=

?? ?

??? ?? ?

Keterangan : D = duty cycle Vm = Tegangan mutu

(31)

12

2.4. Pengkondisi Sinyal

Pengkondisi sinyal digunakan untuk mengkondisikan sinyal keluaran PWM dari ATmega 8535 agar bisa diolah dengan baik oleh transistor - transistor penguat. Ada beberapa jenis pengkondisi sinyal, diantaranya adalah :

2.4.1.Inverting Amplifier

Inverting amplifier adalah penguat yang memiliki polaritas keluaran berlawanan dengan polaritas masukannya. Penguatan mutlak inverting amplifier dapat bernilai kurang dari atau lebih dari 1. Rangkaian penguat inverting amplifier dapat dilihat pada gambar 2.5 dan persamaannya dituliskan sebagai :

?? = −

??

[image:31.612.196.445.398.598.2]

??

(32)

13

2.4.2.Non-inverting Amplifier

Non-inverting amplifier memiliki polaritas keluaran sama dengan polaritas masukannya. Berbeda dengan inverting amplifier, pada penguat non-inverting amplifier, penguatannya selalu bernilai lebih dari 1. Rangkaian penguat non-inverting amplifier dapat dilihat pada gambar 2.6 dan persamaannya dituliskan sebagai berikut :

?? = ?

?? + ??

??

[image:32.612.228.410.247.422.2]

? ??

Gambar 2.6 Rangkaian Non-inverting Amplifier

2.5. Mikrokontroler ATmega 8535[1]

(33)

14

yang berukuran kecil, pada umumnya ditujukan untuk melakukan tugas-tugas yang berorientasi kontrol pada rangkaian yang membutuhkan jumlah komponen minimum dan biaya rendah. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluaran AtTiny, keluaran AT90Sxx, keluaran ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur yang digunakan, bisa dikatakan hampir sama.

(34)

15

2.5.1. Arsitektur ATmega 8535[1]

[image:34.612.164.477.140.605.2]

Berikut ini adalah gambaran arsitektur mikrokontroler ATmega 8535 :

Gambar 2.7 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535

(35)

16

Dari gambar 2.7. tersebut dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut :

a. 32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C, dan Port D) b. 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) c. 4 channel PWM

d. 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby

e. 3 buah timer/counter f. Analog comparator

g. Watchdog timer dengan osilator internal h. 512 byte SRAM

i. 512 byte EEPROM

j. 8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write k. Unit interupsi (internal & eksternal)

l. Port antarmuka SPI8535 “memory map”

m. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5Mbps n. 4.5 sampai 5.5V operation, 0 sampai 16MHz

2.5.2. Konfigurasi Pin ATmega8535

Konfigurasi pin ATmega8535 bisa dilihat pada Gambar 2.8 yang secara fungsional konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut:

a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan daya. b. GND merupakan pin ground.

(36)

17

d. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.

e. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.

f. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

[image:36.612.179.445.341.641.2]

i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Gambar 2.8 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega8535.

(37)

18

2.6. IC LM324 (OP Amp)

[image:37.612.226.419.242.396.2]

IC LM324 atau yang biasa disebut operational amplifier (op amp) merupakan sebuah chip IC yang dapat digunakan sebagai penguat tegangan DC maupun tegangan AC, atau sebagai komparator.Dalam satu buah IC LM324 terdapat 4 buah operational amplifier. Berikut ini adalah penampakan fisik dari IC LM324:

Gambar 2.9 Bentuk Fisik IC LM324

(http://www.componentsindia.com/product.php?id_product=58)

Konfigurasi Pin IC LM324

Konfigurasi pin IC LM324 bisa dilihat pada Gambar 2.9 yang secara fungsional konfigurasi pin IC LM324 sebagai berikut:

a. Output 1, merupakan pin yang berfungsi sebagai pin keluaran hasil penguatan sinyal masukan pada pin input 1.

b. Input 1 (-), merupakan pin masukan inverting amplifier 1. c. Input 1 (+), merupakan pin masukan inverting amplifier 1. d. VCC, merupakan pin catu daya.

(38)

19

f. Input 2 (-), merupakan pin masukan inverting amplifier 2.

g. Output 2, merupakan pin yang berfungsi sebagai pin keluaran hasil penguatan sinyal masukan pada pin input 2.

h. Output 3, merupakan pin yang berfungsi sebagai pin keluaran hasil penguatan sinyal masukan pada pin input 3.

i. Input 3 (-), merupakan pin masukan inverting amplifier 3. j. Input 3 (-), merupakan pin masukan inverting amplifier 3. k. GND, merupakan pin ground.

l. Input 4 (+), merupakan pin masukan inverting amplifier 4. m. Input 4 (-), merupakan pin masukan inverting amplifier 4.

[image:38.612.248.385.397.525.2]

n. Output 4, merupakan pin yang berfungsi sebagai pin keluaran hasil penguatan sinyal masukan pada pin input 4.

Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC LM324.

(http://fajar-el-ridikc.blogspot.com/2014/08/fungsi-op-amp-operational-amplifier-ic.html#.VnYeofl97IU)

2.7. Transistor

(39)

20

[image:39.612.238.405.187.301.2]

stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan sumber listriknya.

Gambar 2.11. Transistor

(http://komponenelektronika.biz/pengertian-transistor.html)

2.8. LCD (Liquid Crystal Display )

LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD bisa memunculkan gambar atau tulisan dikarenakan terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya.

Gambar 2.12. LCD Karakter 2x16

[image:39.612.197.443.517.633.2]

(40)

21

[image:40.612.137.508.270.532.2]

LCD yang akan digunakan dalam pembuatan alat ini adalah LCD dengan tipe karakter 2 x 16 yaitu alat penampil yang dibuat pabrikan umum dijual dipasaran standar dan dapat menampilkan karakter 2 baris dengan tiap baris 16 karakter. Pada pembuatan tugas akhir ini, LCD akan digunakan sebagai penampil kondisi tegangan dengan pembacaan nilai ADC pada PORT mikrokontroler. Berikut tabel pin LCD 2X16.

Tabel 2.1. Susunan kaki LCD 2X16

No. Nama Pin Deskripsi Port

1 VCC +5V VCC

2 GND 0V GND

3 VEE Tegangan kontras LCD

4 RS Register Select, 0 = Input intruksi, 1 = Input data PD0

5 R/W 1 =Read; 0 = Write PD1

6 E Enable Clock PD2

7 D4 Data Bus 4 PD4

8 D5 Data Bus 5 PD5

9 D6 Data Bus 6 PD6

10 D7 Data Bus 7 PD7

11 Anoda Tegangan positif backlight 12 Katoda Tegangan negatif backlight

(41)

22

2.9. Keypad

[image:41.612.266.383.310.488.2]

Ketypad adalah suatu alat kunci matriks yang memungkinkan pengguna memasukkan informasi ke alat atau perangkat lainnya. Keypad umumnya digunakan pada pesawat telepon digital, handphone, aplikasi untuk sistem pengamanan seperti digital key, dan lain sebagainya. Keypadmempunyai banyak ukuran, seperti keypad4x1, keypad4x2,keypad4x3, dan keypad4x4. Makna dari penulisan keypadBxK adalah B menyatakan banyaknya baris pada keypad, dan K menyatakan banyaknya kolom pada keypad.

Gambar 2.13.Keypad4x4

(https://www.parallax.com/product/27899)

(42)

[image:42.612.208.429.83.237.2]

23

Gambar 2.14. Diagram skematik keypad4x4

Ada 16 buah tombol pushbutton yang dirancang sedemikian hingga menjadi 4 jalur kolom (K1,K2,K3,K4) dan 4 jalur baris (B1,B2,B3,B4). Dari kontruksi ini, didapatkan data-data karakteristiknya sebagai berikut :

1. jika tidak ada penekanan tombol sama sekali, maka semua jalur akan saling lepas (tidak ada yang tersambung)

2. Tidak ada satu kondisipun yang memungkinkan terjadinya persambungan antar sesama jalur kolom atau antar sesama jalur baris, kecuali ada penekanan lebih dari satu tombol. Misalnya tombol 1 dan tombol 2 ditekan bersamaan, maka K1-K2-B1 akan tersambung.

(43)

24

Karena pada kebanyakan aplikasi hanya diperlukan pendeteksian terhadap penekanan satu tombol saja, maka selanjutnya akan dibahas penanganan terhadap penekanan satu tombol saja dan mengabaikan penekanan lebih dari satu tombol.

2.10. Transformator

[image:43.612.134.489.492.652.2]

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC). Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Gambar 2.15. Bentuk dan simbol transformator

(44)

25

Trafo yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika adalah Trafo Step-Down. Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

2.11. Pemrograman Mikrokontroller 1. Bahasa C[1]

Bahasa pemrograman C merupakan salah satu bahasa pemrograman komputer. Dibuat pada tahun 1972 oleh Dennis Ritchie untuk Sistem Operasi Unix di Bell Telephone Laboratories. Meskipun C dibuat untuk memprogram sistem dan jaringan komputer namun bahasa ini juga sering digunakan dalam mengembangkan software aplikasi. C juga banyak dipakai oleh berbagai jenis platform sistem operasi dan arsitektur komputer, bahkan terdapat beberepa compiler yang sangat populer telah tersedia. C secara luar biasa memengaruhi bahasa populer lainnya, terutama C++ yang merupakan extensi dari C.

2. CodeVision AVR

(45)

III. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini dilakukan di laboratorium Teknik Kendali Jurusan

Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai

dari bulan November 2014 s/d Desember 2015.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan Catu Daya DC ini yaitu :

1.

Multi tester.

2.

Osiloskop.

3.

Project board

sebagai sarana uji coba rangkaian sebelum diterapkan ke PCB.

4.

Komputer dan

software

pendukungnya, antara lain:

Codevision

AVR,

Dip

Trace, Proteus, Extreme burner

dan

Microsoft Office

2007.

5.

Downloader

untuk ATmega8535.

6.

Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB.

7.

Divice

Pengendali, Mikrokontroler ATmega8535 beserta komponen

penunjangnya.

(46)

27

9.

Penguat Arus, Transistor 2N3055.

10. Konektor,

spacer

, kabel penghubung dan komponen-komponen elektronika

lain yang dibutuhkan.

11. Penampil LCD 2x16.

12.

Keypad

4x4

13. Komponen catu daya +9Vdc, +12Vdc dan +28Vdc.

14. Saklar,

fuse

dan kabel power

15. Kipas 12Volt 1 buah.

16. Transformator 5Amper

17. Papan acrylic dan siku alumunium sebagai bahan membuat kotak.

18. Grinda, bor, tang, obeng dan pisau cutter sebagai alat bantu untuk membuat

kotak

3.3. Metode Kerja

Untuk menyelesaikan tugas akhir ini diperlukan langkah kerja yang jelas guna

mencapai hasil akhir yang diinginkan. Langkah kerja pengerjaan tugas akhir ini

(47)

28

Mulai

tidak

ya

tidak

ya

[image:47.596.98.544.95.658.2]

ya

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

studi Literatur

Penentuan Spesifikasi Sistem

Realisasi Perangkat Keras & Program Perancangan Sistem

Pengambilan Data Berhasil?

Selesai Pengujian Blok Sistem

Berhasil ? _Perbaikan Berhasil ?

Pengujian Sistem

Perbaikan Berhasil?

(48)

29

3.4. Studi Literatur

Pada studi literatur, dilakukan pengumpulan informasi dan literatur yang

menunjang penelitian, antara lain :

a.

Mempelajari sistem kendali PI

(Proportional-Integral)

yang akan diterapkan

pada sistem

b.

Mempelajari penggunaan mikrokontroler, dan modul-modul pendukung yang

terdapat pada mikrokontroler ATmega8535.

c.

Mempelajari prinsip penguatan daya.

d.

Mempelajari metode

scanning keypad

.

e.

Mempelajari penggunaan LCD 2x16.

3.5. Spesifikasi Rancangan

Sistem yang akan direalisasikan adalah sebuah Catu Daya DC 1V - 20V, yang

mampu mempertahankan nilai tegangan apabila terjadi

drop

ketika pembebanan.

Besarnya nilai tegangan yang akan dihasilkan rangkaian penguat daya akan diatur

oleh mikrokontroler yaitu dengan mengubah besarnya duty cycle yang masuk ke

rangkaian penguat daya. Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang

didefinisikan sebagai berikut :

D =

?? ? (?? ?? ?? ? ?)

=

?? ? ??? ?? ?

Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan

duty-cycle

dan dapat dirumusan

sebagai berikut,

(49)

30

Sehingga,

?

_{? ? ?}

=

?

? ? [image:49.596.124.474.107.305.2]

?

_{?? ?? ?}

x ?

?

Gambar 3.2. Gelombang kotak (pulsa)

3.6. Spesifikasi Alat

Spesifikasi peralatan yang digunakan untuk membangun Catu Daya DC ini

adalah:

a.

Keypad matrix

4x4, berfungsi sebagai masukan tegangan referensi

(set point)

yang akan dihasilkan

b.

Menggunakan

Liquid Crystal Display

(LCD) 16 x 2 sebagai penampil

set

point

.

c.

Device

pengendali menggunakan mikrokontroler ATmega8535, difungsikan

untuk membaca masukan dari keypad, menampilkan nilai tegangan pada

LCD dan mengatur besarnya nilai tegangan keluaran serta melakukan

mekanisme pengendalian tegangan apabila terjadi

drop

tegangan akibat

(50)

31

d.

Rangkaian penguat daya yang tersusun oleh IC LM324 dan transistor

2N3055, digunakan sebagai penguat sinyal yang dihasilkan oleh

mokrokontroler.

e.

Rangkaian sensor tegangan, digunakan untuk mengetahui nilai tegangan

keluaran.

3.7. Perancangan Pengendali

Perancangan kontrol PI ini bertujuan untuk menentukan paramater aksi kontrol

Proportional, Integratif pada Catu Daya DC. Proses ini dapat dilakukan dengan

cara

trial and error

. Pada kendali PI ini kita bertujuan mengolah suatu sinyal

kesalahan atau

error

, nilai

error

tersebut diolah dengan formula PI untuk

dijadikan suatu sinyal kendali atau sinyal kontrol yang akan diteruskan ke

rangkaian penguat daya. Berikut ini adalah blok diagram umpan balik untai

tertutup dengan kedali PI pada Catu Daya DC :

SP + error

+

output

+

PV-Gambar 3.3. Blok diagram kendali PI

Dari gambar 3.3. blok diagram kendali PI dapat dapat dijelaskan sebagai berikut :

SP =

Set point

, adalah suatu parameter nilai acuan atau nilai yang kita inginkan.

PV =

Present Value

, adalah nilai bobot pembacaan sensor saat itu atau variabel

I

Proses

[image:50.596.130.495.476.610.2]

(51)

32

terukur yang di umpan balikan oleh sensor (sinyal

feedback

dari sensor).

Error

= nilai kesalahan atau simpangan antar variabel terukur (PV) dengan nilai

[image:51.596.202.411.171.350.2]

acuan (SP)

Gambar 3.4. Respon sistem

Dari gambar diatas dapat di jelaskan bahwa kondisi ideal terjadi saat kondisi PV=

SP. Jika PV tidak sama dengan SP berarti Catu Daya DC tidak berada pada

kondisi ideal dan artinya ada sinyal kesalahan (

error

). Pada kondisi

error

inilah

kendali PI akan menentukan hasil sinyal kendalinya.

3.7.1. Proporsional kontrol

Kondisi ideal adalah pada saat tegangan

set point

sama dengan tegangan yang

terbaca oleh sensor, dengan kata lain PV = SP. Menyimpangnya tegangan

keluaran dari

set point

disebut sebagai

error

(e), yang didapat dari e = SP – PV.

Dengan mengetahui besar

error

, mikrokontroler dapat memberikan nilai PWM

yang sesuai agar dapat menuju ke posisi ideal (PV = SP). Besarnaya nilai PWM

(52)

33

Kp (Kp adalah konstanta proporsional yang nilainya diset sendiri dari hasil tuning

pada program).

Dalam pemrograman kendali PI ini, kodenya ditulis secara sederhana seperti

berikut:

Perhitungan Kontroler Proporsional

Sp =

pembacaan

keypad

‘setpoint

Error = Sp – Pv

‘nilai error

P = Kp * Error

‘proporsional kontrol

Aplikasi kontrol proporsional pada PWM ialah sebagai berikut:

Pwm = Pv + P

‘tegangan terukur kurang dari SP

Pwm = Pv – P

‘tegangan terukur lebih dari SP

3.7.2. Integratif kontrol

penambahan Integratif (I)

digunakan untuk

mengakumulasi

error

dan

mengetahui durasi

error

. Dengan menjumlahkan

error

disetiap pembacaan PV

akan memberikan akumulasi

offset

yang harus diperbaiki sebelumnya. Saat Catu

Daya mengeluarkan tegangan yang menjauh dari nilai SP, maka nilai

error

akan

bertambah. Semakin lama tidak mendapatkan SP, maka semakin besar nilai I.

Dengan mendapatkan nilai Ki yang tepat, imbas dari Integratif bisa

dikurangi. Nilai akumulasi

error

didapat dari

error + last_error

. Untuk

menambahkan kontrol I, maka program di modifikasi menjadi:

Perhitungan Kontroler Proporsional + Integratif

Sp = Pem bacaankey pad ‘setpoint Error = Sp – Pv ‘nilai error

(53)

34

I = I3 * Ts

Last_ error = Error ‘error lam pau

PI = P + I ‘proporsional-integratif

Aplikasi kon trol proporsion al dan in tegratif pada PWM ialah sebagai berikut: Pw m = Pv + PI ‘

tegangan terukur kurang dari SP

Pw m = Pv – PI ‘

tegangan terukur lebih dari SP

3.8. Detail Rancangan

[image:53.596.116.511.311.483.2]

Secara garis besar, sistem yang dibuat dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut :

Gambar 3.5. Blok Diagram Perancangan Catu Daya DC

3.8.1. Rangkaian Penguat Daya

Untuk komponen aksi, sistem kendali PI ini menggunakan rangkaian penguat

daya. Pada tahap pertama sinyal PWM yang masuk akan difilter menjadi sinyal

DC murni dan setelah itu sinyal dikuatkan menggunakan Op-amp dengan (5x)

lima kali penguatan. Pada rangkaian ini menggunakan Op-amp dengan tipe IC

LM324. Setelah melalui Op-amp, sinyal akan masuk ke transistor 2N3055 yang

Trafo

MIKROKONTROLER PI Keypad (Set-Point) Sensor Tegangan Tegangan Keluaran

LCD

_{Penguat Daya}Rangkaian

(54)

35

berfungsi sebagai penguat arus. Pada transistor 2N3055 terdapat tegangan jatuh

[image:54.596.115.512.141.349.2]

sebesar 0,7volt. Rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6. Rangkaian penguat daya

Pada gambar 3.6. rangkaian diatas menggunakan rangkaian penguat non-inverting

yang rumusnya sebagai berikut :

?

_{? ? ?}

= ?

? 3 + ? 2

? 2

? ?

??

Keterangan :

-

R2 = 40 Kohm

-

R3 = 160 Kohm

-

Vin =

input

dari mikrokontroler

(55)

36

3.8.2. Rangkaian Sensor Tegangan

Pada rangkaian sensor tegangan, digunakan dua buah resistor yang berfungsi

sebagai pembagi tegangan. Pada rangkaian sensor tegangan ini memiliki tegangan

[image:55.596.246.384.235.389.2]

output yang linear terhadap tegangan yang diukur. Gambar 3.7. berikut ini adalah

gambar rangkaian sensor tegangan :

Gambar 3.7. Rangkaian sensor tegangan

? ?? ? = ? ?? x

? ?

? ? ? ? ?

keterangan :

- Vout = nilai tegangan yang akan dibaca mikrokontroler

- Vin = nilai tegangan yang diukur

- R1 = 39 Kohm

(56)

37

3.8.3. Rangkaian Penampil (LCD)

Modul tampilan yang digunakan berupa LCD

(Liquid Crystal Display).

Informasi

yang ditampilkan berupa karakter huruf dan angka yang dapat menampilkan

karakter sebanyak 2 X 16 digit. Tampilan LCD digunakan sebagai penampil

informasi untuk

set point

tegangan dan informasi nilai tegangan aktual pada Catu

[image:56.596.212.410.289.448.2]

Daya DC

.

Rangkaian tampilan LCD dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. Rangkaian penampil (LCD)

3.8.4. Rangkaian

Power Supply

untuk system

Gambar 3.9 Rangkaian power supply

Pada gambar 3.9 adalah rangkaian power supply untuk mikrokontroler dan untuk

[image:56.596.154.477.541.670.2]

(57)

38

IC LM324 membutuhkan tegangan sebesar +28V maka dibuatlah rangkaiannya

[image:57.596.147.472.143.248.2]

sebagai berikut.

gambar 3.10. Rangkaian

power supply

IC LM 324

Pada gambar 3.10 adalah rangkaian

power supply

menggunakan regulator variabel

LM317 yang nantinya akan berfungsi sebagai sumber tegangan IC LM324.

Berdasarkan data sheet LM317 maka didapat rumusnya sebagai beriku :

? ?? ? = 1,25 ?1 +

? 2

? 1

?

Sehingga

(58)

39

[image:58.596.244.415.145.631.2]

3.9. Diagram Alir Kerja Alat

Gambar 3.11. Diagram alir cara kerja alat

Mulai

Menentukan tegangan melalui keypad

Keypad Sensor tegangan

Nilai tegangan luaran mikro = (nilai masukan keypad / 5) + PI

Tegangan luaran akhir

Selesai

Mikrokontroler membaca masukan keypad

Tegangan sesuai

Ya

Tidak Penguatan luaran mikro

sebesar 5X

(59)

40

3.10. Pengujian dan Pengambilan Data

Pengujian dilakukan untuk melihat kinerja alat sehingga diketahui apakah

rangkaian yang telah dibuat sesuai dengan hasil yang diharapkan. Hasil dari

pengujian digunakan sebagai data hasil penelitian yang akan digunakan untuk

analisa dan pembahasan sistem yang telah dibuat. Berikut adalah tahapan

pengujian :

1.

Pengujian rangkaian

a.

Rangkaian sensor tegangan

b.

Rangkaian penguat daya

c.

Pengujian duty cycle

2.

Pengujian variabel kendali

3.

Pengujian unjuk kerja sistem open loop

a.

Pemberian beban

4.

Pengujian unjuk kerja sistem close loop

a.

Pemberian beban

3.10.1. Pengujian Rangkaian

1. Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan

a. Tujuan

Untuk mengetahui karakteristik perubahan tegangan keluaran (Vout)

(60)

41

b. Hasil yang diinginkan

Besarnya tegangan pembacaan sensor sesuai dengan hasil perhitungan,

sehingga rangkaian dapat digunakan untuk membaca nilai tegangan

terukur.

c. Peralatan yang digunakan

- Sensor tegangan (rangkaian pembagi tegangan)

- Multimeter digital : 1 buah

- Project board dan kabel hubung secukupnya

- Catu daya variabel

d. Prosedur Pengujian

- Merangkai alat seperti pada blok diagram gambar 3.12.

- Menyalakan catu daya, kemudian memberikan tegangan ke sensor.

- Memberikan tegangan yang berbeda-beda pada setiap percobaan.

- Mengamati dan mencatat setiap perubahan tegangan keluaran sensor

yang terjadi pada multimeter digital.

[image:60.596.164.467.565.602.2]

- Membandingkan hasil keluaran sensor dengan nilai hasil perhitungan

(61)

42

2. Pengujian Rangkaian Penguat Daya

a. Tujuan

Untuk mengetahui karakteristik hasil keluaran dari rangkaian penguat

daya ketika diberi tegangan masukan.

b. Alat dan Bahan

- IC LM324

- Transistor 2N3055

- Dioda Bridge

- Kapasitor

- Resistor

- Trafo 5A 220V to 25V

- Kabel penghubung secukupnya

c. Prosedur pengujian

- Merangkai alat seperti pada gambar 3.9 pada halaman sebelumnya.

- Menghubungkan trafo ke sumber tegangan AC 220V

- Memberikan sinyal input dari 0V sampai 4V

- Mengamati dan mencatat setip perubahan, berdasarkan input

tegangan yang berbeda.

- Membandingkan hasil keluaran rangkaian penguat daya dengan nilai

(62)

43

3. Pengujian Duty Cycle Pada Mikrokontroler

a. Tujuan

Untuk mengetahui bahwa mikrokontroler dapat mengeluarkan tegangan

sesusai dengan besarnya duty cycle.

b. Peralatan yang Digunakan

- Rangkaian mikrokontroler ATmega8535

-

Keypad

4x4

- LCD 16x2

- Catu daya +9Vdc

- Osiloskop

- Multimeter

- Kabel penghubung

c. Prosedur Pengujian

- Merangkai alat seperti pada gambar 3.13.

- Memprogram mikrokontroler

- Menyalakan catu daya

- Memberikan nilai besarnya

duty cycle

yang diset melalui

keypad

,

dengan cara menekan angka pada

keypad

.

- Memberikan nilai yang berbeda-beda pada setiap percobaan.

- Mengamati dan mencatat setiap perubahan nilai keluaran yang

(63)

[image:63.596.114.504.84.289.2]

44

Gambar 3.13. Rangkaian Mikrokontoler dengan LCD dan

keypad

3.10.2. Pengujian Variabel Kendali

a. Tujuan

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai konstanta kendali PI yang

sesuai dengan karakteristik plan.

b. Peralatan yang Digunakan

- Keseluruhan rangkaian yang telah dibuat

-

Personal Computer

- Komunikasi serial RS232

c. Prosedur Pengujian

- Merangkai rangkaian pengujian seperti pada gambar 3.5.

- Menghidupkan sistem (

power supply

DC).

- Memberikan nilai PI yang berbeda pada program mikrokontroler.

(64)

45

- Menampilkan data perubahan tegangan pada

Personal Computer

dan

menunggu hingga proses mencapai keadaan tunak.

- Membuat grafik karakteristik perubahan tegangan terhadap setpoint

yang diberikan.

3.10.3. Pengujian Unjuk Kerja Sistem

Pengujian unjuk kerja sistem terbagi menjadi dua, yaitu

open loop

dan

close loop

. Yang membedakan antara

open loop

dan

close loop

disini

hanya pada bagian programnya saja, sedangkan pada bagian rangkaiannya

tidak ada perbedaan.

a. Tujuan

Mengetahui unjuk kerja sistem yang ditandai dengan keseusaian antara

nilai

set point

dengan tegangan keluaran sebelum diberikan beban dan

sesudah diberikan beban.

b. Hasil yang Diinginkan

Hasil yang diharapkan pada pengujian ini adalah Catu Daya DC ini

dapat memberikan nilai tegangan yang sesuai dengan s

et-point

dan pada

close loop

Catu Daya DC ini dapat mempertahankan nilai tegangan s

(65)

46

c. Peralatan yang digunakan

- Osiloskop

- Multimeter digital

- Trafo 5A dengan tegangan output 25Vac

- Keseluruhan rangkaian yang telah dibuat

- Lampu 12Volt dan kipas angin 12Volt serta dua buah lampu 12Volt

yang disusun seri

d. Prosedur pengujian

- Menghidupkan alat (Catu Daya DC) dengan menekan tombol

power

.

- Memberikan nilai

set point

dengan cara menekan tombol pada

keypad

.

- Mengamati dan mencatat nilai tegangan keluarannya.

- Pengambilan data dilakukan setiap perubahan nilai

set point

dan

pengambilan data dilakukan setiap diberikan beban output.

- Beban yang digunakan adalah lampu DC 12Volt dan kipas DC

(66)

[image:66.596.128.503.97.523.2]

47

(67)

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat power supply DC menggunakan mikrokontroler ATmega 8535 dengan set-point dari keypad.

2. Telah berhasil diaplikasikan sistem kendali P-I pada power supply DC ,yang dapat mempertahankan tegangan sesuai dengan set-point yang di tentukan.

3. Dengan adanya kendali P-I, dapat mempertahankan nilai tegangan set-point.

4. Error selisih pembacaan tegangan pada sistem open loop dengan beban lampu sebesar 0,25V; beban kipas 0,13V dan beban dua lampu 0,34V 5. Error selisih pembacaan tegangan pada sistem close loop dengan beban

lampu sebesar 0,06V; beban kipas 0,07V dan beban dua lampu 0,02V