Rancang Bangun Arduino Energi Meter Untuk Mengukur Karakteristik Panel Surya

(1)

LAMPIRAN 1

Kode Program Lengkap

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h>

#include "EmonLib.h"

// Data wire is plugged into pin 2 on the Arduino

#define ONE_WIRE_BUS 12

const int analogVoltPin = A2;

const int analogCurrentPin = A1;

float amp=0;

float volt=0, voltage;

EnergyMonitor emon1;

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

// Pass our oneWire reference to Dallas Temperature.

DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {

// initialize serial communication at 9600 bits per second

Serial.begin(9600);

Serial.println("CLEARDATA"); //clears up any data left from previous projects

Serial.println("LABEL,Time,Detik ke-,Data"); //always write LABEL, so excel

knows

the next things will be the names of the columns (instead of Acolumn you could write

Time for instance)

Serial.println("RESETTIMER"); //resets timer to 0

emon1.current(analogCurrentPin, 111.1);

sensors.begin();

delay(1000);

(2)

void loop() {

//tegangan

voltage = analogRead(analogVoltPin);

volt =(voltage*25/1023);

amp = ((analogRead(analogCurrentPin)*0.0048876)-2.5)/0.066 ;

Serial.print("DATA,TIME,TIMER,");//writes the time in the first column A and the

time since the measurements started in column B

sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperatures

Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0));

Serial.print(" C; ");

Serial.print(volt);

Serial.print(" Volt; ");

Serial.print(amp);

Serial.print(" Ampere");

Serial.println("");

delay(1000); // need for a minute to read the next data

(3)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wahyono, H.D., Budiman. B. Sistem Manajemen Komunikasi Data Jarak jauh Berbasis Teknologi SMS dan Radio Telemetry Untuk Pemantauan Kualitas

Air, JAI Vol.4, No.1 2008.

[2] Matagne, Ernest. Djamila Rekioua. 2012. Optimization of Photovoltaic Power

Systems. London. Hal 3.

[3] Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installer, Architecs

dan Egineers.2nd. London: Earthscan, 2005. Hal 24-26.

[4] Atmel 8-Bit Microcontroller With 4/8/16/32 Kbytes In System Programmable

Flash: Datasheet.

[5] Arduino [Online]. Tersedia:

Juli 2015]

[6] Sirait, Iqnatius Yolanda.2016. ”Perancangan Alat Pengusir Hama Lalat Buah

Menggunakan Gelombang Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler Arduino”,

Tugas Akhir, Universitas Sumatera Utara, Medan. Hal 17

[7] Kadir, Abdul.2012. Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler

dan Pemogramannya menggunakan Arduino. Yogyakarta. Hal 60

[8] Allegro MicroSystem, LLC. ACS712: Datasheet.

[9] Away, Yuwaldi. 2015. Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino

Secara Real Time. Vol 11, No 4. Hal 123-128.

[10] Maxim Integrated Product, Inc. DS18B20: Datasheet.

[11] A Child’s Guide to Direct Datalogging With Excel. Tersedia.

[19/3/2016].

[12] Morris, Alan S., “Measurement and Instrumentation Principles”, 2001,

Butterworth Heinemann, ISBN 0-7506-5081-8

[13] OEM & ODM manufacturer of test & measurement instrument in China.

(4)

[14] LUTRON ELECTRONIC. Humidity/Barometer/Temperaturemeter Model

(5)

BAB III

METODOLOGI DAN PERANCANGAN

3.1 Gambaran Umun Alat

Pada bab ini akan diuraukan mengenai perancangan sistem perangkat keras

dan perangkat lunak. Adapun diagram blok sistem ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram blok sistem

Perangkat yang digunakan pada perancangan ini adalah mikrokontroler Arduino Uno

sebagai pengendali, sensor arus sebagai pengukur arus, sensor tegangan sebagai

pengukur tegangan, sensor suhu sebagai pengukur suhu dan PC sebagai pengumpul

data sekaligus penampil data. Mikrokontroler Arduino Uno akan diprogram

menggunakan Arduino Integrated Development Environment (IDE) pada komputer

agar dapat menghasilkan parameter yang diinginkan.

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras terdiri dari sensor arus, sensor tegangan dan

sensor suhu yang dihubungkan ke Arduino melalui pin-pin tertentu.

3.2.1 Sensor Arus

Sensor arus digunakan untuk mengukur arus keluaran yang dibangkitkan oleh

panel surya. Sensor arus dihubungkan ke Arduino melalui pin A1, Vcc dan GND.

Rangkaian skematik pengukur arus tampak seperti pada Gambar 3.2. Sensor Arus

Sensor Suhu Sensor Tegangan

(6)

Gambar 3.2 Rangkaian skematik pengukur arus

3.2.2 Sensor Tegangan

Sensor tegangan digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh

panel surya. Sensor tegangan dihubungkan ke Arduino melalui pin A2, Vcc dan

GND. Rangkaian skematik pengukur tegangan tampak seperti Gambar 3.3.

(7)

3.2.3 Sensor Suhu

Sensor suhu digunakan untuk mengukur suhu lingkungan disekitar panel

surya. Sensor suhu terhubung ke Arduino melalui pin 12, Vcc dan GND. Rangkaian

skematik pengukur suhu tamak seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian skematik penguku suhu

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak dibuat dengan menggunakan bahasa pemograman Arduino.

Pada sistem kerja dari prototipe yang dirancang terdapat pembacaan keluaran

masing-masing sensor yang dilakukan Arduino. Setelah pembacaan selesai, Arduino akan

mengirimkan data dalam bentuk Isc, Voc dan OC dan akan ditampikan di PC.

Diagram alir dari perangkat lunak yang dirancang untuk alat ini tampak seperti

(8)

stop

Ya

Gambar 3.5 Diagram alir perangkat lunak Start

Inisialisasi

Kirim Data Terjemahkan Data dalam

Volt, Ampere dan OC

Ambil 3 Data Parameter

Stop?

(9)

3.3.1 Inisialisai Program

Library yang digunakan, dimasukkan pada inisialisasi program. Library yang

digunakan pada perancangan perangkat lunak adalah Emonlib.h,

DallasTemperature.h dan OneWire.h. Variabel-variabel yang digunakan

dideklarasikan pada inisialisasi program. Kode program inisialisasi dapat dilihat pada

Lampiran 1.

3.3.2 Fungsi Setup

Pada fungsi setup, berisi kode-kode untuk kepentingan inisialisasi variabel pin

maupun library yang merupakan fungsi yang dijalankan pertama sekali ketika

Arduino dihidupkan. Pada sketch di depan, Serial.begin(9600) berguna untuk

menentukan kecepatan pengiriman dan penerimaan sebesar 9600 bit per detik (bps).

Serial.println berguna untuk mengirimkan data disertai efek perpindahan baris di

dalam tampilan. Emon1.current(analogCurrentPin,111.1), pin A1 sebagai port

masukan sensor arus dan 111.1 sebagai kalibrasi. Berikut ini adalah kode lengkap

fungsi setup:

3.3.3 Fungsi Loop

Fungi loop merupakan fungsi yang dijalankan setelah fungsi setup dan

(10)

di ulang terus menerus oleh Arduino setelah fungsi setup dijalankan. Berikut ini

(11)

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian Alat

Pengujian yang dilakukan pada rancangan alat bertujuan untuk mengetahui

kinerja dan proses kerja dari rangkaian-rangkaian yang diuji serta sistem secara

keseluruhan apakah telah bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau tidak.

Pengujian pada rancangan alat ini akan dilakukan per bagian sehingga diketahui

apakah masing-masing perangkat keras dan perangkat lunak sudah bekerja dengan

baik.

4.2 Pengujian Sensor Arus

Pengujian sensor arus dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran

yang diperoleh sensor arus dan hasil yang diperoleh oleh Multimeteter. Sensor arus

dibuat seri terhadap Amperemeter. Rangkaian pengujian sensor arus ditunjukkan

seperti Gambar 4.1, pengujian arus terhadap panel surya ditunjukkan pada Gambar

4.2 dan Pembacaan data oleh alat ukur diperlihatkan pada Gambar 4.3.

Panel Surya

ACS7 12

Amperemeter

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor arus

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer

melalui kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. Kabel konduktor

digunkan sebagai penghubung antara terminal output sensor arus dan terminal output

panel surya, kedua kutub amperemeter dihubungkan secara seri antara terhadap

terminal output sensor arus, dimana kutub positif amperemeter terhadap terminal

(12)

Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel diaktikan sebagai media

penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung dikirim setelah mengklik

kata connect pada program.

Gambar 4.2 Pengujian sensor arus terhadap panel surya

Gambar 4.3 Perbandingan hasil pengukuran sensor arus dengan amperemeter

Perbandingan hasil pengukuran yang diperoleh dalam pengujian dapat dilihat pada

Tabel 4.1 dan grafik perbandingan hasil pengukuran amperemeter dengan Arduino

Energy Meter diperlihatkan pada Gambar 4.4. Pengujian alat ukur dilakukan pada

gedung Departemen Teknik Elektro, lantai 4 pada tanggal 18 Mei 2016 pukul 13:58

WIB dimana alat diuji terhadap panel surya Polycrystalline dengan waktu tunda 10

(13)

Tabel 4.1 Hasil pengujian antara Arduino meter dengan amperemeter

Rata-rata ralat pengukuran 0.06 1.31

Galat pengukuran(%)=(pengukuran amperemeter – pengukuran arduino meter)/pengukuran amperemeter

Galat pengukuran ke 1(%)= (4.25-2.28)/4.25

=1.64

Untuk ralat pengukuran berikutnya dapat dihitung menggunakan rumus yang sama.

Rata-rata ralat= (jumlah ralat data/ banyak data)

Rata-rata ralat=(0.07+0.01+0.06+0.03+0.05+0.06+0.11+0.05+0.01+0.09)/ 10

(14)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil pengukuran Amperemeter dengan

Arduino Energi Meter

Dari hasil pengujian ralat maksimum diperoleh sebesar 0.11 dengan rata-rata Galat

sebesar 1.31%.

4.3 Pengujian Sensor Tegangan

Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran

multitester dengan hasil pengukuran alat yang dibuat. Untuk rangkaian pengukuran

tegangan dibuat parallel terhadap panel surya seperti terlihat pada Gambar 4.5 dan

pengujian sensor tegangan terhadap panel surya ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Pengujian alat ukur dilakukan pada gedung Departemen Teknik Elektro, lantai 4 pada

tanggal 18 Mei 2016 pukul 12:22 WIB dimana alat diuji terhadap panel surya

(15)

Panel Surya V

Voltmeter

Gambar 4.5 Rangkaian pengujian sensor tegangan

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer melalui

kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. Kabel konduktor

digunkan sebagai penghubung antara terminal output sensor tegangan dan terminal

output panel surya, kedua kutub volteremeter dihubungkan secara paralel terhadap

terminal output sensor arus, dimana kutub positif volteremeter terhadap terminal

positif sensor tegangan dan kutub negatif terhadap terminal negatif sensor tegangan.

Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel diaktikan sebagai media

penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung dikirim setelah mengklik

kata connect pada program

Gambar 4.6 Pengujian sensor tegangan terhadap panel surya

Gambar 4.7 menunjukkan perbandingan hasil pengukuran Arduino Energi Meter

(16)

dengan Voltmeter diperlihatkan pada Gambar 4.8 data yang diperoleh melalui

pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Gambar 4.7 Perbandingan pengukuran voltmeter dengan Arduino meter

Tabel. 4.2 Hasil pengujian menggunakan Arduino meter dengan sensor tegangan

Pengukuran

(17)

Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter dengan

Voltmeter

Dari data diatas bahwa alat memiliki ralat paling tinggi sebesar 0.13 dengan % Galat

rata-rata 0.46%.

4.4 Pengujian Sensor Suhu

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer melalui

kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. PHB 318 diletakkan

disaming sensor suhu. Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel

diaktikan sebagai media penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung

dikirim setelah mengklik kata connect pada program Hasil pengukuran dengan

menggunakan DS18B20 dapat dilihat pada Tabel 4.3. Pengujian sensor suhu terhadap

panel surya ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan grafik perbandingan hasil pengukuran

Arduino energi meter dengan PHB-318.

(18)

Tabel 4.3 hasil pengujian Arduino meter dengan PHB-318

Pengukuran

ke-

Waktu Uji

(WIB)

PHB-318 Arduino Energi

Meter (OC)

Rata-rata ralat pengukuran 0.55 1.25

Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter dengan

PHB-318

Dari hasil pengujian ralat maksimum diperoleh sebesar 0.55 dengan rata-rata galat

(19)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Setelah dilakukan penelitian ini baik dalam perancangan alat maupun

pembuatan software, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Dari hasil pengujian alat ukur yang dirancang mempunyai tingkat

galat masing-masing, 0.46% untuk sensor tegangan, 1.31% untuk

sensor arus dan 1.25% untuk sensor suhu. Alat layak dipergunakan

karena masih dibawah batas toleransi ± 5%.

5.2Saran

Adapun saran untuk pengembangan Tugas Akhir ini adalah :

1. Mengunakan tambahan sensor cahaya dalam alat untuk mengetahui

hubungan intensitas cahaya terhadap keluaran panel surya

2. Menggunakan tambahan sensor yang dapat mengukur suhu dari suatu

(20)

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Photovoltaic

Photovoltaic adalah alat yang secara langsung mengubah energi cahaya

menjadi energi listrik dan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik. Irradiance

adalah perubahan jumlah radiasi matahari dipermukaan panel surya(kW/m2).

Kerapatan radiasi dari matahari dibagian terluar atmosfir adalah 1.373 kW/m2,

tetapi kerapatan puncak dari matahari yang sampai ke permukaan bumi adalah 1

kW/m2. Pengukuran dari perubahan radiasi matahari mengggunakan pyranometer

untuk radiasi secara umum atau sebuah pyrheliometer untuk radiasi langsung[2].

Elemen dasar dari sebuah panel surya adalah sel surya yang mengubah

secara langsung energi matahari menjadi energi listrik. Ciri khas sel surya terdiri

dari sebuah PN junction yang dibentuk dari semikonduktor yang mirip dengan

sebuah dioda. Bahan semikonduktoe yang paling banyak digunakan dalam sel

surya adalah silikon[2]. Ada beberapa jenis-jenis sel surya seperti:

1. Mono-crystalline silicon cells

Proses Czochralski telah menjadi ketetapan dalam pembuatan bahan

single-crystal silicon untuk aplikasi terestrial. Dalam prosesnya bahan

dasar polycrystalline dilelehkan dalam sebuah wadah kuarsa dengan suhu

sekitar 1420oC. Sebuah kristal dimasukkan dalam leburan silikon dan

perlahan ditarik dari lelehan silikon tersebut. Selama proses ini, kristal

akan berubah menjadi monocrystal berbentuk silinder dengan diameter

mencapai 30 cm dan panjangnya beberapa meter. Kristal silinder tunggal

ini akan dipotong menjadi lempengan tipis dengan tebal sekitar 0.3 mm.

Lempengan berbentuk wafer ini akan dibersihkan dengan cara

pembasahan secara kimia dan pembilasan untuk menghilangkan sisa

(21)

tipe dan mendoping fosfor untuk membuat tipe n dengan suhu antara

800oC dan 900oC[3].

2. Polycrystalline silicon cells

Silikon dileburkan kedalam wadah kuarsa dan dituangkan ke sebuah

wadah berbentuk kubus. Melalui pemanasan dan pendinginan yang

dikontrol, dan pendinginan secara merata dalam satu arah. Dengan tujuan

untuk membentuk ukuran yang lebih kecil. Lempengan digergaji

mengunakan gergaji. Penggerjajian menyebabkan hilangnya beberapa

silikon dalam bentuk serbuk gergaji. Setelah pembersihan dan

pendopingan posfor, lapisan anti reflektif dipasang[3].

2.1 Mikrokontroler

ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai

arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses

eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set

Computer).

Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu

memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data. Instruksi –

instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada

saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori

program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat

dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan

untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat

dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai

3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk

mengambil data pada ruang memori data[4].

Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan

R26 dan R27), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan

(22)

alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.

Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan

dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan

untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi,

ADC, USART, SPI, EEPROM dan fungsi I/O lainnya. Gambar 2.1 merupakan

bentuk fisik ATmega328[4].

Gambar 2.1 Bentuk fisik ATmega328

2.2 Arduino Uno

Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328.

Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai

output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power,

kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller;

dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB. Arduino Uno

dapat dilihat seperti pada Gambar 2.2 [5].

(23)

2.2.1 Daya

Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply.

Powernya dipilih secara otomatis. Power supply dapat menggunakan adaptor DC

atau baterai. Adaptor dapat dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada

koneksi port input supply. Board arduino dapat dioperasikan menggunakan supply

dari luar sebesar 6 - 20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan

menyuplai kurang dari 5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika

menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas

dan menyebabkan kerusakan pada board. Rekomendasi tegangan adalah 7 volt

sampai 12 volt. Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut [5] :

- Vin

Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari luar

(seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan yang

diregulasikan). Pengguna dapat memberikan tegangan melalui pin ini, atau

jika tegangan suplai menggunakan power jack, aksesnya menggunakan pin

ini.

- 5V

Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan

komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator

pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi 5V lainnya.

- 3V3

Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus maximumnya

adalah 50mA.

- Pin Ground

Berfungsi sebagai jalur ground pada Arduino.

2.2.2 Memori

ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2

KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk

(24)

2.2.3 Input dan Output

Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau

output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead().

Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat menghasilkan atau

menerima maximum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected

oleh default) 20-50 KOhms. Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut [5] :

- Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim

(TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari

USB FTDI ke TTL chip serial.

- Interupt eksternal: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger

sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai.

- PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi

analogWrite().

- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport

komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak

termasuk pada bahasa arduino.

- LED: 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin

bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.

2.2.4 Piranti Komunikasi Arduino

Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan

komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan

UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1

(TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui

USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer.

Firmware 16U2 menggunakan USB driver standar COM dan tidak ada driver

eksternal yang dibutuhkan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang

memungkinkan data tekstual sederhana yang akan dikirim ke dan dari papan

(25)

melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk

komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah perpustakaan SoftwareSerial

memungkinkan untuk komunikasi serial pada setiap pin digital Uno itu.

ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Perangkat

lunak Arduino termasuk perpustakaan Kawat untuk menyederhanakan

penggunaan dari bus I2C.

2.2.5 Pemrograman Arduino

Arduino board merupakan perangkat yang berbasiskan mikrokontroler.

Perangkat lunak (software) merupakan komponen yang membuat sebuah

mikrokontroller dapat bekerja. Arduino board akan bekerja sesuai dengan perintah

yang ada dalam perangkat lunak yang ditanamkan padanya.

Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum

digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.

Bahasa pemrograman arduino menggunakan bahasa pemrograman C sebagai

dasarnya. Karena menggunakan bahasa pemrograman C sebagai dasarnya, bahasa

pemrograman arduino memiliki banyak sekali kemiripan, walaupun beberapa hal

telah berubah. Arduino Uno dapat diprogram menggunakan software Arduino IDE

yang bersifat opensource [6].

2.2.5.1Struktur

Semua program Arduino harus memiliki dua fungsi utama untuk bekerja

dengan baik, yaitu setup() dan loop(). Fungsi setup() dipanggil ketika sketsa dimulai.

Struktur ini berguna untuk menginisialisasi variabel, mode pin, memulai

menggunakan library, dan lain-lainya. Fungsi setup() hanya akan berjalan sekali,

yaitu setiap pertama kali board dihidupkan atau saat restart board Arduino. Fungsi

loop() berguna untuk melaksanakan/mengeksekusi perintah program yang telah

dibuat. Fungsi ini akan secara aktif mengontrol board Arduino baik membaca input

(26)

2.2.5.2Variabel

Variabel adalah nama yang dibuat dan disimpan di dalam memori

mikrokontroller. Variabel ini mempunyai nilai dan nilainya dapat diubah

sewaktu-waktu pada saat program dijalankan. Variabel memiliki nilai dan tipe data tertentu[7].

- int (integer)

Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak

mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32,768 dan 32,767.

- long (long)

Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi.

Memakai 4 byte (32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai entang

dari -2,147,483,648 dan 2,147,483,647.

- boolean (boolean)

Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE (benar)

atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit dari

RAM.

- float (float)

- Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte

(32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38 dan

3.4028235E+38.

- char (character)

Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ = 65).

Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.

2.2.5.3 Operator Matematika

Operator yang digunakan untuk memanipulasi angka (bekerja seperti

matematika yang sederhana)[7].

-

=

Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain (misalnya: x = 10 * 2,

(27)

- %

Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka yang

lain (misalnya: 12 % 10, ini akan menghasilkan angka 2).

- +

Digunakan untuk membandingkan nilai logika.

- ==

adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE (benar))

- >

Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau 12 > 12

(28)

2.3 Sensor Arus

Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt yaitu resistor

yang dihubungkan secara seri pada beban dan mengubah aliran arus menjadi

tegangan. Tegangan tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih

dahulu sebelum masuk ke rangkaian pengkondisi signal [8].

Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi

resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang

relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang

menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS712. bagian ini akan

dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7,

modul tersebut membantu penggunaan untuk mempermudah instalasi arus ini ke

dalam system. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai

sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif,

komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya

digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power

supplies dan proteksi beban berlebih [8].

Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena

didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang

terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui

kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di

tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional [8].

Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan

komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet

dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang

rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat

untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik. Bentuk fisik sensor arus ACS712

diperlihatkan seperti Gambar 2.3. Adapun fungsi dari pin-pin dari sensor arus

(29)

Gambar 2.3. Bentuk fisik sensor arus

Tabel 2.1 Fungsi pin Sensor Arus ACS712

Pin Sensor Fungsi

IP + Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring didalamnya

IP - Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring didalamnya

GND Terminal sinyal ground

Filter Terminal untuk kapasitor ekternal yang berfungsi sebagai

pembatas bandwith

Viout Terminal untuk keluaran sinyal analog

Vcc Terminal masukan catu daya

Pembacaan sensor arus, dirumuskan seperti pada Persamaan 2.1.

I = ((analogRead(analogCurrentPin)*0.0048876)-2.5)/0.066 (2.1)

2.4 Sensor Tegangan

Sensor tegangan yang digunakan merupakan sebuah modul sensor tegangan

yang menggunakan prinsip pembagi tegangan. Modul ini dapat mengurangi tegangan

input hingga 5 kali dari tegangan asli. Tegangan analog input maksimum

mikrokontroler yaitu 5 volt sehingga modul tegangan dapat diberi masukkan tidak

melebihi 5 X 5 Volt atau sebesar 25 Volt.Pin analog Arduino dapat menerima nilai

hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi data analog menjadi 1024 keadaan

(2^10= 1024). Artinya nilai 0 merepresentasikan tegangan 0 volt dan nilai 1023

(30)

data digital. Proses konversi dari nilai analog menjadi digital ini disebut proses ADC

(Analog to Digital Conversion). Gambar 2.4 menunjukkan bentuk fisik sensor

tegangan[9].

Gambar 2.4 Bentuk fisik sensor tegangan

Pembacaan tegangan keluaran panel surya dituliskan seperti Persamaan 2.2.

V =( analogRead(analogVoltPin)*25/1023) (2.2)

2.5 Sensor Suhu

Banyak sensor suhu yang dipakai dalam implementasi sistem instrumentasi,

salah satu contohnya adalah DS18B20. Sensor suhu DS18S20 ini telah memiliki

keluaran digital meskipun bentuknya kecil (TO-92), cara untuk mengaksesnya

adalah dengan metode serial 1 wire. Sensor ini sangat menghemat pin port

mikrokontroler, karena 1 pin port mikrokontroler dapat digunakan untuk

berkomunikasi dengan beberapa divais lainnya. Sensor ini juga memiliki tingkat

akurasi cukup tinggi yaitu 0,5°C pada rentang suhu -10°C hingga +85°C, sehingga

banyak dipakai untuk aplikasi sistem pemonitoringan suhu Aplikasi- aplikasi yang

berhubungan dengan sensor seringkali membutuhkan ADC dan beberapa pin port

mikrokontroler namun pada DS18B20 ini tidak dibutuhkan ADC agar dapat

berkomunikasi dengan mikrokontroler[10]. Bentuk fisik DS18B20 ditunjukan oleh

(31)

Gambar 2.5 Bentuk fisik DS18B20

Tabel 2.2 Deskripsi pin DS18B20

Nama Fungsi

VDD VDD (cadangan)

DQ Pin untuk input/output data. Juga untuk pembagi daya pada

saat digunakan dalam parasite power mode

GND Ground

Pada saat beroperasi maka akan terjadi proses pengkonversian temperatur dan

konversi ADC pada perintah 44h. Dimana data temperatur yang terukur akan

disimpan di memori scratchpad. Dengan mode power dari luar maka setelah perintah

pengkonversian temperatur DS18B20 akan merespon dengan mengirim bit 0 saat

pengkonversian masih dalam proses dan mengirim bit 1 saat pengkonversian telah

selesai lalu data temperatur akan disimpan dalam register temperatur 16 bit seperti

yang ditunjukkan oleh Gambar 2.6. Pada MS BYTE S menunjukkan tanda bila S

diisi oleh bit 0 maka berarti temperatur yang terukur adalah temperatur positif. Jika

bit 1 maka temperatur yang terukur adalah temperatur negative[10].

(32)

Pencatuan pada DS18B20 terdapat 2 jenis mode yaitu pencatuan dari luar

dan mode pencatuan secara parasit (parasite power). Pada mode pencatuan dari luar

maka supplai harus dihubungkan pada pin Vdd sedangkan jika menggunakan mode

parasit power DS18B20 tidak memerlukan supplai dari luar. Pada mode parasit

power hanya “mencuri” daya dari jalur 1 wire melalui pin DQ saat jalur dalam

keadaan high. Sebagian power akan disimpan di Cpp untuk memberikan power saat

jalur dalam keadaan low. Saat menggunakan mode parasit power maka Vdd harus

disambungkan dengan pin ground. Dalam mode parasit power, jalur 1 wire dan

Cpp akan memberikan arus yang cukup untuk waktu operasi yang lama [10].

Dengan menggunakan mode parasit power saat DS18B20 dalam proses

pengkonversian temperatur atau menyalin data dari memori scratchpad ke

EEPROM, arus yang beroperasi mencapai 1,5mA. Untuk memastikan bahwa

DS18B20 mendapatkan arus yang cukup, maka diperlukan pullup yang kuat pada

jalur 1 wirenya. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan MOSFET untuk

menarik jalur secara langsung seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.7 [10].

Gambar 2.7 Pencatuan dengan mode Parasit power

DS18B20 dapat juga diberikan power dengan metode konvensional dengan

menghubungkan power supply luar dengan pin Vdd seperti yang ditunjukan oleh

Gambar 2.8. Dengan menggunakan mode parasite power tidak direkomendasikan

untuk pengukuran temperatur di atas 1000C karena DS18B20 tidak mampu

menahan komunikasi yang disebabkan kebocoran arus yang tinggi. Untuk aplikasi

pada temperatur tinggi tersebut sangat disarankan untuk menggunakan power supply

(33)

Gambar 2.8 Pencatuan dengan mode konvensional

Dalam situasi yang sama jalur master mungkin tidak mengetahui apakah

DS18B20 menggunakan mode parasite power atau mode power supply dari luar.

Master membutuhkan informasi ini untuk menentukan apakah pullup jalur yang

kuat dibutuhkan atau tidak selama proses pengkonversian temperatur. Untuk

mendapatkan informasi ini, master memberi perintah untuk melakukan skip

ROM(CCh) diikuti dengan perintah Read Power Supply(B4h) lalu diikuti dengan

“Read time slot”. Selama pembacaan time slot, dengan menggunakan mode parasite

power DS18B20 akan menarik jalur yang low dan dengan menggunakan mode power

dari luar DS18B20 akan melepaskan jalur yang high. Jika jalur yang ditarik low,

maka master akan mengetahui bahwa harus diberi pullup yang kuat pada jalur 1

wire selama proses pengkonversian temperature [10].

2.6 PLX-DAQ

PLX-DAQ adalah program yang digunakan dalam pemantauan karakteristik

(34)

Gambar 2.9 Program PLX-DAQ

Program PLX-DAQ digunakan untuk menampilkan data dari Arduino ke

excel secara langsung. PLX-DAQ dapat menampilkan grafik, membaca pengukuran

tiga sensor dalam waktu yang sama serta menampilkan waktu pengukuran dari sensor

ketiga sensor.

2.7 Kalibrasi

Kalibrasi dilakukan dengan membandingkat alat ukur yang dibuat dengan alat

ukur yang sudah diketahui akurasinya dengan masukan yang sama. Kalibrasi

diperlukan ketika pembuatan perangkat baru, perangkat mengalami tumbukan dan

ketika hasil pengukuran dipertanyakan[12].

Kalibrasi umumnya merupakan proses penyesuaian keluaran dari perangkat

baru dengan perangkat standar. Hal-hal yang mempengaruhi kalibrasi antara lain:

- Prosedur

Kalibrasi harus dilakukan dengan prosedur yang ada

- Peralatan Kalibrasi (Kalibrator)

Kalibrartor harus mempunya standar Nasional atau Internasional

(35)

Periode kalibrasi tergantung pada beberapa faktor antara lain frekuensi

pemakaian, pemeliharaan, penyimpanan.a

- Lingkungan

Lingkungan sangat berpegaruh pada proses penglibrasian. Misalnya kondisi

suhu, getaran mekanik medan listrik, medan magnet, medan elektromagnetik,

tingkat penerangan dan sebagainya.

2.7.1 Kalibrasi Sensor Arus

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor arus

adalah multimeter digital yang difungsikan sebagai Amperemeter dalam pengujian.

Multimeter Digital yang digunakan dalam kalibrasi sensor arus adalah DT830 Series.

Gambar 2.10 menunjukkan bentuk nyata DT830 Series dan Tabel 2.3 menunjukkan

Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah [13].

Gambar 2.10 Bentuk nyata DT830 Series

Tabel 2.3 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah

Range Resolution Accuracy

200 µA 100 nA

± 1.0% ± 5D

2000 µA 1 µA

20 mA 10 µA

200 mA 100 µA ±1.2% ± 5D

(36)

2.7.2 Kalibrasi Sensor Tegangan

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor tegangan

adalah multimeter digital yang difungsikan sebagai Voltmeter dalam pengujian.

Multimeter Digital yang digunakan dalam kalibrasi sensor arus adalah DT830 Series.

Gambar 2.11 menunjukkan bentuk nyata DT830 Series dan Tabel 2.4 menunjukkan

Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah.

Gambar 2.11 Bentuk nyata DT830 Series

Tabel 2.4 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah

Range Resolution Accuracy

200 mV 100 µV

± 0.5% ± 5D

2000 mV 1 mV

20 V 10 mV

200 V 100 mV

1000 V 1 V ± 1.0 % ± 5D

2.7.3 Kalibrasi Sensor Suhu

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor suhu

adalah PHB-318. PHB-318 mempunyai tiga fungsi yaitu barometer, humidity dan

(37)

Gambar 2.12 Bentuk fisik PHB-318

Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu tampak seperti pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu

Batas Pengukuran 0 OC - 50 OC/ 32 OF - 122 OF

Resolusi 0.1 OC/ 0.1 OF

Ketelitian ± 0.8 OC/1.5 OF

2.8 Pengukuran

Sebuah sistem pengukuran yang ada untuk memberikan informasi tentang

nilai dari beberapa variabel yang diukur. Ada beberapa istilah yang harus dipahami

dalam pengukuran listrik diantaranya:

- Akurasi, kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai yang sebenarnya

- Presisi, hasil pengukuran yang dihasilkan dari proses pengukuran atau derajat

untuk membedakan satu pengukuran dengan pengukuran lainnya.

- Toleransi, merupakan istilah yang sering berhubungan dengan akurasi dan

kesalahan maksimum dan komponen alat elektronik mempunyai toleransi ±

(38)

- Rentang, merupakan nilai maksimum dan minimum yang dirancang dalam

alat ukur.

- Resolusi, nilai terkecil yang mampu ditanggapi oleh alat ukur.

Keluaran hasil pengukuran dapat berupa data analog atau digital. Alat ukur

analog memiliki komponen putar yang akan bereaksi ketika mendapatkan sinyal

(39)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Semakin berkembang pesatnya teknologi pada saat ini banyak dijumpai pusat

dan pengolahan data secara real time/online. Sistem real time/online dapat digunakan

untuk pemantauan terhadap suatu obyek, baik obyek diam maupun obyek bergerak,

dimana terjadi proses pengiriman data dari obyek di lokasi pemantauan ke pusat

pengiriman data [1]. Sistem pengukuran yang umum ini dilakukan menggunakan

multimeter dalam mengetahui kinerja dan karakteristik panel surya. Tetapi sistem

pengukuran ini tidak dapat diterapkan diberbagai kondisi seperti panas terik, hujan

dan gangguan lainnya.

Jadi dalam penulisan Tugas Akhir ini, dilakukan perancangan alat ukur berbasis

Arduino yang dapat mengukur karakteristik panel surya secara real time. Dimana alat

ukur ini dapat mengukur dan mengirimkan keluaran panel surya yang dibutuhkan

dalam bentuk arus hubung singkat, tegangan hubung buka dan suhu lingkungan.

Dimana sistem pemantauan menggunakan program PLX_DAQ yang dijalankan oleh

PC serta telah terintegrasi ke spreadsheet excel yang mampu menampilkan serta data

secara langsung. Dalam penulisan tugas akhir ini, diharapkan untuk memudahkan

pengguna teknologi panel surya dalam memantau kinerja operasi panel surya.

1.2Perumusan Masalah

Adapun yang menjadi rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Merancang alat ukur berbasis Arduino untuk mengukur karakteristik panel

surya dengan perangkat sensor.

2. Melakukan pemograman perangkat sensor dalam Arduino.

3. Melakukan pengujian alat ukur terhadap panel surya.

(40)

1.3Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan tugas akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu

membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada

penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Parameter yang diamati dari panel surya adalah tegangan, arus dan suhu.

2. Alat ukur menggunakan Arduino Uno, sensor tegangan, sensor arus dan

sensor suhu.

3. Bahasa pemograman yang digunakan adalah Bahasa C yang telah disediakan

di library Arduino.

4. Melakukan kalibrasi alat ukur terhadap multimeter dan PHB-318.

5. Melakukan pengujian terhadap panel surya Polycrystalline.

1.4Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang alat ukur berbasis Arduino

untuk mengukur langsung karakteristik panel surya seacara real time.

1.5 Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Studi literatur

Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan karya penelitian yang

terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau dari

perpustakaan dan juga dari artikel, jurnal, situs ilmiah dan lain-lain.

2. Pemilihan bahan

Melakukan pemilihan bahan dalam membuat alat ukur.

3. Perancangan alat ukur

Melakukan perancangan alat ukur dari komponen yang dipilih

4. Pengujian dan kalibrasi alat

(41)

1.6Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tugas akhir ini, maka penulis menyusun

sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian

dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas dasar teori yang berhubungan dengan

perancangan arduino energi meter.

BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN

Bab ini berisi metodologi dan perancangan alat ukur Arduino

energi meter.

BAB IV PENGUJIAN

Bab ini berisi tentang pengujian alat ukur terhadap panel surya

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dalam

(42)

ABSTRAK

Pengukuran pemantauan, pengambilan dan pengolahan data merupakan hal yang

penting dalam menentukan karakteristik panel surya. Dan untuk memenuhi

kebutuhan pengukuran, pemantauan, pemantauan dan pengolahan data dibutuhkan

teknik baru. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, dirancang alat ukur berbasis Arduino

untuk mengukur karakteristik panel surya dengan menggunakan sensor arus, sensor

tegangan dan sensor suhu yang dapat digunakan secara real time. Aplikasi PLX-DAQ

yang dijalankan PC dan telah terintegrasi ke Arduino serta dapat menampilkan dan

merekam data secara langsung. Parameter yang diukur yaitu arus hubung singkat,

tegangan hubung buka dan suhu. Dalam pengerjaan tugas akhir ini dilakukan

pengujian alat ukur terhadap panel surya. Dari hasil pengujian, alat ukur yang

dirancang mempunyai tingkat galat masing-masing, 0.4% untuk sensor tegangan,

1.31% untuk sensor arus dan 1.25% untuk sensor suhu. Alat layak dipergunakan

(43)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ARDUINO ENERGI METER UNTUK MENGUKUR

KARAKTERISTIK PANEL SURYA

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam

menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

ANDRI D SIMAMORA 110402045

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(44)

(45)

RANCANG BANGUN ARDUINO ENERGI METER UNTUK MENGUKUR KARAKTERISTIK PANEL SURYA

Oleh :

ANDRI D SIMAMORA NIM : 110402045

Disetujui Oleh :

Pembimbing,

Ir. Arman Sani MT NIP : 19641128 199102 1 001

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 195405311986011002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(46)