BAB II
LANDASAN TEORI
Pengukuran daya pada suatu sirkit pada umumnya dapat dibedakan dengan dua tipe, yaitu tipe daya resistif dan induktif. Namun pada tulisan ini hanya daya resistif yang akan dibicarakan. Hal ini dibuat untuk mempermudah baik dalam pembuatan, pengukuran, dan pengkalibrasian Wattmeter Digital yang waktunya dapat diprogram.
Untuk merealisasikan pembuatan dan pengkalibrasian alat ukur tersebut maka di bawah ini akan dijelaskan terlebih dahulu beberapa konsep atau teori dasar yang melatarbelakanginya. Diantaranya adalah, konsep dasar Wattmeter, hukum Ohm, daya listrik, sensor arus, mikrokontroller, penampil LCD, beberapa komponen dasar sebagai pendukung, dan pemrograman dengan Code Vision AVR.
2.1. Watt meter
baiknya kita pelajari sedikit mengenai parameter yang diukur oleh alat ini. Daya listrik dalam pengertiannya dapat dikelompokkan dalam dua kelompok sesuai dengan catu tenaga listriknya, yaitu daya listrik DC dan daya listrik AC. Daya listrik DC dirumuskan sebagai :P = V . I dimana : P = daya (Watt)V = tegangan (Volt)I = arus (Amper) Daya listrik AC ada 2 macam yaitu: daya untuk satu phase dan daya untuk tiga phase.
Wattmeter analog yang paling sederhana adalah wattmeter jenis elektrodinamis, dimana terdiri dari sepasang kumparan tetap yang disebut kumparan arus dan kumparan bergerak yang disebut kumparan potensial. Kumparan arus dihubungkan secara seri dengan rangkaian, sedangkan kumparan potensial dihubungkan secara paralel. Selain itu pada wattmeter ini, kumparan potensial membawa jarum yang bergerak di atas skala untuk menunjukkan pengukuran. Sebuah arus yang mengalir melalui arus kumparan menghasilkan medan elektromagnetik di sekitar kumparan. Kekuatan bidang ini adalah sebanding dengan baris saat inidan di fase dengan itu. sebuah resistor bernilai tinggi dihubungkan secara seri dengan alat ini untuk mengurangi arus yang mengalir melewatinya. Kumparan potensial pada wattmeter umumnya memiliki resistansi yang tinggi.
Umumnya, daya dalam rangkaian listrik adalah merupakan hasil kali dari tegangan dan arus dengan satuan Watt. Secara khusus, pengukuran daya dibuat berdasarkan pergerakan jarum meter yang disebut pergerakan dynamometer yang
gerakannya sama dengan meter D’Arsonval.
Gambar 2.1. Rangkaian Dasar Wattmeter Analog.
2.2. Hukum Dasar Kelistrikan
2.2.1. Hukum Ohm
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya atau juga menyatakan bahwa besar arus yang mengalir pada suatu konduktor pada suhu tetap sebanding dengan beda potensial antara kedua ujung-ujung konduktor.
dimana I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere, Vadalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan volt, dan Radalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuanohm.
Hukum ini dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.
ada 2 bunyi hukum Ohm yaitu :
1) Besarnya arus listrik yang mengalir sebanding dengan besarnya beda potensial (Tegangan). Untuk sementara tegangan dan beda potensial dianggap sama walau sebenarnya kedua secara konsep berbeda. Secara matematika di tuliskan I ∞ V atau V
∞ I, Untuk menghilangkan kesebandingan ini maka perlu ditambahkan sebuah
konstanta yang kemudian di kenal dengan Hambatan (R) sehingga persamaannya menjadi V = I.R. Dimana V adalah tegangan (volt), I adalah kuat arus (A) dan R adalah hambatan (Ohm).
2) Perbandingan antara tegangan dengan kuat arus merupakan suatu bilangan konstan yang disebut hambatan listrik. Secara matematika di tuliskan V/I = R atau dituliskan V = I.R.
tegangan dan arus listrik. Konsep ini salah, besar kecilnya hambatan listrik tidak dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus listrik tetapi dipengaruhi oleh panjang penampang, luas penampang dan jenis bahan.
Hukum dasar tentang arus listrik adalah mengacu terhadap hukum Ohm, yang menyatakan bahwa:
I = V/R
Dimana, I adalah arus dalam satuan Ampere, V adalah tegangan dalam satuan Volt, dan R adalah hambatan dalam satuan Ohm.
2.2.2. Daya Listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam sirkuit listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu (joule/detik).
Daya adalah hasil kali antara arus listrik I dan tengangan V dengan satuan Watt. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
P = VxI
atau
P = V2R
Dalam hal ini, daya yang dimaksud adalah daya resistif saja.
Sedangkan daya dalam selang waktu tertentu adalah perkalian antara daya dengan waktu dalam satuan watt jam.
2.3. Sensor Arus
Banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, diantaranya adalah dengan metode shunt resistif, tranformer arus, dan sensor magnetik. Dengan metode tersebut maka telah dikembangkan beberapa teknologi dalam perealisasian dalam bentuk kemasaan yang telah dikenal sebagai sensor magnetic fluxgate, digital clamp ampere meter, dan efek Hall.
2.3.1. Hall Effect Allegro ACS 712
tegangan. Tegangan tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih dahulu sebelum masuk ke pengkondisi signal.
Teknologi Hall Effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relative jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS 712. 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. ACS 712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS 712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus dalam dunia industry, otomitif, komersil dan system – system komunikasi.
Pada umumnya aplikasi sensor ini digunakan untuk mangontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih. 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 ditangkap oleh integratet Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.
rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.
Sensor arus yang telah dikemas dalam bentuk IC seperti Hall effect buatan Allegro dengan tipe ACS 712 adalah merupakan sensor arus yang menggunakan prinsip mengukur/ merespon medan magnet disekitar kawat berarus.
Prinsip kerja IC tersebut adalah mengkombinasikan fungsi resistor shunt dan current transformer sehingga dapat difungsikan sebagai sensor arus ac maupun dc yang mempunyai pembacaan dengan ketepatan tinggi.
Agar supaya medan magnetnya cukup kuat dan terukur oleh sensor efek Hall maka telah dilengkapi dengan lilitan dengan inti ferit. Isyarat dari sensor efek Hall ini pada umumnya dikalibrasi pada medan sama dengan Nol pada tegangan 2,5 V.
Bentuk komponen ACS 712 tersebut adalah seperti pada Gambar 2.1 berikut.
2.3.2. Karakteristik Dan Fitur Penting ACS 712
Beberapa fitur penting dari sensor arus ACS 712 adalah sebagai berikut. - Response time : 5 µs
- Bandwith : 50 kHz
- Resistansi internal : 1,2 mΩ - Operasi catu daya : 5.0 V
- Sensitivitas out : 66 – 185 mV/A - Tegangan out : ac atau dc
- Total error out : 1,5 % pada TA = 25 °C, dan 4 % pada -40 °C
sampai 85 °C.
- Akurasi : aturan pabrik
Karakteristik Tegangan terhadap arus dari komponen tersebut, diperlihatkan pada Gambar 2.3. berikut :
2.4. Mikrokontroler ATmega-8535
Banyak komponen mikrokontrol yang telah beredar di pasaran elektronik sekarang ini, diantaranya adalah mikrokontroller ATmega seri 8535. Mikrokontroller, sesuai namanya adalah suatu komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro. Mikrokontroller suatu sistem elektronika yang terdiri dari beberapa bagian, diantaranya adalah bagian mikroprosesor, memori, sistem input/output, dan beberapa fasilitas seperti timer, pulsa modulasi dan sebagainya yang telah dikemas menjadi suatu IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock.
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut single chip microcomputer. Lebih lanjut, mikrokontroler merupakan sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dangan PC (Personal Computer) yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan lainnya adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat berbeda antara komputer dengan mikrokontroler.
memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya menurut Winoto (2008:3).
Teknologi yang digunakan pada mikrokontroler AVR berbeda dengan mikrokontroler seri MCS-51. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set
Computer). Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu
keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, kelengkapan periperal dan fungsi-fungsi tambahan yang dimiliki.
ATMega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis arsitektur RISC. Instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATMega8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah. Mikrokontroler ATmega8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan.
Berikut adalah tabel perbandingan beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel.
Tabel 3.2 Beberapa Seri Mikrokontroller AVR buatan Atmel
ATmega8 8 1024 0.5 23 1 1 1 3 6/8 1 Ya
ATmega853 5
8 512 0.5 32 2 2 1 4 8 1 Ya
ATmega16 16 1024 0.5 32 1 2 1 4 8 1 Ya
ATmega162 16 1024 0.5 35 2 2 2 6 8 1 Ya
ATmega32 32 2048 1 32 1 2 1 4 8 1 Ya
ATmega128 128 4096 4 53 2 2 2 8 8 1 Ya
ATtiny12 1 - 0.0625 6 - 1 - - - - Ya
ATtiny2313 2 128 0.125 18 1 1 1 4 - 1 Ya
ATtiny44 4 256 0.25 12 1 1 - 4 8 1 Ya
ATtiny84 8 512 0.5 12 1 1 - 4 8 1 Ya
Keterangan:
Flash adalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan
program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler.
RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU
untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah
memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running.
Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil
Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung
waktu/pulsa .
UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi
data khusus secara serial asynchronous.
PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi
pulsa.
ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima
sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu.
SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara
serial secara serial synchronous.
ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler
untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal.
2.4.1 Fitur – Fitur Mikrokontroller ATmega8535
Adapun fitur-fitur dari mikrokontroller ATmega8535 adalah sebagai berikut :
1. Saluran I/O Sebanyak 32 buah, yaitu port A sampai port D (Port A, B, C dan
D)
2. ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 chanel.
3. Tiga buah timer/ counter dengan kemampuan perbandingan, yaitu 2 buah
5. 131 instruksi yang hanya membutuhkan 1 siklus clock. 6. Watchdog timer dengan osilator internal.
7. Tegangan operasi 2,7 V – 5,5 V. 8. Internal SRAM sebesar 512 byte.
9. Memori flash sebesar 8 KB dengan kemampuan Read While Write.
10.Unit interupsi internal dan eksternal.
11. Port antarmuka SPI (Serial Pheripheral Interface).
12.Kecepatan hampir mencapai 16 MPIS pada kristal 16 MHz.
13. Internal downloader USB AVR (In-system Programming dilengkapi LED
programming indicator).
14.Tidak membutuhkan power tambahan saat melakukan downloader proram. 15. EEPROM (Electrically Erasble Programmable Read Only Memory), sebesar
512 byte yang dapat doprogram saat operasi. 16.Antarmuka komparator analog.
17. Port USART untuk komunikasi serial.
2.4.2. Diagram Blok ATmega 8535
Pada diagram blok ATMega8535 digambarkan 32 general purpose Working register yang dihubungkan secara langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU).
Sehingga memungkinkan dua register yang berbeda dapat diakses dalam satu siklus clock.
:
Gambar 3.3 Blok Diagram ATmega8535
Dari diagram blok tersebut dapat dilihat bahwa ATmega 8535 memiliki bagian-bagian antara lain adalah sebagai berikut:
3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding. 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori flash sebesar 8KB dengan kemampuan Reead While Write.
8. Intterupt internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI (Serial Pheripheral Interface).
10.EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.
2.4.3.Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATmega 8535
Konfigurasi pin mikrokontrol ATmega 8535 tersebut adalah seperti pada Gambar 2.5.
Konfigurasi pin ATmega 8535 dapat dilihat pada gambar di atas. Dari Gambar dapat dijelaskan secara fungisional konfigurasi pin ATmega 8535 sebagai berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin input catu daya. 2. GND sebagai pin ground.
3. Port A (PA0-PA7) merupakan pin I/O dua arah dan input ADC.
4. Port B (PB0-PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
5. Port C (PC0-PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan timer osilator.
6. Port D (PD0-PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroller.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin input clock eksternal. 9. AVCC merupakan pin input tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin input tegangan referensi ADC.
2.4.4. Karakteristik ADC Internal Mikrokontroller ATmega 8535
Karakteristik ADC internal mikrokontroller ATmega 8535 adalah:
1. Medan dalam pengoperasian. 2. Resolusi 10 bit.
2.5. LCD
Banyak model dan tipe LCD sebagai penampil hasil suatu proses, baik tampilan karakter maupun grafis. Salah satu penampil karakter adalah model H1602B dengan karakter 16 x 2. Artinya, mempunyai dua baris penampil yang masing-masing 16 karakter. Keterangan lebih lanjut tentang LCD dari tipe H1602B dapat dilihat pada Lampiran I.
2.6. Pemrograman C
Banyak pemrograman yang dapat digunakan untuk memprogram mikrokontrol khususnya seri AVR dari Atmel diantaranya adalah dengan pemrograman bahasa C.
2.6.1. Struktur Penulisan Bahasa C
Umumnya penulisan pada pemrograman bahasa c didahului dengan tanda pagar seperti berikut ini.
#include<[library1.h]> // optional #define [nama1] [nilai]; // optional [global variables] // optional [functions] // optional Int main (void) // optional {
}
Keterangan
- Opsional artinya boleh ditulis atau tidak, sesuaikan dengan kebutuhan - Penulisan variabel di awal agar supaya dapat digunakan pada sepanjang
program dan dengan deklarasi fungsi-fungsi yang terlibat.
2.6.2. Deklarasi Variabel dan Konstanta
Variabel adalah merupakan suatu memori penyimpan data yang nilainya dapat di ubah-ubah.
Penulisannya adalah sebagai berikut : [tipe data] [nama] = [nilai];
Konstanta adalah merupakan suatu memori penyimpan data yang nilainya tidak dapat di ubah-ubah.
Penulisannya adalah sebagai berikut : const [nama] = [nilai];
pernyataan atau statement adalah setiap operasi dalam pemrograman yang harus diikuti dengan tanda [;] atau [}].
Contoh suatu pernyataan:
2.6.3. Operasi Logika dan Bilangan Biner
Operator Logika : AND &&
NOT !
OR ||
Biner : AND &
OR |
XOR ˆ
Shift right ˃˃
