viii
INTISARI
Setiap tahun jumlah penduduk di Indonesia semakin meningkat, dan kebutuhan akan kendaraan ikut meningkat. Peningkatan jumlah kendaraan mengakibatkan kepadatan yang terjadi pada setiap ruas jalan Hal tersebut menimbulkan kesulitan bagi para pejalan kaki yang hendak menyebrang jalan. Dengan kemajuan teknologi di masa kini sudah banyak lampu lalu lintas yang menggunakan solar cell atau sumber energi mandiri. Maka dengan kedua ide tersebut dirancang sebuah sistem pengatur lampu pejalan kaki portable dengan sumber energi mandiri.
Sistem pengatur dikendalikan oleh sensor pendeteksi kehadiran orang (pejalan kaki) menggunakan sensor infrared. Tegangan supply untuk sistem pengatur didapatkan dari solar cell dan accu. Sensor pendeteksi orang akan mendeteksi kehadiran pejalan kaki yang akan menyebrang jalan, dan sistem akan mengatur waktu untuk pengoperasian dan pengaktifan lampu pejalan kaki dan APILL.
Pendeteksi kehadiran orang sudah berjalan dengan baik, ketika ada dan tidak ada orang sensor infrared sudah dapat mendeteksi. Output dari sensor sudah dapat mengoperasikan lampu pejalan kaki dan lampu APILL dengan waktu yang telah ditentukan dalam program utama. Panel surya juga dapat terus menyuplai tegangan untuk sistem pengatur dan mengisi accu yang kosong. Dengan kapasitas total 10 WP solar cell mampu untuk mengisi accu saat pagi sampai sore hari, selama 6 jam minimal (mengisisi accu setengah kosong). Dengan percobaan sebanyak 7 kali sistem dapat bekerja sesuai dengan perancangan program sebanyak 5 kali percobaan. Sedangkan percobaan supply dengan panel surya dari 5 kali percobaan berhasil menyuplai sistem keseluruhan sebanyak 3 kali percobaan. Sistem sudah bekerja secara maksimal dengan tingkat keberhasilan sebesar 71 %.
ix
ABSTRACT
Every year the population of Indonesia is increasing, and the need for vehicles to increase. The increase in the number of vehicles resulted in density that occurs on every street It creates difficulties for pedestrians who want to cross the street. With the advancement of technology today is already a lot of traffic lights that use solar cell or an independent energy sources. So with these two ideas designed a control system with pedestrian lights portable energy source independently.
The system is controlled by sensors detecting the presence of the (pedestrian) use infrared sensors. The voltage supply for the control system obtained from the solar cell and batteries. Detection sensor will detect the presence of pedestrians to be crossing the street, and the system will set the time for the operation and activation of pedestrian lights and APILL.
Detection of the presence of people are going well, when there is and no one was able to detect infrared sensor. The output of the sensor has been able to operate the pedestrian lights and lamps APILL with a predetermined time in the main program. The solar panels can also continue to supply voltage for the control system and charge the batteries are empty. With a total capacity of 10 WP solar cell able to charge the batteries
when the morning until late in the evening, for 6 hours minimum (fill the accu). With the
trial as much as 7 times the system can work in accordance with the design of the program as much as 5 times the experiment . While trial supply with solar panels of five trials successfully supply the whole system as much as three times the experiment . The system is already working optimally with a success rate of 71%
TUGAS AKHIR
SISTEM PENGATUR LAMPU PEJALAN KAKI
PORTABLE DENGAN SUMBER ENERGI MANDIRI
disusun oleh :
ANDITA PRASTITI.
NIM : 125114014
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
PEDESTRIAN LIGHTING CONTROL SYSTEM WITH
A PORTABLE SELF-CONTAINED ENERGY SOURCE
disusun oleh :
ANDITA PRASTITI.
NIM : 125114014
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
HALAMAN PERSETUruA}I
TUGAS
AKHIR
SISTEM
PENGATUR
LAMPU
PF^IALAI\TKAKI
PORTABLE
DENGAFT
SITMBpR EI\IERGr
MANIIIRI
(pErlEsTRrAN
LrGnrrNG
CONTROL
SYSTEM
WrrH
A
Pembimbing
.
HALAMANPENGESAHAN
TUGAS
AKT{IR
SISTEM
PENGATUR
LAMPU PEJALAI\I
KAKI
PORTABLE
DENGAI\T
ST'MBER
EI\TERGIMANDTRI
SEDESTRTAN
LrGrrTrNG
CONTROL
SYSTEM
WTrfl A
PORTABLE SELT.CONTAII\IED ENERGY
SOI}RCE)
Disusun oleh:
Kefira
Setrretaris
Anggota
:
Peilrus Setyo Prabowo, S-T-M.T.Yogyakarta,
z
flguilt*r
2ot6
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata DharmaTandaTangam
PSRNYATAAN
KEASLIAN
KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya
atau bagian karya orang lair, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar
pustaka sebagaimana layaknya karya ihni@.
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
Dengan keyakinan kamu dapat memiliki apa yang kamu
inginkan!
Dengan ini kupersembahkan karyaku untuk …..
Tuhan Yesus Kristus sang juru selamatku,
Ibu, Yangti, Yangde, Alm. Yangkung dan keluargaku tercinta,
Mas FX. Dwicahyo Rianto Putro yang selalu setia menemaniku,
Sahabat – sahabatku yang selalu menghiburku,
Teman-teman seperjuanganku Teknik Elektro 2012,
Dan semua orang yang hadir didalam kehidupanku
LEMBAR
PERNYATAN
PERSETUJUAN
PUBLIKASI
KARYA
ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN
AI(ADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama
: Andita PrastitiNomor
Mahasiswa
:125114014Demi
pengembanganilmu
pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :SISTEM PENGATUR
LAMPU
PEJALANKAKI
PORTABLEDENGAN SUMBER ENERGI
MANDIRI
beserta perangkat yang diperlukan ( bila ada ). Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam
bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara
terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap
mencatumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 11 JuIi 2016
(Andita Prastiti.)
INTISARI
Setiap tahun jumlah penduduk di Indonesia semakin meningkat, dan kebutuhan akan kendaraan ikut meningkat. Peningkatan jumlah kendaraan mengakibatkan kepadatan yang terjadi pada setiap ruas jalan Hal tersebut menimbulkan kesulitan bagi para pejalan kaki yang hendak menyebrang jalan. Dengan kemajuan teknologi di masa kini sudah banyak lampu lalu lintas yang menggunakan solar cell atau sumber energi mandiri. Maka dengan kedua ide tersebut dirancang sebuah sistem pengatur lampu pejalan kaki portable dengan sumber energi mandiri.
Sistem pengatur dikendalikan oleh sensor pendeteksi kehadiran orang (pejalan kaki) menggunakan sensor infrared. Tegangan supply untuk sistem pengatur didapatkan dari solar cell dan accu. Sensor pendeteksi orang akan mendeteksi kehadiran pejalan kaki yang akan menyebrang jalan, dan sistem akan mengatur waktu untuk pengoperasian dan pengaktifan lampu pejalan kaki dan APILL.
Pendeteksi kehadiran orang sudah berjalan dengan baik, ketika ada dan tidak ada orang sensor infrared sudah dapat mendeteksi. Output dari sensor sudah dapat mengoperasikan lampu pejalan kaki dan lampu APILL dengan waktu yang telah ditentukan dalam program utama. Panel surya juga dapat terus menyuplai tegangan untuk sistem pengatur dan mengisi accu yang kosong. Dengan kapasitas total 10 WP solar cell mampu untuk mengisi accu saat pagi sampai sore hari, selama 6 jam minimal (mengisisi accu setengah kosong). Dengan percobaan sebanyak 7 kali sistem dapat bekerja sesuai dengan perancangan program sebanyak 5 kali percobaan. Sedangkan percobaan supply dengan panel surya dari 5 kali percobaan berhasil menyuplai sistem keseluruhan sebanyak 3 kali percobaan. Sistem sudah bekerja secara maksimal dengan tingkat keberhasilan sebesar 71 %.
Kata kunci : solar cell, sensor infrared, portable.
ABSTRACT
Every year the population of Indonesia is increasing, and the need for vehicles to increase. The increase in the number of vehicles resulted in density that occurs on every street It creates difficulties for pedestrians who want to cross the street. With the advancement of technology today is already a lot of traffic lights that use solar cell or an independent energy sources. So with these two ideas designed a control system with pedestrian lights portable energy source independently.
The system is controlled by sensors detecting the presence of the (pedestrian) use infrared sensors. The voltage supply for the control system obtained from the solar cell and batteries. Detection sensor will detect the presence of pedestrians to be crossing the street, and the system will set the time for the operation and activation of pedestrian lights and APILL.
Detection of the presence of people are going well, when there is and no one was able to detect infrared sensor. The output of the sensor has been able to operate the pedestrian lights and lamps APILL with a predetermined time in the main program. The solar panels can also continue to supply voltage for the control system and charge the batteries are empty. With a total capacity of 10 WP solar cell able to charge the batteries
when the morning until late in the evening, for 6 hours minimum (fill the accu). With the
trial as much as 7 times the system can work in accordance with the design of the program as much as 5 times the experiment . While trial supply with solar panels of five trials successfully supply the whole system as much as three times the experiment . The system is already working optimally with a success rate of 71%
Keywords: solar cells, infrared sensors, portable.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena atas segala
rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik.
Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.
Selama pembuatan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa begitu banyak pihak
yang memberikan bantuan baik berupa idea tau gagasan, dukungan moral, maupun bantuan
materi. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Drs. Johanes Eka Priyatma, M.Sc., Ph.D, Rektor Universitas Sanata Dharma
2. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math. Sc., Ph. D, Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi
3. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma.
4. Dr. Iswanjono, dosen pembimbing yang dengan penuh setia, kesabaran dan
pengertian untuk membimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Djoko Untoro Suwarno, S.Si.,M.T. dan Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T.
selaku dosen penguji yang telah memberi masukkan, kritik dan saran serta
merevisi penulisan tugas akhir ini.
6. Seluruh dosen yang telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat selama
menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
7. Keluarga penulis terutama Ibu penulis, Yangti, Yangde, alm. Yangkung, Ayah,
Bapak dan kedua adikku (Andika Prayoga dan Michael Daniswara Pratomo)
yang telah banyak memberikan dukungan doa, kasih sayang dan motivasi
selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
8. Mas Fransiscus Xaverius Dwicahyo Rianto Putro kekasihku yang selalu setia
untuk menemani dan mendukung selama penulisan tugas akhir ini.
9. Keluarga besarku yang telah memberi dukungan selama menempuh pendidikan
di Universitas Sanata Dharma.
10. Sahabat – sahabatku : Cindy Jonatan, Stepani Elsa, Luluk Ariyanto, Sambu
Rezpatia, Dirga, Ivana Nydya Clarissa Sitohang, Fransisca Putri, Elizabeth
Nada, Stacia Elvaretta, Namiera Yushendea, Bernadette Andika.G., Maria
Materdei Ayu, Adhi Christian, Yunita Maria Ndoi, Malvin Choco, Maria
Angelika Suhadi, Nanda Ayu Pujiningtyas, dan Santayana Pangaribuan yang
selalu ada untuk membantuku, menyemangatiku dan menghiburku.
11. Teman
-
teman seperjuangan Teknik Elektro 2012 yangtelah menemani padasaat menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dhama'
12. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah banyak
memberikan banyak bantuan dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir
ini.
Penulis menyadari bahwa dalam pen)rusunan tugas akhir masih memiliki
kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran yang
membangun agar tugas akhir
ini
menjadi lebih baik. Semoga tugas akhirini
dapatbermanfaat sebagaimana mestinya
Yogyakarta, 1l Juli 2016 Penulis,
@
Andita Prastiti.DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) ......i
HALAMAN JUDUL (Bahasa Inggris) ......ii
HALAMAN PERSETUJUAN ......iii
HALAMAN PENGESAHAN ......iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ....vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ...vii
INTISARI ......viii
ABSTRACT ......ix
KATA PENGANTAR ......x
DAFTAR ISI ......xii
DAFTAR GAMBAR .......xvi
DAFTAR TABEL ......xx
BAB I PENDAHULUAN ......1
1.1. Latar Belakang...1
1.2. Tujuan dan Manfaat...2
1.3. Batasan Masalah...3
1.4. Metodologi Penelitian ...4
BAB II DASAR TEORI ......6
2.1. Solar Cell ...6
2.1.1. Solar Charge Controller ...11
2.1.2. Baterai (Accumulator) ...13
2.2. Mikrokontroler Arduino UNO ...15
2.3. Traffic Light ......17
2.3.1. LED (Light Emitting Diode) ......17
2.4. EMS RF Transceiver ......20
2.4.1. Modulasi Digital ...22
2.4.2. Modulasi FSK (Frequency Shift Keying) ...23
2.4.3. Demodulasi FSK (Frequency Shift Keying) ...24
2.4.4. SPI (Serial Peripheral Interface) ...25
2.5. Sensor Infrared ...27
2.6. Register Geser (Shift register) ...30
2.7. Darlington Transistor Arrays (uln2803) ...33
2.8. Buzzer ......36
2.9. Push Button ......37
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ....40
3.1. Konsep Dasar ...40
3.2. Perancangan Software Sistem Pengatur Lampu Pejalan Kaki Portable dengan Sumber Energi Mandiri. ...41
3.2.1. Diagram alir subrutin baca status atau statement pada slave ....42
3.2.2. Diagram alir subrutin setting sensor orang (sensor infrared) ....42
3.2.3. Format Paket Data ...46
3.3. Peracangan Hardware Sistem Pengatur Lampu Pejalan Kaki ...48
3.3.1. Solar cell ...48
3.3.2. Rangkaian sensor infrared ...49
3.3.3. Embedded Module Serial RF Transceiver Shield ...50
3.3.4. Mikrokontroler ...51
3.3.5. Perancangan LED Traffic Light dan Lampu Pejalan Kaki Portable ...53
3.3.6. Rangkaian Push Button ...59
3.3.7. Rangkaian Buzzer Sebagai Indikator ...60
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...61
4.1. ImplementasiLampu Pejalan Kaki Portable ...61
4.1.1. Bentuk Fisik dan Konsep Kerja Lampu Pejalan Kaki Portable ...61
4.2. Pengujian Panels Surya (Solar cell) ...66
4.2.1. Pengujian Solar Cell Tanpa Beban (open-circuit) ...66
4.2.2. Pengujian Solar cell dengan Beban (optimum operating) ...67
4.3. Pengujian Alat ...69
4.3.1. Pengujian Sensor Infrared ...69
4.3.2. Pengujian Rangkaian Shift Register ...72
4.3.3. Pengujian Rangkaian Driver ...72
4.3.4. Pengujian Rangkaian LED ...72
4.4. Pengujian Accumulator ...73
4.5. Pengujian Sistem Pengatur Solar Cell ...73
4.6. Pembahasan Perangkat Lunak ...75
4.6.1. Inisialisasi ...75
4.6.2. Program Utama ...76
4.6.3. Subrutin Pengiriman Paket data ...77
4.6.4. Subrutin Sensor Infrared (Sensor Pendeteksi Orang) ...78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...79
5.1. Kesimpulan ...79
5.2. Saran ...79
DAFTAR PUSTAKA ......80
LAMPIRAN ......82
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Blok Diagram Seluruh Sistem Secara Umum ...4
Gambar 2.1.(a). Sistem Kerja Dalam Solar Cell .......7
Gambar 2.1.(b). Bentuk Fisik Solar Cell ......7
Gambar 2.2. Kurva Karakteristik V-I ...9
Gambar 2.3. Contoh Rangkaian Schematic Solar Charge Controller Serial.....12 Gambar 2.4. Bentuk Fisik Solar Charge Controller Tipe PWM ...12
Gambar 2.5. Mikro Atmega328P-PU ...16
Gambar 2.6. Bentuk Fisik Dari Mikrokontroler Arduino UNO ...17
Gambar 2.7. Simbol LED dan Bentuk Fisik LED ...18
Gambar 2.8. Konfigurasi Pin RFM12-433S ...21
Gambar 2.9. EMS RF Transceiver ......22
Gambar 2.10. Jenis – Jenis Modulasi Digital ......23
Gambar 2.11. Teknik Modulasi FSK (Frequency Shift Keying) .......24
Gambar 2.12. Teknik demodulasi FSK (Frequency Shift Keying) .....24
Gambar 2.13.(a) SPI Bus ......26
Gambar 2.13.(b) Master-slave Interconnection ......26
Gambar 2.14. Bentuk Sinyal Infrared yang Ditransmisikan ......28
Gambar 2.15.(a) Modul DT-I/O Infrared Transmitter .......28
Gambar 2.15.(b) Modul DT-I/O Infrared Receiver ......28
Gambar 2.16. Pergeseran data Pada Register Geser ...31
Gambar 2.17. Contoh register Geser Kanan ...31
Gambar 2.18. Contoh Register Geser Kiri ...32
Gambar 2.19. IC 74HC595 (IC Shift Register) ......32
Gambar 2.20. Rangkaian Transistor Darlington (Pasangan Transistor NPN) .......33
Gambar 2.21. Konfigurasi Pin IC uln2803 (darlington transistor arrays) ......34
Gambar 2.22. Rangkaian IC driver uln2803 ......34
Gambar 2.23. Bentuk Fisik IC uln2803 ...35
Gambar 2.24. Simbol Buzzer ......36
Gambar 2.25. Contoh Buzzer ......36
Gambar 2.26. Rangakaian anti-bouncing push button ......37
Gambar 2.27.(a) Simbol push button Normally open dan Normally close ....38
Gambar 2.27.(b) Bentuk Fisik push button ......38
Gambar 2.28. Rangkaian switch/push button pull-up .....39
Gambar 2.29. Rangkaian switch.push button pull-down ...39
Gambar 3.1. Perancangan Sistem Pengatur Lampu Pejalan Kaki Portable ......40
Gambar 3.2. Diagram alir utama (master). .....43
Gambar 3.3. Diagram alir subrutin pada slave. ...44
Gambar 3.4. Diagram alir subrutin setting sensor orang ...45
Gambar 3.5. Rangkaian schematic mikrokontroler dengan sensor infrared RX dan TX. ...49
Gambar 3.6. Rangkaian schematic mikrokontroler dengan modul EMS RF Transceiver. .......50
Gambar 3.7. Rangkaian schematic minimum system mikrokontroler ...52
Gambar 3.8. Rangkaian schematic IC 74HC595 dan IC uln2803 ......54
Gambar 3.9. Rangkaian LED dan resistor Lampu lalu Lintas ...55
Gambar 3.10. Rangkaian LED dan resistor Lampu Pejalan Kaki...55
Gambar 3.11. Desain 3D lampu pejalan kaki portable ...56
Gambar 3.12. Desain 3D box prototype (bawah) ...56
Gambar 3.13. Desain 3D penyanggah box lampu (atas) ...57
Gambar 3.14. Desain 3D box lampu (atas) ...57
Gambar 3.15. Desain 3D Sistem pengatur lampu pejalan kaki portable (tampak kanan). ...58
Gambar 3.16. Desain 3D Sistem pengatur lampu pejalan kaki portable (tampak kiri). ...58
Gambar 3.17. Rangkaian anti-bouncing push button ...59
Gambar 3.18. Rangkaian buzzer .......60
Gambar 4.1. Lampu Pejalan Kaki Portable dengan Sumber Energi Mandiri Secara Keseluruhan. ...61
Gambar 4.2.(a) Bagian Box Lampu Pejalan Kaki dan APILL (LED) ...62
Gambar 4.2.(b) Bagian Tiang Penyangga ...62
Gambar 4.2.(c) Bagian Penyangga Bawah (Tempat Box Sistem Pengatur) ...62
Gambar 4.3 Gambar Rangkaian LED Lampu (tampak atas dan tampak samping). ...63
Gambar 4.4. Rangkaian Selektor .....63
Gambar 4.5. Rangkaian Driver dan SIPO (tampak atas dan tampak
samping). ...64
Gambar 4.6. Rangkaian Minimum System ......65
Gambar 4.7. Grafik Tegangan Output Panel Surya Terhadap Waktu
(open-circuit). ......66
Gambar 4.8. Grafik Tegangan Output Panel Surya Terhadap Waktu. ......68
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi solar cell kapasitas 10 Wp. ...11
Tabel 2.2. Tabel state of charge standard batteries ...15
Tabel 2.3 Fungsi port – port dalam mikrokontroler Arduino UNO ...16
Tabel 2.4. Tabel senyawa semikonduktor perbedaan warna pad LED ...18
Tabel 2.5. Perbedaan Tegangan LED untuk Setiap Warna ...19
Tabel 2.6. Tabel fungsi pin pada RFM12-433S ...21
Tabel 2.7. Fungsi setiap pin atau port pada IC uln2803 ...34
Tabel 2.8. Spesifikasi IC uln2803 ...35
Tabel 3.1. Format data master ...46
Tabel 3.2. Simbol karakter data ...46
Tabel 3.3. Format data slave ...47
Tabel 3.4. Simbol data ...47
Tabel 3.5. Tabel pembagian pin / port dalam mikrokontroler ...51
Tabel 4.1. Tabel Pengujian Sensor Infrared atau Sensor Pendeteksi Pejalan kaki ...69
Tabel 4.2. Tabel Pengujian Sistem Pengatur (Lampu APILL) ...74
Tabel 4.3. Tabel Pengujian Sistem Pengatur (Lampu Pejalan Kaki) ...74
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Masalah
Setiap tahun jumlah penduduk di Indonesia semakin meningkat, dan kebutuhan
akan kendaraan ikut meningkat. Peningkatan jumlah kendaraan mengakibatkan kepadatan
yang terjadi pada setiap ruas jalan. Kepadatan pada setiap ruas jalan memiliki tingkat
kepadatan yang berbeda. Masalah kepadatan tersebut akan mengakibatkan
ketidaknyamanan yang dirasakan oleh para masyarakat (terutama para pejalan kaki).
Pejalan kaki mengalami kesulitan ketika menyebrang jalan saat terjadi kepadatan
kemudian tidak ada satupun kendaraan yang memberikan kesempatan pejalan kaki untuk
menyebrang jalan. Salah satu faktor penyebab terjadinya hal tersebut adalah karena tidak
ada lampu pengatur lalu lintas kendaraan yang terletak di jalan lurus 2 arah dan mengatur
laju kendaraan ketika akan ada pejalan kaki yang menyebrang jalan.
Masalah di atas dapat diatasi dengan pengaturan sistem lampu lalu lintas (pada
jalan lurus 2 arah) untuk kendaraan dan pejalan kaki. Lampu Lalu Lintas dibutuhkan untuk
membantu mengatur kepadatan yang terjadi pada setiap ruas jalan di Indonesia.
Masyarakat (pejalan kaki terutama) yang ingin menyebrang juga dapat terbantu dengan
adanya lampu lalu lintas, karena mereka dapat menyebrang jalan dengan nyaman dan
aman. Dalam UU No. 22/2009 tentang Lampu Lalu Lintas dan Angkutan Jalan, Lampu
Lalu Lintas disebut sebagai alat pemberi isyarat lalu lintas (APILL). APILL adalah lampu
yang mengendalikan arus lalu lintas yang terpasang di persimpangan jalan, tempat
penyebrangan pejalan kaki (zebra cross), dan tempat arus lalu lintas lainnya[1].
Zaman sekarang perkembangan teknologi semakin banyak, antara lain sistem
mandiri (Solar Cell). Solar Cell merupakan sistem pembangkit listrik mandiri yang
memanfaatkan tenaga surya sebagai sumber utama. Sel Surya (solar Cell) adalah alat
untuk mengkonversi atau mengubah energi surya menjadi energi listrik. Sistem Panel
Surya membutuhkan MPPT (Max Power Point Tracker) untuk memaksimalkan energi
surya yang akan dipergunakan untuk pembangkit energi listrik[2]. Solar Cell banyak
diaplikasikan pada penggunaan lampu – lampu untuk penerangan di beberapa ruas jalan
persimpangan jalan (lampu lalu lintas atau APILL). Sistem mandiri ini juga memiliki
keterbatasan yaitu intensitas sinar matahari yang tidak tetap. Maka itu Solar Cell dapat
dibantu oleh Accumulator (accu) supaya energi listrik yang dihasilkan pada pagi dan siang
hari juga dapat tersimpan selain dipergunakan untuk kebutuhan penerangan.
Penulis menemukan beberapa jurnal tentang penelitian lampu lalu lintas, dan sistem
pengaturannya. Salah satu yang menarik penulis adalah jurnal tugas akhir yang berjudul
Rancang Bangun Prototipe Pengatur Lampu Lalu Lintas Memanfaatkan Sensor Tekan[3].
Pada jurnal tugas akhir tersebut Prototipe Lampu Lalu Lintas dirancang dengan sensor
tekan sebagai pengendali waktu (lama nyala lampu lalu lintas) secara otomatis sesuai
dengan jumlah kepadatan yang terjadi. Dari referensi tersebut penulis memiliki ide untuk
mengembangkan dengan judul “Sistem Pengatur Lampu Pejalan Kaki Portable dengan
Sumber Energi Mandiri“. Sistem pengaturan pejalan kaki ini menggunakan sumber energi mandiri atau Solar Cell dan dibantu dengan Solar Charger tipe PWM, serta sensor infrared
sebagai pendeteksi kehadiran orang saat ingin menyebrang jalan (jalan lurus 2 arah).
Lampu penyebrangan untuk pejalan kaki mendapatkan sumber listrik dari solar cell
langsung (dibantu solar charger tipe PWM), dan dari accu. Lampu penyebrangan untuk
pejalan kaki diatur dengan sensor infrared yang mendeteksi kehadiran orang, kemudian
output dari sensor infrared tersebut akan masuk ke dalam mikro dan mengatur waktu nyala
lampu penyebrangan untuk pejalan kaki.
1.2.
Tujuan dan Manfaat
Skripsi ini bertujuan untuk :
1. Menghasilkan prototipe lampu lalu lintas dan lampu penyebrangan untuk pejalan
kaki (portable) dengan sumber energi mandiri yaitu Solar Cell.
Manfaat yang diharapkan dari penulisan skripsi ini adalah :
1. Membantu manajemen lalu lintas khususnya untuk pejalan kaki dalam hal
menyebrang jalan (2 arah).
2. Dapat menjadi acuan dalam penelitian dan perkembangan dalam sistem pengaturan
lampu lalu lintas atau pejalan kaki dengan sumber energi mandiri dan input sensor
1.3.
Batasan Masalah
Agar Tugas Akhir ini dapat mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu
kompleksnya permasalahan yang muncul, maka perlu adanya batasan – batasan masalah
yang sesuai dengan judul dari tugas akhir ini. Adapun batasan masalah, yaitu :
1. Menggunakan Solar Cell dan Accumulator sebagai sumber energi dari lampu
pejalan kaki tersebut.
2. Sensor yang digunakan adalah sensor infrared yang terdiri dari Tx (pemancar) dan
Rx (penerima) sebagai pendeteksi kehadiran orang (pejalan kaki).
3. Menggunakan Mikrokontroler buatan sendiri yang compatible dengan arduino.
4. Komunikasi antara lampu pejalan kaki satu dengan lainnya menggunakan EMS RF
Transceiver dengan frekuensi 433 MHz (komunikasi menggunakan gelombang
radio).
5. LED yang digunakan untuk lampu pejalan kaki (dan lampu lalu lintas) berwarna
merah dan hijau dengan spesifikasi super bright dan berukuran 10 mili.
6. Driver untuk LED menggunakan IC (Integrated Circuit) dengan seri uln 2803.
7. Sebagai selektor dalam pengaturan nyala lampu pejalan kaki digunakan Integrated
Circuit (IC) dengan seri 74HC595.
8. Terdapat push button pada prototip sebagai pengatur ketika terjadi error pada
sensor infrared.
9. Sistem pengaturan lampu lalu lintas (untuk kendaraan) dan penyebrangan pejalan
kaki pada jalan lurus 2 arah (bukan persimpangan).
10.Pengaturan nyala lampu dari posisi warna merah ke hijau pada lampu pejalan kaki,
berdasarkan sela waktu (delay time) yang telah ditentukan.
11.Pengaturan nyala lampu dari posisi warna hijau kembali ke warna merah pada
lampu pejalan kaki, berdasarkan hasil hitungan jumlah orang (pejalan kaki) yang
1.4.
Metodologi Penelitian
Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metode – metode yang digunakan
dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :
1. Studi literatur
Untuk mendapatkan data dan landasan teori yang digunakan dalam tugas akhir dan
pembuatan alat (prototip lampu pejalan kaki) dibutuhkan referensi dari buku, artikel
– artikel, dan jurnal – jurnal serta informasi yang berkaitan dengan Solar Cell, IC (Integrated Circuit) 74HC595, IC uln 2803, Sensor Infrared, Accumulator,
komunikasi menggunakan gelombang radio (EMS RF Transceiver), dan
Mikrokontroler arduino uno.
2. Eksperimen, yaitu dengan secara langsung melakukan praktek maupun pengujian
terhadap hasil pembuatan alat dalam pembuatan tugas akhir ini.
3. Perancangan alur kerja sistem secara umum
Merancang alur atau diagram kerja yang akan dipakai dalam tugas akhir. Alur
kerja sistem akan menjelaskan proses dari awal Solar Cell memberikan daya atau
tegangan sumber untuk lampu pejalan kaki (sekaligus lampu lalu lintas) dibantu
solar charger dengan tipe PWM. Sensor infrared sebagai input, akan mendeteksi
kehadiran orang, dan menjalankan program untuk driver lampu pejalan kaki dengan
delay tertentu membuat lampu merah menjadi hijau, dan untuk lampu lalu lintas
berubah dari lampu hijau menjadi merah.
LAMPU PEJALAN KAKI DAN APILL
(1)
MASTER
LAMPU PEJALAN KAKI DAN APILL
(2)
SLAVE Sensor
Infrared
Sensor Infrared
4. Perancangan dan pembuatan software pengoperasian lampu pejalan kaki
Merancang dan membuat program dengan mikrokontroler arduino (mikroboard
buat secara manual yang compatible dengan arduino uno) untuk pengoperasian
lampu pejalan kaki dengan sensor infrared sebagai input (mendeteksi kehadiran
orang, pejalan kaki). Membuat program untuk pengaturan proses lampu pejalan
kaki (penyebrangan jalan lurus 2 arah) dengan bantuan komunikasi menggunakan
EMS RF Transceiver antara lampu pejalan kaki satu dengan lainnya.
5. Perancangan dan pembuatan hardware
Perancangan dan pembuatan ini bertujuan untuk menciptakan sebuah prototip
lampu pejalan kaki yang bekerja secara otomatis dengan sensor dan bertenaga surya
(memanfaatkan solar cell). Berdasarkan Gambar 1.1 rangkaian akan bekerja jika
sensor infrared mendeteksi kehadiran orang (pejalan kaki). Mikrokontoler akan
mengolah data yang diperoleh dari output sensor dan mengoperasikan lampu
pejalan kaki secara otomatis (membuat lampu berwarna hijau dari lampu berwarna
merah) dengan program yang telah dibuat pada software arduino.
6. Pengambilan data (pengujian alat dan program)
Pengambilan data dan pengujian hardware prototip lampu pejalan kaki dilakukan
dengan tahap :
a. Pengambilan data (percobaan langsung) prototip dengan penggunaan solar
cell sebagai sumber tegangan dan listrik untuk penghidupan lampu.
b. Percobaan dengan sensor infrared dalam mendeteksi kehadiran pejalan
kaki, pengenalan program sensor infrared.
c. Pengujian dan pengambilan data secara langsung, dalam penggunaan sistem
mandiri tenaga surya (supply lampu pejalan kaki) dan lampu pejalan kaki
bekerja ketika terdapat input dari sensor infrared dalam mendeteksi
kehadiran pejalan kaki.
7. Analisis dan penyimpulan hasil tugas akhir
Analisa dengan melakukan pendataan dari hasil pengoperasian lampu pejalan kaki
dengan menggunakan sensor infrared sebagai input untuk lampu pejalan kaki
tersebut. Analisa dan pembahasan dilakukan dengan mengamati secara langsung
simulasi yang dilakukan dengan prototip lampu pejalan kaki dapat berjalan dengan
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Solar Cell
Solar cell yang berarti sel surya merupakan komponen elektronik yang dapat
mengubah atau mengkonversikan energi cahaya gelombang pendek menjadi energi
listrik.[4] Sel surya umumnya memiliki ketebalan minimum 0.3 mm. Sel surya terbuat dari
bahan semikonduktor dengan kutub positif dan kutub negatif. Solar cell dalam
pembuatannya menggunakan bahan silikon kristal (yang umumnya banyak dan sering
digunakan). Sel surya memanfaatkan sumber energi cahaya atau sinar matahari yang
merupakan sumber paling hemat energi dan tidak pernah habis. Sinar matahari diubah oleh
material dalam solar cell menjadi energi listrik yang kemudian dapat digunakan pada
peralatan – peralatan elektronik. Satu sel surya dapat menghasilkan tegangan DC sebesar
0.5 – 0.6 V, maka itu sel surya dihubungkan secara seri untuk membentuk sebuah modul
Solar cell. Sel surya yang dihubungkan menjadi satu modul mencapai 28 -36 sel untuk
mendapatkan tegangan DC sebesar 12 V. Satu modul solar cell dalam aplikasinya juga
masih menghasilkan energi atau tenaga listrik yang kecil atau rendah, rata – rata
maksimum tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu modul tersebut sebesar 130 Watt. Maka
itu dalam penggunaannya, modul – modul tersebut dapat disusun menjadi satu
(digabungkan) sehingga membentuk sebuah array, yang dapat menghasilkan tenaga listrik
yang lebih besar.[5]
Prinsip dasar dari solar cell adalah efek fotovoltaik yang telah ditemukan oleh
seorang ilmuwan yang berasal dari Perancis, Alexander Edmond Becquerel, pada tahun
1839. Efek fotovoltaik adalah pelepasan muatan positif dan negatif dalam materi padat
melalui cahaya. Beliau menggunakan perbedaan potensial dari sebuah larutan kimia yang
terkena sinar matahari dan satunya yang tidak terkena sinar matahari. Pada larutan tersebut
kemudian dimasukkan elektroda platina. Dari percobaan ini beliau mendapatkan adanya
aliran listrik.[4]
Pada tahun 1905, Albert Einstein dapat menjelaskan tentang efek fotovoltaik secara
sebagai gelombang dan juga photon. Dengan percobaannya, Einstein menjelaskan untuk
efek fotovoltaik bahwa cahaya bersifat seperti kumpulan dari bagian – bagian kecil yang
disebut photon. Energi photon ini bergantung pada panjang gelombang cahaya. Jika cahaya
mengenai sebuah logam dan memiliki energi yang cukup, elektron yang berada di dalam
logam yang terkena photon tersebut, akan terlepas dari ikatan energi di dalam atomnya.
Dengan lepasnya ikatan energi ini, elektron – elektron tersebut dapat berpindah atau
mengalir, disitulah terjadi energi listrik[4]. Gambar 2.1 menunjukan bagaimana solar cell
mengubah sinar matahari menjadi energi listrik dan bentuk fisik dari solar cell.
(a) (b)
Gambar 2.1. (a). Sistem kerja dalam Solar cell (b). Bentuk fisik Solar Cell.
Menurut struktur kristalnya, solar cell dapat dibedakan menjadi monokristal,
polikristal, dan amorph. Solar cell monokristal memiliki warna biru gelap atau hitam dan
memiliki struktur yang teratur dengan efisiensi tertinggi (dibandingkan dengan sel surya
yang lainnya) yaitu mencapai 20%. Kemudian yang kedua, solar cell polokristal
merupakan sel surya yang terdiri atas banyak kristal silisium kecil yang disebut juga
multikristal. Sel surya ini umumnya berwarna biru, namun tidak setua monokristal.
Polikristal dibuat dari coran silusium yang berbentuk seperti bunga kristal es pada
permukaannya. Solar cell polikristal tidak memiliki efisiensi sebesar monokristal, yaitu
hanya mencapai 16%. Namun sel surya jenis polikristal memiliki kelebihan dalam bidang
ekonomi, yaitu biaya penggunaannya yang tidak setinggi penggunaan monokristal.
ketika sumber energi cahaya yang didapatkan tidak maksimal (redup). Jenis solar cell yang
ketiga, adalah solar cell jenis amorph. Sel surya jenis amorph memiliki warna coklat tua
hingga keunguan, dan terdiri atas silisium tipis yang ditempatkan (dengan metode uap)
pada bahan dasar, misalkan kaca. Solar cell jenis amorph merupakan sel surya yang paling
ekonomis dan memiliki efisiensi 6 – 8%, umumnya ditemukan pada aplikasi kalkulator dan
jam tangan[4]. Efisiensi pada panel surya atau solar cell dapat dihitung menggunakan
persamaan 2.1 di bawah ini, yaitu :
ղ =
100 % (2.1)
Dimana : ղ = Efisiensi solar cell (%)
Voc = Open circuit voltage (Volt)
Isc = Short circuit current (Ampere)
FF = Fill factor (sekitar 0.7 – 0.85)
G = Intensitas matahari (Watt/m2)
A = Luas penampang solar cell (m2)
Nilai efisiensi pada panel surya dapat diketahui dengan pengukuran kurva V-I yang
kemudian didapatkan parameter – parameter lain seperti Isc (arus hubung singkat), Voc (
tegangan tanpa beban), Fill Factor (FF), efisiensi (Ղ) dan Pm (Power maximum-output
dari PV array). Karakteristik output panel surya (solar cell) dapat dilihat pada kurva
perfomansi, kurva V-I menunjukan hubungan antara arus dan tegangan[5]. Kurva
Gambar 2.2. Kurva karakteristik V-I
Pada kurva V-I tersebut didapatkan atau dibuat berdasarkan pada saat Test Condition,
dimana pengujian solar cell disaat intensitas matahari mencapai puncaknya yaitu 1000
Watt/m2 (kondisi yang dinamakan one peak sun hour) dan suhu solar cell sebesar 25oC [5].
Persamaan fill factor pada panel surya atau solar cell didapatkan dari parameter Voc
atau tegangan rangkaian terbuka (open circuit voltage) yang diukur secara langsung pada
panel surya (solar cell) pada karakteristik V-I pada solar cell tersebut. Nilai fill factor pada
sistem solar cell berhubungan dengan efisiensi pada panel surya (solar cell), semakin besar
nilai fill factor maka panel surya semakin baik dan memiliki efisiensi yang semakin besar
atau tinggi. Perhitungan nilai fill factor dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2 di
bawah ini[5] :
FF = ( . ) (2.2)
Keterangan : Voc = Open circuit voltage (Volt)
0,72 = konstanta untuk mendapatkan hasil yang akurat
Pada kurva V-I terdapat 3 hal yang penting yaitu Maximum power point (Vmp dan
Imp), Open circuit voltage (Voc), dan short circuit current (Isc). Maximum Power Point
yang terdiri atas Vmp dan Imp merupakan titik operasi maksimal ketika solar cell dalam
kondisi operasional. Dimana solar cell diberikan beban saat temperatur 25oC (atau 77oF)
dengan intensitas matahari sebesar 1000 Watt/m2. Maksimal daya yang dihasilkan dapat
Open Circuit Voltage (Voc) merupakan kapasitas tegangan maksimum yang dapat
dicapai pada saat tidak ada arus atau current sama dengan nol. Otomatis daya pada saat
open circuit (Voc) sama dengan nol watt. Dan yang terakhir, Short circuit current (Isc)
adalah maksimum output arus yang keluar dari solar cell saat kondisi tidak ada resistansi
atau short circuit[5].
Pengoperasian solar cell secara maksimum dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor di
bawah ini :
a) Ambient air temperature
Solar cell dapat bekerja secara maksimal dengan temperatur atau suhu yang normal
yaitu 25oC. Suhu pada panel yang melebihi dari kondisi normal saat operation ini
akan mengakibatkan energi listrik yang dihasilkan tidak maksimal, terutama
berpengaruh terhadap open circuit voltage (Voc). Setiap kenaikan 1oC pada panel
surya, akan mengakibatkan tegangan yang dihasilkan menurun 0.4% dari total
energi yang dihasilkan.
b) Radiasi sinar matahari (Insolation)
Radiasi atau intensitas sinar matahari juga berpengaruh besar terhadap kinerja solar
cell. Intensitas sinar matahari banyak berpengaruh terhadap arus yang dihasilkan
oleh solar cell.
c) Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiup angin di seikitar solar cell akan membantu untuk menjaga
permukaan modul panel surya (solar cell) untuk tetap pada suhu normal (tidak
melebihi atau kurang dari suhu normal). Karena ketika suhu pada modul panel
surya tidak stabil, akan mempengaruhi kinerja solar cell dalam menghasilkan arus
dan tegangan (serta energi listrik) yang akan digunakan untuk supply.
d) Keadaan atmosfir bumi
Keadaan dari atmosfir bumi (berawan, mendung), dapat memperngaruhi kinerja
solar cell dalam menghasilkan arus listrik secara maksimal.
e) Orientasi panel atau array solar cell
Posisi modul panel surya atau solar cell (sudut atau tilt angle) juga mempengaruhi
kinerja modul dalam mengolah sinar matahari menjadi energi listrik. Energi listrik
(arus listrik dan tegangan) yang maksimal dihasilkan dengan posisi panel surya
terhadap sinar matahari akan membantu kinerja modul dalam memproduksi energi
listrik yang dibutuhkan sebagai supply untuk beban.
Di bawah ini terdapat Tabel 2.1 yang menunjukkan spesifikasi dari solar cell yang
[image:33.595.83.533.194.665.2]digunakan dalam perancangan prototip.
Tabel 2.1. Spesifikasi solar cell kapasitas 10 Wp.
Maximum Power 10 watt
Optimum operating voltage 17.2 V
Optimum operating current 0.58 A
Open-circuit voltage 21.6 V
Short-circuit current 0.68 A
Temperature 25 ᴼC
2.1.1. Solar Charge Controller
Dalam panel surya atau solar cell biasanya dilengkapi dengan perangkat solar
charge controller, perangkat ini merupakan perangkat yang paling penting dalam sistem
solar cell. Perangkat ini digunakan untuk mengatur atau mengontrol dalam pengisian
baterai oleh panel surya, supaya tidak terjadi overcharging. Solar charge controller sendiri
merupakan perangkat elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke
baterai dan dikeluarkan dari baterai ke peralatan elektronik.[6] Fungsi sebuah perangkat
solar charge controller secara detail, adlah sebagai berikut[7] :
untuk mempertahankan keadaan baterai dengan mencegah terjadinya distribusi arus dan tegangan yang berlebihan pada baterai (overcharging) dan kelebihan voltase
dari panel surya.
untuk mengatur arus yang dibebaskan atau diambil dari baterai agar tidak full dishcarge dan overloading.
Untuk monitoring temperatur atau suhu baterai.
Rangkaian solar charge controller terdiri dari 2 jenis, yaitu rangkaian seri dan
rangkaian paralel. Pada rangkaian seri letak komponen pemutus dihubungkan secara seri
antara modul sel surya dengan baterai. Sedangkan pada rangkaian paralel, posisi
Gambar 2.3 merupakan contoh rangkaian schematic solar charge controller yang
[image:34.595.86.522.130.721.2]terhubung secara serial.
Gambar 2.3. Contoh rangkaian schematic Solar charge controller serial.
Solar Charge Controller ada yang bertipe PWM (Pulse Width Modulation) dan
MPPT (Max Power Point Tracker). Solar Charge Controller tipe PWM atau Pulse Width
Modulation menggunakan teknik modulasi yang merubah data atau informasi menjadi
sebuah sinyal pulsa, dan PWM ini merupakan salah satu prinsip algoritma yang
difungsikan dalam sistem solar charge controller. Dengan perbedaan lebar antara sinyal
pulsa yang bernilai 0 dan 1 seperti menciptakan sinyal sinusoidal yang bersifat kontinyu
untuk pengisian baterai maupun pengisian langsung menuju beban. Sedangkan Solar
Charge Controller dengan tipe MPPT atau Maximum Power Point Tracking/Tracker
efisien dalam konversi DC to DC (Direct Current), pada sistem ini MPPT dapat
mengambil daya maksimal dari panel surya untuk memberikan energi pada beban, dan
apabila terdapat kelebihan daya maka daya tersebut akan disimpan pada baterai[7]. Pada
Gambar 2.4 ditunjukan bentuk fisik solar charge controller dengan tipe PWM (Pulse
Width Modulation).
Solar charge controller memiliki 3 output dengan masing – masing 1 output terdiri
dari 2 buah terminal. Satu output (2 buah terminal) pertama digunakan untuk output dari
panel surya. Satu output (2 buah terminal) yang kedua digunakan untuk output baterai atau
accumulator. Dan 1 output lainnya digunakan untuk output langsung menuju beban. Arus
DC yang berasal dari baterai atau accumulator tidak akan kembali ke panel surya (berbalik
arah) karena terdapat sebuah diode protection yang mengarahkan arus DC hanya berjalan
dari panel surya menuju baterai atau accu. Ada 2 macam cara kerja atau mode operational
pada solar charge controller yaitu mode charging, dan mode operation atau operasi. Mode
charging bekerja untuk mengisi baterai atau accu, pengaturan arus dan tegangan diatur
supaya tidak overcharging atau overvoltage. Sedangkan mode operation solar charge
controller bekerja dan beroperasi sebagai pengatur pemberian energi listrik pada beban
dari baterai atau accu, supaya tidak terjadi full disharge (baterai dalam keadaan habis daya
listrik).
2.1.2. Baterai (Accumulator)
Accumulator atau aki merupakan baterai yang biasanya digunakan dalam sistem
panel surya (solar cell). Accu berfungsi untuk menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh
solar cell saat pagi sampai sore hari. Accu atau aki (baterai) dapat merubah energi kimia
menjadi energi listrik. Penggunaan accu akan dilakukan pada malam hari, dimana sinar
matahari untuk sumber energi solar cell mulai berkurang. Accumulator dapat diisi ulang
saat pagi sampai siang hari, dimana solar cell bekerja dengan maksimal (dengan sumber
energi sinar matahari mencukupi). Maka itu penggunaan baterai accu ini efisien dalam
sistem solar cell atau modul surya. Baterai merupakan komponen atau perangkat yang
berguna untuk menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh sumber (solar cell), sebelum
arus listrik disalurkan menuju alat – alat elektronik atau beban seperti : LED, Traffic Light.
Pada baterai terdapat 2 jenis elemen (yang merupakan sumber arus DC) yaitu
elemen primer dan elemen sekunder. Accumulator termasuk ke dalam elemen sekunder,
dan dalam penggunaannya elemen sekunder harus terlebih dahulu diisi (dialirkan arus)
atau diberi muatan secara kontinyu sebelum digunakan pada beban. Dalam accumulator
berlangsung proses elektrokimia reversibel (bolak – balik) dengan efisisensi yang tinggi.
Dimana saat digunakan sebagai supply pada beban, pada accu terjadi proses perubahan
terjadi proses perubahan dari energi listrik menjadi energi kimia (charging)[8]. Kapasitas
pada baterai (accumulator) disimbolkan dengan satuan AH (Ampere Hour), dengan arti
setiap ampere berlaku untuk 1 jam pengisian untuk beban (supply). Sebagai contoh, 4 AH
berarti bahwa baterai atau accu dapat menyuplai beban sebesar 4 ampere selama 1 jam,
atau sebesar 1 ampere selama 4 jam[8].
Untuk mengetahui lama pengisian (waktu) pada baterai (accu) dapat dihitung
menggunakan persamaan 2.3 di bawah ini[8] :
Ta = atau Ta = (2.3)
Keterangan : Ta = Lama waktu pengisian accu (Jam)
Ah = Besarnya kapasitas accu (Ampere Hours)
h = Besarnya arus pengisian ke accu (Ampere)
daya Ah =Besarnya daya yang didapatkan dari perkalian Ah dengan
tegangan accu (Watt Hours)
daya h = Besarnya daya yang didapatkan dari perkalian h dengan
tegangan accu (watt)
Setiap baterai (accumulator) memiliki spesifikasi atau standard dalam pengisian muatan
sampai penuh. Perbedaan kapasitas tegangan yang dimiliki baterai (accu) mempengaruhi
standard tegangan untuk pengisian arus listrik atau pengisian ulang muatan. Pada tabel 2.2
Tabel 2.2. Tabel state of charge standard batteries Per-cent Of Char-ge (%) Kapa-sitas 6V (Volt) Kapa-sitas 8 V (Volt) Kapa-sitas 12 V (Volt) Kapa-sitas 24 V (Volt) Kapas -sitas 36 V (Volt) Kapa-sitas 42 V (Volt) Kapa-sitas 48 V (Volt) Kapa-sitas 72 V (Volt) Kapa-sitas 120 V (Volt)
100 6.37 8.49 12.73 25.48 38.22 44.59 50.96 76.44 127.4
90 6.31 8.41 12.62 25.24 37.86 44.17 50.48 75.72 126.2
80 6.25 8.33 12.5 25 37.5 43.75 50 75 125
70 6.19 8.25 12.37 24.76 37.14 43.33 49.52 74.28 123.8
60 6.12 8.15 12.24 24.48 36.72 42.84 48.96 73.44 122.4
50 6.05 8.07 12.1 24.2 36.3 42.35 48.5 72.6 121
40 5.98 7.97 11.86 23.92 35.88 41.86 47.84 71.76 119.6
30 5.91 7.88 11.71 23.64 35.46 41.37 47.28 70.92 118.2
20 5.83 7.77 11.66 23.32 34.98 40.81 46.64 69.96 116.6
10 5.75 7.67 11.51 23 34.5 40.25 46 69 115
2.2. Mikrokontroler Arduino UNO
Mikrokontroler arduino uno merupakan sebuah board mikrokontroler dengan nama
produk arduino uno. Di dalam board mikrokontroler arduino uno mengandung
mikrokontroler Atmega328. Mikrokontroler Atmega328 merupakan sebuah keping yang
secara fungsional bertindak seperti sebuah komputer. Piranti ini dapat digunakan untuk
mewujudkan rangkaian elektronik dari yang paling sederhana hingga yang kompleks.
Mikrokontroler arduino uno terdapat mikroprosesor yang berupa Atmel AVR, regulator
tegangan 5 V, dan oscillator 16 MHz yang dapat melaksanakan operasi berdasarkan waktu
secara tepat[8]. Arduino UNO dilengkapi dengan static random-access memory (SRAM)
berukuran 2KB sebagai pemegang data, flash memory berukuran 32KB (0.5 KB untuk
bootloader), dan erasable programmable read-only memory (EEPROM) sebagai
penyimpan data[9].
Mikrokontroler Arduino UNO mendapatkan supply tegangan dari laptop atau PC
dengan menggunakan kabel USB yang dihubungkan ke mikrokontroler tersebut. Tegangan
(namun dengan tegangan supply sebesar 5 V mikrokontroler sudah dapat bekerja dengan
baik). Kabel USB selain digunakan sebagai suply tegangan dari PC/Laptop menuju
mikrokontroler juga digunakan untuk mengunduh program atau sketch pada software
Arduino IDE menuju mikrokontroler. Apabila supply tegangan tidak dilakukan melalui
kabel USB, Arduino UNO harus tetap mendapatkan supply tegangan dari sumber tegangan
eksternal sebesar 9V. Mikrokontroler Arduino UNO memiliki 14 buah pin input/output
digital, 6 buah pin analog input, 3 buah pin untuk ground (GND), 2 buah pin supply
tegangan (yaitu 5V dan 3.3V), 1 buah pin tegangan input (Vin), 1, buah pin IOREF, 1 buah
pin AREF, dan 1 buah pin Reset. Tabel 2.3. menunjukan fungsi pada port – port atau pin –
pin dalam mikrokontroler Arduino UNO. Gambar 2.5 menunjukan bentuk fisik atmega
[image:38.595.80.531.185.767.2]328, dan Gambar 2.6 menunjukan bentuk fisik dari board mikrokontroler arduino UNO.
Gambar 2.5. Mikro atmega328P-PU [9]
Tabel 2.3 Fungsi port – port dalam mikrokontroler Arduino UNO
PIN / PORT Fungsi
0 – 13 Input / Output digital (setiap pin I/O memiliki arus DC sebesar 40 mA)
Vin Tegangan input eksternal
5V dan 3.3V Supply tegangan yang dapat digunakan
GND Ground yang dapat digunakan
0 dan 1 RX dan TX pin
3, 5, 6, 9, 10, 11 PWM pin
A0 – A5 Analog input
IOREF Pin tegangan referensi untuk dapat beroperasi pada mikrokontroler
Gambar 2.6. Bentuk fisik dari Mikrokontroler Arduino UNO
2.3. Traffic Light
Traffic light merupakan alat pengatur isyarat lalu lintas yang terdiri dari beberapa
kumpulan LED. Lampu lalu lintas atau traffic light berfungsi sebagai pengatur lalu lintas
yang berada di jalan-jalan persimpangan, pertigaan, maupun jalan – jalan utama lainnya.
Lampu lalu lintas membantu para pengendara mobil dan motor untuk berjalan secara
bergantian dan teratur, serta tertib.
2.3.1. LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode adalah suatu diode yang dapat memancarkan sinar, arus
mengalir pada rangkaian dalam arah maju dan sinar dipancarkan dari junction semi
konduktor (pertemuan). Dengan kata lain LED adalah suatu elemen yang dapat mengubah
sinyal listrik ke dalam sinar atau cahaya.[10] LED mampu menghasilkan cahaya dan
panjang gelombang yang berbeda, menurut bahan semikonduktor yang digunakan.
Menurut bahan semikonduktornya dan perbedaan panjang gelombang, LED dapat
menghasilkan perbedaan warna – warna tersendiri.[11] Tabel 2.4. menunjukan perbedaan
warna – warna pada LED sesuai dengan bahan semikonduktor dan panjang gelombang
yang dihasilkan.
Light Emitting Diode memiliki 2 kutub yang berbeda yaitu kutub negatif (cathode)
dan kutub positif (anode). Gambar 2.7 menunjukkan simbol dari sebuah LED dan bentuk
fisik LED. Apabila arus listrik mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif, maka
LED tersebut akan hidup atau menyala.[11] LED hanya dapat menyala atau hidup jika
dilihat perbedaan panjang kaki kutub negatif (cathode) yang lebih pendek daripada kutub
positif (anode). LED memiliki kapasitas arus sebesar 10 mA hingga 20 mA, dan dengan
tegangan 1.6 V hingga 3.5 V[12].
Gambar 2.7. Simbol LED dan bentuk fisik LED
Tabel 2.4. Tabel senyawa semikonduktor perbedaan warna pad LED[11]
BAHAN
SEMIKONDUKTOR
WAVELENGTH (PANJANG
GELOMBANG) WARNA
Gallium Arsenide (GaAs)
850-940 nm Infra merah
Gallium Arsenide Phosphide
(GaAsP) 630-660 nm Merah
Gallium Arsenide Phosphide
(GaAsP) 605-620 nm Jingga
Gallium Arsenide Phosphide
Nitride (GaAsPN) 585-595 nm Kuning
Aluminium Gallium
Phosphide (AlGaP) 550-570 nm Hijau
Silicon Carbide (SiC)
430-505 nm Biru
Gallium Indium Nitride
Light Emitting Diode akan menyala jika terjadi arus listrik yang melewati anode
menuju cathode. Selain itu, sebuah LED akan membutuhkan sebuah resistor yang
dihubungkan secara seri dengan LED, untuk membatasi arus yang akan mengalir atau
melewati LED. Arus yang terlalu berlebihan akan dapat merusak LED, sehingga LED
tidak dapat menyala secara maksimal dan berumur panjang. Nilai resistor yang dibutuhkan
untuk membatasi arus yang melewati LED dapat dihitung menggunakan persamaan 2.4 di
bawah ini, yaitu :
= . (2.4)
Dimana : R = Nilai resistor (Ω)
V = Tegangan supply (V)
I = Arus (A)
V.led = Nilai tegangan dalam LED (V)
Setiap warna LED memiliki tegangan maju (forward bias) yang berbeda. Maka itu tabel
2.5 dibawah ini menunjukan perbedaan tegangan saat arus maksimal yaitu 20 mA, pada
setiap warna LED di atas.
Tabel 2.5. Perbedaan Tegangan LED untuk Setiap Warna
Warna LED Tegangan LED (saat arus maks : 20mA)
Infra merah 1.2 V
Merah 1.8 V
Jingga 2 V
Kuning 2.2 V
Hijau 3.5 V
Biru 3.6 V
2.4. EMS RF Transceiver Shield
EMS RF Transceiver Shield merupakan modul shield Arduino compatible yang
dapat digunakan untuk transmisi data secara wireless. Modul ini dirancang berbasiskan
modul RFM12S 433 MHz, yaitu modul komunikasi wireless dengan frekuensi sebesar 433
MHz dan dengan jarak jangkauan 150 meter. RFM12S 433 MHz menggunakan antarmuka
SPI sebagai pengkasesannya oleh berbagai modul kontroler[13]. Modul komunikasi ini
menggunakan gelombang radio sebagai medium yang dilewatinya untuk mengirimkan data
dari Transmitter (TX) menuju Receiver (RX). Data yang akan dikirimkan menuju receiver
(RX) dimodulasi kemudian dikirimkan bersama atau ditumpangkan kepada sinyal carrier
(sinyal pembawa). Setelah sampai pada tujuan yaitu receiver (RX)data tersebut
didemodulasi menjadi data digital kembali, sehingga informasi yang dikirimkan dapat
diterima oleh receiver (RX) tersebut.
RFM12S yang memiliki pita frekuensi sebesar 433 MHz dapat bekerja atau
beroperasi dalam frekuensi 430,24 MHz sampai dengan frekuensi 439,7575 MHz[13].
Modul Transceiver ini dapat dijadikan sebagai transmitter maupun receiver. Karena
kelebihannya dalam komunikasi dan dapat menjadi transmitter maupun receiver, maka
aplikasi EMS RF Transceiver Shield banyak digunakan dalam sistem komunikasi jarak
jauh (wireless) , sistem telemetri, dan sistem kontrol jarak jauh. Pada Gambar 2.8
ditunjukan konfigurasi pin dari komponen RFM12-433S dan penjelasan fungsi untuk
setiap pin dalam tabel 2.6.
Dalam RFM12S 433 MHz terdapat fitur – fitur sebagai berikut :
Antarmuka SPI sebagai kontrol komunikasi serial.
Bekerja dengan supply tegangan 2.2 V sampai dengan 3.8 V. Konsumsi daya yang rendah.
AFC (Automatic Frequency Control) dan DQD (Data Quality Detection). Internal data filtering dan clock recovery.
Direct differential antenna input/output. Bandwidth dapat diatur.
Dapat digunakan pola sinkronisasi pada RX (receiver).
RX (receiver) dapat diprogram dengan baseband bandwidth (67 sampai 400 kHz). Datarate dapat mencapai 115.2 Kbps dalam mode digital.
Menggunakan teknologi PLL
Gambar 2.8. Konfigurasi pin RFM12-433S [13]
Tabel 2.6. Tabel fungsi pin pada RFM12-433S
Definisi Tipe Fungsi
nINT/VDI DI/DO Interrupt input (aktif rendah)/Valid data indicator
VDD S Positive power supply
DI Input data SPI
SCK DI Input clock SPI
nSEL DI Chip select (aktif rendah)
SDO DO Serial data output with bus hold
nIRQ DO Interrupt request output (aktif rendah)
FSK/DATA/nFFS DI/DO/DI Transmit FSK data input / Receive data output (FIFO not
used) / FIFO select
DCLK/CFIL/FFIT DO/AIO/DO
Clock output (no FIFO) / external filter capacitor (analog mode) / FIFO interrupts (active high) when FIFO level set
to 1, FIFO empty interruptioncan be achieved
CLK DO Clock output for external microcontroller
nRES DIO Reset output (aktif rendah)
Modul ini digunakan untuk komunikasi antara Traffic light atau Lampu Pejalan
Kaki Portable 1 dengan Traffic light atau Lampu Pejalan Kaki Portable 2 yang berada
pada seberang jalan lurus 2 arah tersebut. Modul komunikasi ini menggunakan gelombang
radio sebagai medium komunikasinya. Gambar 2.9 menunjukan bentuk fisik EMS RF
Transceiver Shield yang merupakan modul komunikasi pada prototip.
Gambar 2.9. EMS RF Transceiver
Modul komunikasi ini dapat menjangkau jarak sampai 150 meter dengan kapasitas
pengiriman data 433 MHz. Komunikasi antara Lampu Pejalan Kaki Portable 1 dengan
yang lainnya dibutuhkan, karena prototip tersebut diletakkan pada kedua sisi jalan lurus 2
arah (bukan persimpangan). Pengaturan modul komunikasi tersebut dapat dilakukan pada
salah satu Lampu Pejalan Kaki Portable (sebagai master) dan Lampu Pejalan Kaki
Portable lainnya menjadi slave, sehingga sistem pengatur antara Lampu Pejalan Kaki
Portable 1 dan 2 dapat saling berkoordinasi satu sama lain. Interface yang digunakan
merupakan jenis SPI dimana terdapat 4 buah pin yang dapat mengatur komunikasi antara 2
lampu pejalan kaki portable tersebut yaitu MISO, MOSI, SCLK/SCK, dan SS.
2.4.1. Modulasi Digital
Modulasi adalah teknik yang digunakan dalam suatu komunikasi dengan
menumpangkan sinyal informasi (data) kepada gelombang pembawa (sinyal carrier)[14].
Sinyal informasi atau data dengan frekuensi rendah, ditumpangkan kepada gelombang
pembawa yang memiliki frekuensi jauh lebih tinggi. Modulasi digital adalah teknik
pengkodean sinyal dari sinyal analog ke dalam sinyal digital (bit – bit pengkodean)[14].
sinyal pembawa (carrier). Dalam komunikasi digital sinyal informasi yang akan
dikirimkan dinyatakan dalam bentuk digital yaitu bilangan biner “0” dan “1”, sedangkan
sinyal pembawa (carrier) berbentuk sinusoidal yang sudah termodulasi. Gambar 2.10
menunjukkan jenis – jenis modulasi digital.
Gambar 2.10. Jenis – jenis modulasi digital.
2.4.2. Modulasi FSK (Frequency Shift Keying)
Modulasi FSK (Frequency Shift Keying) termasuk ke dalam jenis modulasi digital.
Modulasi FSK sejenis dengan modulasi FM (Frequency Modulation), dimana sinyal
pemodulasinya (sinyal digital) menggeser outputnya antara dua frekuensi yang telah
ditentukan sebelumnya, yang biasa disebut frekuensi mark (merepresentasikan nilai 1) dan
space (merepresentasikan nilai “0”).[14] Modulasi digital dengan FSK juga menggeser
frekuensi sinyal pembawa (carrier) menjadi beberapa frekuensi yang berbeda didalam
band-nya menyesuaikan dari digit yang dilewatkannya. Pada modulasi FSK ini yang
berubah hanya frekuensi dari sinyal carrier saja, dengan amplitudo yang tetap (tidak
berubah). Teknik modulasi FSK banyak digunakan dalam komunikasi jarak jauh (telepaty).
Gambar 2.11 menunjukan teknik modulasi FSK (Frequency Shift Keying) dan Gambar
Gambar 2.11. Teknik modulasi FSK (Frequency Shift Keying). [14]
2.4.3. Demodulasi FSK (Frequency Shift Keying)
Dalam metode komunikasi terdapat 2 teknik yaitu modulasi dan demodulasi.
Konsep umum demodulasi adalah pengembalian bentuk sinyal digital yang telah
dikirimkan menjadi sinyal data yang sesungguhnya. Teknik demodulasi merupakan teknik
pemisahan antara sinyal carrier dengan sinyal data, yang sebelumnya telah dimodulasi
oleh pengirim (transmitter). Demodulator merupakan alat yang dapat melakukan teknik
demodulasi ini, demodulator terdapat dalam modul penerima (Receiver). Proses
demodulasi ini dibutuhkan untuk memisahkan sinyal carrier dengan sinyal data, supaya
penerima dapat menerima data yang sesuai dengan apa yang telah dikirimkan oleh
pemancar. Data yang telah diterima oleh penerima dalam bentuk sinyal analog akan
dikonversikan atau diubah menjadi sinyal digital dimana hanya terdapat logika 0 dan 1
(frekuensi mark dan space), dinamakan teknik demodulasi FSK (Frequency Shift Keying).
2.4.4. SPI (Serial Pheripheral Interface)
Serial Pheripheral Interface (SPI) merupakan sebuah metode pengiriman data dari
perangkat satu menuju perangkat lainnya.[15] Komunikasi menggunakan SPI terjadi antara
master dan slave dalam sebuah sistem mikrokontroler. SPI merupakan komunikasi dengan
kecepatan yang tinggi, dalam jarak dekat. Modul komunikasi EMS RF Transceiver
menggunakan SPI dalam pengkasesannya. Hal tersebut berarti bahwa komunikasi yang
terjadi antara sistem pengatur Lampu Pejalan Kaki Portable satu dengan yang lainnya
menggunakan komunikasi ini. Serial Pheripheral Interface memang satu – satu nya akses
dalam penggunaan modul komunikasi RFM12-433S.
Metode pengiriman data ini menggunakan dasar full duplex dan menjadi standar
sinkronisasi serial data link yang telah dikembangkan oleh Motorolla. Pada metode
komunikasi SPI (Serial Pheripheral Interface) digunakan 4 macam pin yang mengatur SPI
tersebut, yaitu[15] :
1. SCLK / SCK (Serial Clock)
Serial Clock merupakan bagian utama dalam komunikasi SPI, karena dalam SCLK
/ SCK terdapat data biner yang dikirimkan oleh master menuju slave yang
berfungsi sebagai clock dengan frekuensi tertentu. Clock merupakan salah satu
komponen prosedur dalam komunikasi data SPI.
2. MOSI (Master Output Slave Input)
Master Output Slave Input merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur dari data
serial yang dikirimkan dari master (keluar dari master) dan menuju slave (masuk ke
bagian slave) dalam sebuah sistem mikrokontroler tersebut. Nama lain untuk pin ini
adalah SIMO (Slave Input Master Output), SDI (Slave Data Input), DI (Data
Input), dan SI (Slave Input).
3. MISO (Master Input Slave Output)
Master Input Slave Output merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur dari data
serial yang dikirim oleh slave menuju master (diterima oleh master) dalam sebuah
sistem mikrokontroler. Nama lain untuk pin ini adalah SOMI (Slave Output Master
4. SS (Slave Select)
Slave select merupakan pin yang mengatur enable slave, karena komunikasi SPI
merupakan komunikasi full duplex (komunikasi 2 arah) maka dibutuhkan slave
yang juga aktif saat pengiriman data berlangsung. Slave akan aktif jika diberikan
logika low (active low). Nama lain untuk pin ini adalah CS (Chip Sleect), nCS, nSS,
dan STE (Slave Transmit Enable). Gambar 2.13 menunjukan SPI Bus dan SPI
Master – Slave Interconnectio
![Gambar 2.5. Mikro atmega328P-PU [9]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/782524.600471/38.595.80.531.185.767/gambar-mikro-atmega-p-pu.webp)
![Gambar 2.11. Teknik modulasi FSK (Frequency Shift Keying). [14]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/782524.600471/46.595.86.522.61.720/gambar-teknik-modulasi-fsk-frequency-shift-keying.webp)
