Perancangan dan Realisasi Prototipe Reflect Changer Baterai NICD dan Baterai NIMH Dengan Metoda Delta Peak Berbasis Mikrokontroler.

(1)

i

ABSTRAK

Baterai saat ini masih menjadi sumber tenaga alternatif yang masih sering digunakan untuk berbagai aplikasi seperti untuk radio saku (pocket radio), MP3, discman dan aplikasi lain yang sering digunakan untuk traveling (portable). Perangkat bergerak (portable) ini tidak dapat berfungsi dengan baik, tanpa didukung oleh baterai yang baik pula. Baterai yang digunakan untuk suatu perangkat bergerak (portable) saat ini terdiri dari 4(empat) jenis baterai rechargeable yang telah digunakan secara tetap: Cadmium (NiCd), Nickel-Metal-Hybrid (NiMH), Lithium-Ion (Li-Ion), dan Lithium-Polymer (Li-Polymer). Pada tugas akhir ini akan direalisasikan prototipe reflect charger yang dapat mempercepat proses pengisian baterai.

Prototipe reflect charger ini dikontrol sepenuhnya oleh Mikrokontroler. Perangkat yang dibuat adalah penyuplai arus, pengosong baterai, serta pendeteksi tegangan. Secara umum tujuan dari perancangan reflect charger ini adalah untuk mengisi baterai berbasis nickel (NiCd dan NiMH) dengan cara charging (suplai arus) dan discharging (mengosongkan baterai), lalu kemudian dengan menggunakan metoda delta peak yaitu metoda yang menggunakan karakteristik baterai yang ketika sudah penuh maka akan terjadi penurunan tegangan, hal ini yang diperhatikan oleh mikrokontroler untuk menentukan bahwa baterai telah penuh. Penyuplai arus serta pengosong baterai menggunakan prinsip rangkaian darlington, dan pendeteksi tegangan menggunakan ADC 0804, dengan ketelitian 0,007 V. Semua proses waktu charge, discharge dan kapan tegangan dideteksi sepenuhnya diatur oleh mikrokontroler AT89S52.

(2)

ii Abstract

Nowadays battery is use as an alternative power for much equipment, such as pocket radio, MP3 players, disc man and many others appliance that use in traveling (portable equipment). Portable equipment can’t work properly without

supported with a good working battery. Battery which is used for portable equipment consist of four kinds of rechargeable battery that used permanently: Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metal-Hybrid (NiMH), Lithium-Ion (Li-Ion), and Lithium-Polymer (Li-Polymer). The issue an the topic of this paper is how to realize a prototype of reflect charger that can fastened the charging proses.

The reflect charger prototype is fully controlled by microcontroller. The set that is make such as power driver, discharge driver, and voltage detection. Overal the main purpose of this reflect charger design is to charge a nickel based battery (NiMH – NiCd), with charging and discharging method, and then used delta peak method (the battery characterisic is when the capacity has full then the voltage is drop) to know when the battery has full. The power driver and the discharge driver is use the principle of darlington, and the voltage detection using ADC 0804 with 0,007 V accuracy. When the charger charge, discharge and detect the voltage is controlled by microcontroler.

(3)

iii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ...ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR... viii

DAFTAR LAMPIRAN... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Identifikasi Masalah... 1

I.3 Tujuan ... 1

I.4 Pembatasan Masalah... 2

I.5 Spesifikasi Alat... 2

I.6 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II LANDASAN TEORI... 4

II.1 Mikrokontroler AT89S51 ... 4

II.1.1 Deskripsi Hardware ... 4

II 1.2 Deskripsi Software ... 7

II 1.3 Interupsi ... 8

II.2 Analog to Digital Converter (ADC) ... 9

II.3 Thermal Switch... 10

II.4 Baterai Nickel Cadmium ... 11

II.5 Baterai Nickel Metal Hybrid ... 11

II.6 Memory Effect ... 12

II.7 Lazy Battery... 12

II.8 Proses Delta Peak ... 13

II.9 Transisitor Darlington... 14

II 9.1 Tipe Transistor ... 14

II 9.2 Arus Transistor... 14

(4)

iv

II 9.4 Rangkaian Transistor Darlington ... 16

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT ... 17

III.1 Diagram Blok dan Cara Kerja ... 17

III.2 Perancangan Mikrokontroler AT89S52 ... 18

III.3 Analog to Digital Converter 0804 ... 19

III.4 Perancangan Power Driver ... 20

III.5 Perancangan rangkaian pengosong baterai ... 21

III.6 Perancangan Perangkat Lunak ... 22

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA ... 24

IV.1 Charging Baterai NiMH Maxtor 1000mAh Menggunakan Prototipe Reflect Charger ... 24

IV.2 Discharging Baterai NiMH Maxtor 1000mAh Yang Telah Di Charge Oleh Prototipe Reflect Charger. ... 27

IV.3 Charging Baterai NiMH Maxtor 1000mAh Menggunakan Charger Maxtor MG-826... 28

IV.4 Discharging Baterai NiMH Maxtor 1000mAh Yang Telah Di Charge Oleh Charger Maxtor MG-826... 30

IV.5 Charging Baterai NiCd Sanyo 700mAh Menggunakan Prototipe Reflect Charger. ... 31

IV.6 Discharging Baterai NiCd Sanyo 700mAh Yang Telah Di Charge Oleh Prototipe Reflect Charger... 33

IV.7 Charging Baterai NiCd Sanyo 700mAh Menggunakan Charger Maxtor MG-826... 35

IV.8 Discharging Baterai NiMH Maxtor 1000mAh Yang Telah Dikondisikan Mengalami Lazy Battery. ... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 39

V.1 Kesimpulan ... 39

V.2 Saran... 40 DAFTAR PUSTAKA

(5)

v

DAFTAR TABEL

(6)

vi

Daftar Gambar

Gambar II.1 Susunan pin pada MCS-51 ... 7

Gambar II.2 Thermal Switch ... 11

Gambar II.3 memory effect... 12

Gambar II.4 Lazy battery ... 13

Gambar II.5 Delta peak... 13

Gambar II.6 Simbol rangkaian transistor ... 14

Gambar II.7 Jalur arus transistor ... 14

Gambar II.8 Cara kerja transistor NPN... 15

Gambar II.9 Transistor darlington ... 16

Gambar III.1 Diagram blok... 17

Gambar III.2 Rangkaian Pembangkit Pulsa ... 18

Gambar III.3 Rangkaian Manual Reset... 19

Gambar III.4 Koneksi ADC 0804... 20

Gambar III.5 Rangkaian Power Driver... 21

Gambar III.6 Rangkaian pengosong baterai... 21

Gambar III.7 Rangkaian perangkat keras keseluruhan ... 22

Gambar III.8 Diagram alir dari program mikrokontroler ... 23

Gambar IV.1 Grafik proses charging awal baterai NiMH... 25

Gambar IV.2 Grafik proses charging akhir baterai NiMH... 26

Gambar IV.3 Grafik proses delta peak baterai NiMH... 26

Gambar IV.4 Grafik seluruh proses discharging baterai NiMH ... 27

Gambar IV.5 Grafik akhir proses dicharging baterai NiMH... 28

Gambar IV.6 Grafik proses charging awal Maxtor MG-826 baterai NiMH ... 29

Gambar IV.7 Grafik proses charging akhir Maxtor MG-826 baterai NiMH ... 29

Gambar IV.8 Grafik seluruh proses discharging Maxtor MG-826 baterai NiMH ... 30

Gambar IV.9 Grafik akhir proses discharging Maxtor MG-826 baterai NiMH . 31 Gambar IV.10 Grafik proses charging awal baterai NiCd ... 32

(7)

vii

Gambar IV.12 Grafik proses delta peak baterai NiCd... 33

Gambar IV.13 Grafik seluruh proses discharging baterai NiCd... 34

Gambar IV.14 Grafik akhir proses discharging baterai NiCd ... 34

Gambar IV.15 Grafik proses charging awal Maxtor MG-826 baterai NiCd... 35

Gambar IV.16 Grafik proses charging akhir Maxtor MG-826 baterai NiCd ... 36

Gambar IV.17 Grafik seluruh proses discharge baterai NiMH yang dikondisikan mengalami Lazy Baterai ... 37

(8)

Conclusion____________ _________________________________________

Universitas Kristen Maranatha Kesimpulan.

1. Rancangan Reflect Charger telah dapat menerapkan metoda Delta Peak untuk mengetahui kapan kapasitas baterai telah penuh

2. Rancangan Reflect Charger telah dapat mengisi baterai NiMH Maxtor 1000mAh secara lebih cepat dari Charger Maxtor MG-826. Pengisian baterai NiMH 1000mAh dengan menggunakan Rancangan Reflect Charger membutuhkan waktu 38 menit 28 detik, lebih cepat 1 jam 9 menit 29 detik (1,8 kali) dibandingkan Maxtor MG-826 (1 jam 47 menit 57 detik).

3. Rancangan Reflect Charger telah dapat mengisi baterai NiCD Sanyo 700mAh secara lebih cepat dari Charger Maxtor MG-826. Pengisian baterai NiCd dengan menggunakan Rancangan Reflect Charger membutuhkan waktu 20 menit 30 detik, lebih cepat 1 jam 4 menit 19 detik (3,13 kali) dibandingkan Maxtor MG-826 (1jam 24 menit 49 detik)

4. Baterai NiMH 1000mAh yang di charge dengan Rancangan Reflect Charger (baterai normal) dibandingkan dengan baterai yang sama tapi dikondisikan mengalami Lazy Baterai ketika keduanya di didischarge dengan resistor 1 ohm, ketika diamati maka:

a) Tegangan stabilnya : baterai normal (0,9 _– 0,95V) lebih tinggi 0,1V dibanding baterai lazy (0,8_– 0,85V)

(9)

Lampiran A

–

Program Assembly

A - 1

Universitas Kristen Maranatha

Program Assembly dari AT89S52sebagai berikut :

$MOD51

ORG 0H

MOV R1,#02H

MOV R2,#00H

MOV R3,#00H

BATAS EQU 3

MOV R0,#04H

PILIH: MOV A,P2

ANL A,#00000001B

CJNE A,#01H,PILIH

SJMP CHARGE

CHARGE:

MOV R7,#05H

CHARGE2:setb p2.3

call delay1

clr p2.3

call delay3

setb p3.2

setb p2.4

call delay2

clr p2.4

clr p3.2

call delay3

DJNZ R0,CHARGE2

MOV 153,R3

(10)

Lampiran A

–

Program Assembly

A - 2

MOV 151,R1

CALL DELAY4

SETB P3.1

call ADC

CLR P3.1

CALL SELISIH

call cek

cjne r1,#01H,ulang

jmp habis

ulang: jmp CHARGE

cek:

mov a,161

jz STEP

ret

STEP: mov a,162

jz banding

JC CHARGE

JMP BANDING

banding: mov a,163

JZ CHARGE

JC CHARGE

JMP HITUNG

HITUNG:

MOV R1,#01H

RET

SELISIH: mov a,151

mov b,r1

subb a,b

(11)

Lampiran A

–

Program Assembly

A - 3

mov a,152

mov b,r2

subb a,b

mov 162,a

mov a,153

mov b,r3

subb a,b

mov 163,a

ret

delay1: mov r1,#78

dly0: mov r2,#78

dly1: mov r3,#78

dly2: djnz r3,dly2

djnz r2,dly1

djnz r1,dly0

ret

delay2: mov r1,#30

dely0: mov r2,#30

dely1: mov r3,#30

dely2: djnz r3,dely2

djnz r2,dely1

djnz r1,dely0

ret

delay3: mov r1,#14

dlay0: mov r2,#14

(12)

Lampiran A

–

Program Assembly

A - 4

dlay2: djnz r3,dlay2

djnz r2,dlay1

djnz r1,dlay0

ret

delay4: mov r1,#17

dla0: mov r2,#17

dla1: mov r3,#17

dla2: djnz r3,dla2

djnz r2,dla1

djnz r1,dla0

ret

ADC: mov a,p0

mov r5,a

anl a,#11110000b

rl a

mov b,#16

mul ab

mov r6,a

mov a,r5

anl a,#00001111b

mov b,a

mov a,r6

add a,b

(13)

Lampiran A

–

Program Assembly

A - 5

mul ab

mov r5,a

mov a,r5

mov b,#10

div ab

mov r7,a

mov a,r7

mov b,#10

div ab

mov r5,a

mov r3,b

mov a,r5

mov b,#10

div ab

mov r1,a

mov a,b

mov b,#2

subb a,b

mov r2,a

ret

(14)

Lampiran B_– Gambar alat

B - 1 Universitas Kristen Maranatha Gambar seluruh komponen reflect charger

(15)

B - 2 Universitas Kristen Maranatha Gambar saat pengambilan data

(16)

B - 3 Universitas Kristen Maranatha Gambar kabel– kabel WENS700

(17)

B - 4 Universitas Kristen Maranatha Gambar NiMH dan NiCd yang digunakan didalam percobaan

(18)

Bab I Pendahuluan_________________________________________________

1 BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika pembahasan tugas akhir.

I.1 Latar Belakang

Baterai saat ini masih menjadi sumber tenaga alternatif yang masih sering digunakan untuk berbagai aplikasi seperti untuk radio saku (pocket radio), MP3 players, discman dan aplikasi lain yang sering digunakan untuk traveling (portable). Perangkat bergerak (portable) ini tidak dapat berfungsi dengan baik, tanpa didukung oleh baterai yang baik pula.

Baterai yang digunakan untuk suatu perangkat bergerak (portable) saat ini terdiri dari 4(empat) jenis baterai rechargeable yang telah digunakan secara tetap: Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metal-Hybrid (NiMH), Lithium-Ion (Li-Ion), dan Lithium-Polymer (Li-Polymer)

I.2 Identifikasi Masalah

Bagaimana merancang dan merealisasikan suatu reflect charger dengan metoda delta peak berbasis mikrokontroler yang dapat mempercepat pengisian baterai dan meminimalkan terjadinya efek lazy baterai pada baterai NiMH dan efek memori pada baterai NiCd?

I.3 Maksud dan Tujuan

(19)

Bab I Pendahuluan_________________________________________________2

Universitas Kristen Maranatha I.4 Pembatasan Masalah

Dalam Tugas Akhir ini, dibatasi hal-hal berikut :

1. Menggunakan ADC (analog to digital converter) 8 bit untuk mengukur tegangan baterai.

2. Baterai yang digunakan ialah baterai jenis NiCd dan NiMH 3. Tugas akhir ini tidak membahas proses kimiawi pada baterai.

I.5 Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat yang digunakan pada tugas akhir adalah sebagai berikut : 1. Menggunakan mikrokontroler MCS-51 AT89552

2. Menggunakan ADC (analog to digital converter) 8 bit untuk mengukur tegangan baterai

3. Menggunakan thermal switch 60 derajat celcius

4. Baterai NiCd 1,2V 700 mAh dan NiMH 1,2V 1000mAh

I.6 Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan laporan tugas akhir ini dibagi menjadi 5 bab yang disusun sebagai berikut :

• Bab I Pendahuluan

Bab ini membahas tentang latar belakang, identifikasi masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat dan sistematika pembahasan.

• Bab II Landasan Teori

Bab ini membahas tentang landasan teori dari Mikrokontroler MCS-51, Analog to Digital Converter (ADC), Thermal Switches, Baterai NiCd-NiMH, Memory Effect, Proses Delta Peak, dan Transistor Darlington. • Bab III Perancangan Alat

(20)

Bab I Pendahuluan_________________________________________________3

Universitas Kristen Maranatha • Bab IV Data Pengamatan dan Analisis Data

Bab ini berisi tentang data pengamatan, dan analisis data dari proses charging, discharging, delta peak dan kondisi lazy battery.

• Bab V Kesimpulan dan Saran

(21)

Bab V. Kesimpulan dan Saran_________________________________________

39 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini akan memberikan kesimpulan serta saran dari perancangan dan realisasi prototipe reflect charger berdasarkan percobaan dan data pengamatan yang telah dilakukan.

5.1 Kesimpulan.

1. Rancangan Reflect Charger telah dapat menerapkan metoda Delta Peak untuk mengetahui kapan kapasitas baterai telah penuh

2. Rancangan Reflect Charger telah dapat mengisi baterai NiMH Maxtor 1000mAh secara lebih cepat dari Charger Maxtor MG-826. Pengisian baterai NiMH 1000mAh dengan menggunakan Rancangan Reflect Charger membutuhkan waktu 38 menit 28 detik, lebih cepat 1 jam 9 menit 29 detik (1,8 kali) dibandingkan Maxtor MG-826 (1 jam 47 menit 57 detik).

3. Rancangan Reflect Charger telah dapat mengisi baterai NiCD Sanyo 700mAh secara lebih cepat dari Charger Maxtor MG-826. Pengisian baterai NiCd dengan menggunakan Rancangan Reflect Charger membutuhkan waktu 20 menit 30 detik, lebih cepat 1 jam 4 menit 19 detik (3,13 kali) dibandingkan Maxtor MG-826 (1jam 24 menit 49 detik)

4. Baterai NiMH 1000mAh yang di charge dengan Rancangan Reflect Charger (baterai normal) dibandingkan dengan baterai yang sama tapi dikondisikan mengalami Lazy Baterai ketika keduanya di didischarge dengan resistor 1 ohm, ketika diamati maka:

a) Tegangan stabilnya : baterai normal (0,9 _– 0,95V) lebih tinggi 0,1V dibanding baterai lazy (0,8_– 0,85V)

(22)

Bab V. Kesimpulan dan Saran_______________________________________40

Universitas Kristen Maranatha 5.2 Saran

1. Mikrokontroler AT89S52 dapat diganti dengan Mikrontroler lainnya seperti ATMEGA16 karena memiliki ADC integrated 10 bit, sehingga lebih teliti dibanding ADC0804 8 bit.

2. Penelitian terhadap karakeristik baterai sebaiknya dilakukan dengan kuantitas lebih banyak serta lebih mendalam, sehingga sifat– sifat dari baterai dapat diperkirakan dengan lebih pasti.

3. Komponen - komponen yang berfungsi untuk menyuplai maupun

(23)

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.atmel.com, juni 2005 2. http://www.batteryuniversity.com 3. http://www.datasheet4u.com 4. http://www.howstuffworks.com 5. http://www.wikipedia.com

6. Johnson, Curtis D., “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice-Hall, USA, 1997

7. Malvino, Albert Paul, “Electronic Principles”, fifth edition, McGraw-Hill Book, USA, 1993

8. Petruzella, Frank D., “Elektronika Industri”,edisi kedua, Sumanti, Andi, Yogyakarta, 2001

9. Pratisto, “Agar Baterai Tetap Tokcer Edisi Khusus Hardware”, CHIP computer & communication, Indonesia, 2003

10. Putra, Agfianto Eko, “Belajar Mikrokontroler AT89S51/52/55 Teori dan Aplikasi”, edisi pertama, Gava Media, Yogyakarta, 2002