HYBRIDISASI TENAGA LISITRIK PLN DAN TENAGA LISTRIK PANEL SURYA MENGGUNAKKAN SENSOR
INA129 BERBASIS ARDUINO MEGA328
TUGAS AKHIR
TATANG EKO SUMANTRI SYAM 152408031
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
HYBRIDISASI TENAGA LISITRIK PLN DAN TENAGA LISTRIK PANEL SURYA MENGGUNAKKAN SENSOR INA129 BERBASIS
ARDUINO MEGA328
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
TATANG EKO SUMANTRI SYAM 152408031
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PERNYATAAN ORISINALITAS
HYBRIDISASI TENAGA LISITRIK PLN DAN TENAGA LISTRIK PANEL SURYA MENGGUNAKKAN SENSOR INA129 BERBASIS
ARDUINO MEGA328
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,09 Juli 2018
Tatang Eko Sumantri Syam NIM : 152408031
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah swt atas segala keberkahan dan rahmat yang dikaruniakan-Nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan proyek ini.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang sangat membantu penulis dalam penyusunan proyek ini sehingga dapat selesai. Terima kasih kepada:
1. Ayah dan Mama tercinta yang senantiasa memberikan dukungan do’a, moril dan material serta bimbingan yang sangat membantu penulis.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Ibu Dr. Nursahara Paribu, M.Sc selaku Pembantu Dekan I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Drs. Takdir Tamba,M.Eng, Sc selaku Ketua Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution,M.Scselaku Dosen Pembimbing penulis, yang telah banyak memberikan pengarahan dan bimbingan kepada penulis.
6. Seluruh Staff Pengajar / Pegawai program studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
7. Abangda Wahyudi yang telah memberikan bantuan berupa ilmu dalam menyelesaikan Proyek.
8. Teman-teman seperjuangan D-3 Fisika yang memberikan bantuan penulis dalam menyelesaikan Proyek.
9. Semua pihak yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan Proyek.
Penulis menyadari bahwa proyek ini masih jauh dari kesempurnaan.
Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritikan yang membangun dari pembaca.
Akhir kata, penulis berharap proyek ini tidak hanya sebagai tanggung jawab perkuliahan saja namun dapat bermanfaat juga bagi pihak-pihak yang berkepentingan.
Medan, 9 Juli 2018
Tatang Eko Sumantri Syam
HYBRIDISASI TENAGA LISITRIK PLN DAN TENAGA LISTRIK PANEL SURYA MENGGUNAKKAN SENSOR
INA129 BERBASIS ARDUINO MEGA328
ABSTRAK
Energi surya memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan manusia. Salah satunya adalah sebagai solusi energi terbarukan pada sistem hybrid antara fotovoltaik (PLTS) dan PLN untuk mengatasi masalah tersebut. Salah satu komponen penting dalam pembuatan pembangkit listrik tenaga surya adalah solar charge controller. Pada prinsipnya pengisisan muatan baterai adalah dengan cara mengaliri baterai dengan arus listrik secara terus menerus. Pengisisan dihentikan ketika beterai telah sampai tegangan maksimumnya, yaitu pada tegangan 12 V DC. Jika baterai telah mencapai tegangan maksimumnya tetapi tetap dilakukan pengisian maka akan meninggalkan kerugian yaitu pemborosan energi listrik serta akan terjadi pemanasan berlebihan pada baterai yang akan memperpendek umurnya. Untuk menghindari kerugian tersebut, maka akan lebih baik jika charger dapat bekerja secara otomatis untuk mengisi baterai jika baterai itu kosong muatannya, yaitu pada tegangan 5 V DC. Dengan demikian tegangan tidak stabil akibat beban bisa dihindari. Sistem pengendali ini menggunakan module relay dan relay 220 V sebagai switch dan kontrolernya dengan mikrokontroler ATMega328.
Kata kunci : energi surya, charging, baterai, switch, mikrokontroller .
HYBRID ELECTRIC POWER PLN AND SOLAR CELL POWER USING ARDUINO MEGA328 INA129 SENSOR
ABSTRACT
Solar energy has many applications in human life. One of them is as a renewable energy solution on hybrid system between photovoltaic (PLTS) and PLN to overcome the problem. One important component in the manufacture of solar power plants is the solar charge controller. In principle, charging the battery charge is by flowing the battery with an electric current continuously. The filling is stopped when the batter has reached its maximum voltage, ie at a voltage of 12 V DC. If the battery has reached its maximum voltage but still done charging it will leave a loss that is waste of electrical energy and there will be excessive heating of the battery that will shorten its life. To avoid such losses, it would be better if the charger can work automatically to charge the battery if the battery is empty charge, ie at 5 V DC voltage. Thus the voltage is unstable due to the load can be avoided. This control system uses a relay module and relay 220 V as a switchanditscontrollerwithATMega328microntroler
Keywords: solar energy, charging, battery, switch, microcontroller.
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN LAPORAN PROYEK i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Metode Penulisan 3
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) 5
2.2 Paanel Surya 5
2.2.1 Jenis jenis Panel Surya 6
2.3 Charger acaontroller 7
2.3.1 Alat Pengaturan Pengisian Bateray PWM 8 2.3.2 Alat Pengaturan Pengisian Bateray MPPT 8
2.4 Bateray 10
2.4.1 Cara pengisian Bateray 10
2.5 Inverter 11
2.5.1 Jenis-Jenis Inverter DC ke AC 12
2.5.2 Inverter Setengah Gelombang 13
2.5.3 Inverter Gelombang Penuh 13
2.6 Arduino 14
2.6.1 Daya (Power) 15
2.6.2 Memori 16
2.6.3 Input dan Output 17
2.6.4 Komunikasi 18
2.6.5 Programming 18
2.6.6 Reset Otomatis (Software) 19
2.6.7 Proteksi Arus Lebih USB 20
2.6.8 Karakteristik Fisik
2.7 LCD 16X2 (Liquid Crystal Display) 20
2.7.1 Fungsi Pin-pin LCD 21
2.7.2 Pengalamatan LCD 24
2.8 Regulator 25 2.9 Sensor Tegangan INA129 (Voltage Sensor) 28
2.10 Relay 29
2.10.1 Fungsi Relay 30
2.10.2 Cara Kerja Relay 30
2.10.3 Modul Relay 31
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 32
3.1 Diagram Blok Rangkaian 32
3.1.1 Fungsi Tiap Blok 32
3.2 Rangkaian Penstabil Tegangan (Regulator) 32
3.3 Rangkaian Arduino 33
3.4 Rangkaian Sensor INA129 34
3.5 Perancang Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 35
3.6 Rangkaian Arduino Uno Beserta Relay 37
3.7 Rangkaian Sistem Keseluruhan Alat 38
3.8 Flowchart 39
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 40
4.1 Pengujian Sensor INA129 40
4.2 Pengujian Rangkaian LCD 16X2 41
4.3 Pengujian Rangkaian Regulator 42
4.4 Pengujian Rangkaian Keseluruhan Alat 43
BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 46
DAFTAR PUSTAKA 47
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
2.1 Deskripsi Arduino 7
2.2 Konfigurasi Pin SHT-10 16
2.3 Operasi Dasar LCD 18
2.4 Konfigurasi Pin LCD 18
2.5 Konfigurasi Pin LCD 19
DAFTAR GAMBAR
2.1 Tanah 5
2.2 Arduino Uno 5
2.3 Sensor SHT-10 14
2.4 Blok Diagram SHT-10 15
2.5 Skema Pengambilan Data 15
2.6 LCD 2x16 16
2.7 LCD Seiko M1632 17
2.8 Zener Regulator 20
2.9 Regulator Zener Follower 22
2.10 Basic Op-Amp Series Regulator 23
2.11 Ic Regulator 7805 23
3.1 Diagram Blok Rangkaian 24
3.2 Rangkaian Regulator 25
3.3 Rangkaian Arduino 26
3.4 Rangkaian Sensor SHT10 26
3.5 Rangkaian LCD yang dihubungkan ke arduino 27
3.6 Rangkaian Arduino Uno Beserta Sensor 28
3.7 Flowchart Sistem 29
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada saat ini kebutuhan akan sumber energi menjadi salah satu kebutuhan utama. Akan tetapi pada daerah-daerah tertentu untuk mendapatkan layanan penerangan secara maksimal masih sulit. Hal ini dikarenakan sumber energi listrik yang kurang. Oleh karena masalah tersebut, maka dicari teknologi baru untuk menggantikan sumber energi listrik. Salah satu caranya adalah dengan memakai energi matahari yang sangat berlimpah dan tidak akan habis jika digunakan terus- menerus. Dengan menggabungkan dua sumber energi yang telah ada, maka didapatkan cara untuk mengurangi pemakaian sumber listrik PLN yang terbatas.
Keuntungan yang dapat diperoleh dari alat ini adalah tidak perlu mengganti sumber energi yang akan dipakai karena alat ini secara otomatis akan mengatur penggantian pemakaian energi PLN dan energi surya.
Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan dalam menunjang kehidupan manusia dewasa ini. Energi listrik dapat dikatakan menjadi kebutuhan primer masyarakat Indonesia, baik yang tinggal di kota besar maupun yang menetap di pelosok atau pedesaan. Penggunaan energi listrik ini sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil. Penggunaan bahan bakar yang berasal dari fosil ini telah menimbulkan banyak masalah. Diantaranya adalah masalah lingkungan, kesehatan, ekonomi, dan bahkan berpotensi menimbulkan konflik internasional akibat sengketa penguasaan lahan kaya sumber energi fosil. Sebagian kecil yang berasal dari sumber energi terbarukan. Salah satunya adalah dengan pemanfaatan energi surya.
Energi surya adalah energi yang berupa panas dan cahaya yang dipancarkan oleh matahari. Matahari adalah sumber energi yang memancarkan energi sangat besar ke permukaan bumi. Permeter persegi permukaan bumi menerima hingga 1000 watt energi matahari. Sekitar 30% energi tersebut dipantulkan kembali luar angkasa, dan sisanya diserap oleh awan, lautan, dan daratan. Jumlah energi yang
diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan bumi sekitar 3.850.000 eksajoule (EJ) per tahun.
Indonesia memiliki potensi energi surya yang melimpah karena letaknya yang berada di garis katulistiwa. Namun melimpahnya sumber energi surya di Indonesia belum dimanfaatkan secara optimal. sekitar 4.8 KWh/m2 atau setara dengan 112.000 GWp energi surya yang dimiliki Indonesia. Dari total potensi energi surya tersebut, Indonesia masih memanfaatkan sekitar 10 MWp. Saat ini pemerintah telah mengeluarkan roadmap pemanfaatan energi surya yang menargetkan kapasitas PLTS terpasang hingga tahun 2025 adalah sebesar 0.87 GW atau sekitar 50 MWp/tahun. Jumlah ini menjadi potensi untuk perkembangan PLTS.
Dengan demikian, pemanfaatan teknologi sel surya tersebut dapat menghemat penggunaan energi listrik yang berasal dari PLN dengan mengambil energi listrik yang telah diubah oleh fotovoltaik untuk memenuhi kebutuhan manusia dalam segala bidang. Berdasarkan pemaran diatas, penulis membuat proyek yang berjudul: HYBRIDISASI TENAGA LISTRIK PLN DAN TENAGA LISTRIK PANEL SURYA MENGGUNAKAN SENSOR TEGANGAN (INA129) BERBASIS ARDUINO UNO R3.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan dari proyek ini adalah menentukan spesikfikasi dan dimensi solar panel yang akan digunakan dalam perancangan alat, merancang sensor tegangan untuk membaca arus pada batray, merancang alat otomatis yang diginakan untuk melakukan switch on/of pada bateray, dan meentukan tampilan LCD untuk menunjukan sumber tegangan apa yang sedang digunakan dan kondisi bateray.
1.3 Tujuan penelitan
Adapun penulisan laporan proyek ini adalah untuk:
1. Sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan program Diploma III Fisika FMIPA, Universitas Sumatera Utara.
2. Merancang dan membuat suatu alat ukur tegangan menggunakan sensor tegangan (Voltage Sensor).
3. Merancang dan membuat alat hybridisasi tenaga listrik pln dan tenaga listrik panel surya.
4. Mengetahui system kerja alat hybrid tenaga listrik PLN dan tenaga listrik panel surya
5. Pengembangan kreatifitas mahasiswa dalam bidang ilmu instrumentasi pengontrolan dan elektronika sebagai bidang diketahui.
6. Memberikan penjelasan tentang cara kerja dan aplikasi hybridisai tenaga listrik pln dan tenaga listrik panel surya.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam laporan proyek ini adalah : 1. Pembahasan Mikrokontroler Arduino Uno R3.
2. Sensor yang digunakan adalah sensor tegangan INA129.
3. Program yang digunakan adalah Arduino IDE.
4. Informasi pembacaan sensor tegangan ditampilkan pada LCD 16x2.
1.5 Metodologi Penulisan
Adapun metode penulisan yang digunakan dalam menyusun dan menganalisa tugas akhir ini adalah:
1. Studi Literatur
Mempelajari dan mengambil data-data dari pengetahuan pustaka, pengetahuan kuliah, serta mengkaji referensi berupa buku, majalah, jurnal, artikel-artikel dari internet yang kemudian dianalisis dan ditulis secara sistematis menjadi sebuah bahan penelitian.
2. Konsultasi dan Diskusi
Melakukan konsultasi dengan pembimbing instansi, dosen pembimbing serta berdiskusi dengan orang yang memiliki kompetensi di bidang elektronika, jaringan komunikasi, dan pemrograman untuk mendapatkan saran serta masukan yang bermanfaat.
3. Pengumpulan Bahan
Bahan yang dibutuhkan adalah sensor tegangan, rellay, solar cell, batrai 12 volt, inventer,charger controller, Mikrokontroller Arduino Uno R3, dan LCD 16x2 .
4. Perencanaan dan Pembuatan Alat
Merencanakan peralatan yang telah dirancang baik software maupun hardware.
5. Pengujian Alat
Peralatan yang telah dibuat kemudian diuji apakah telah sesuai yang telah direncanakan.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, yaitu:
BAB 1 : PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, metodologi pembahasan, dan sistematika penulisan dari penulisan laporan proyek ini.
BAB 2 : LANDASAN TEORI
Membahas tentang matahari, sensor tegangan, arduino, dan alat – alat pendukung lainnya.
BAB 3 : PERANCANGAN SISTEM
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
BAB 4 : PENGUJIAN RANGKAIAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat.
BAB 5 : PENUTUP
Merupakan kesimpulan dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya dan kemungkinan pengembangan alat.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan jenis pembangkit listrik yang dapat mengubah energi surya menjadi listrik. Pembangkit listrik ini merupakan salah satu bentuk pemanfaatan energi matahari (energi surya) menjadi salah satu sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Secara umum, ada dua cara pembangkit listrik tenaga surya untuk dapat menghasilkan energi listrik, yaitu :
a. Solar Thermal Power Plants (Pembangkit Listrik Surya Termal)
Dalam pembangkit ini, energi matahari digunakan secara terkonsentrasi untuk memanaskan suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air. Air yang panas akan menghasilkan uap yang mana digunakan untuk memutar turbin sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Oleh karena itu pembangkit ini dikenal dengan pembangkit listrik surya terkonsentrasi (Concentrated Solar Power Plants).
b. Solar Photovoltaic Plants (Pembangkit Listrik Surya Fotovoltaik)
Pemnbangkit jenis ini sangat sederhana, yaitu dengan memasang beberapa panel surya secara sejajar. Masing-masing.
panel akan mengumpulkan energi cahaya dan mengkonversikannya secara langsung menjadi energi listrik. Namun pembangkit listrik surya fotofoltaik saat ini masih jarang ditemukan, hal ini dikarenakan pembangkit listrik surya termal saat ini lebih efisien untuk memproduksi energi listrik dalam skala besar.
2.2. Panel Surya
Panel surya atau fotovoltaik sebuah alat yang mengubah cahaya menjadi energi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Dimana dalam sinar matahari terkandung energi dalam bentuk foton. Ketika foton mengenai permukaan sel surya, elektron - elektronnya akan tereksitasi dan menimbulkan aliran listrik Fotovoltaik pertamakali dikembangkan pada tahun 1954 oleh para peneliti di Bell
Telephone yang mempelajari sensitivitas wafer silikon terhadap sinar matahari.
Dimulai pada akhir 1950-an, fotovoltaik digunakan sebagai sumber daya bagi satelit ruang angkasa Amerika Serikat. Fotovoltaik berikutnya banyak digunakan untuk perangkat elektronik kecil seperti kalkulator dan jam tangan dan untuk menyediakan listrik di daerah terpencil atau tempat yang tidak tersedia jaringan tenaga listrik. Kinerja fotovoltaik bergantung pada sinar matahari.
Gambar 2.1 Panel Surya
2.2.1 Jenis-jenis panel surya
Bahan dasar untuk membuat solar cell adalah crystalline silicon. Oleh dari itu pengelompokan solar cell pun berdasarkan susunan crystalline silicon pada solar cell itu sendiri.
1. Monokristal (Mono-crystalline)
Tipe monokristal merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi terkini karena menghasilkan daya listrik yang paling tinggi. Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Tipe ini memiliki tingkat efisiensi mencapai 15%. Kelemahan dari tipe ini adalah tidak berfungsi dengan baik pada tempat yang cahaya mataharinya kurang (mendung), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.
2. Polikristal (Poly – crystalline)
Tipe ini memiliki susunan kristal acak karena dibuat dengan proses pengecoran. Untuk menghasilkan daya listrik yang sama dengan monokristal, tipe ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar. Panel
surya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan tipe monokristal, sehingga memiliki harga yang lebih rendah.
3. Thin Film Photovoltaic
Tipe ini merupakan panel surya dengan 2 struktur lapisan tipis, yaitu mikrokristal-silikon dan amorf dengan efisiensi 8,5%. Perkembangan terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi daripada panel jenis lain dengan daya yang setara.
2.3 Charger Controller
Charge Controller adalah rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian aki atau rangkaian aki (Battery Bank). Tegangan DC yang dihasilkan oleh panel sel surya umumnya bervariasi 12 volt ke-atas. Kontroler ini berfungsi sebagai alat pengatur tegangan aki agar tidak melampaui batas toleransi dayanya.
Disamping itu, alat pengontrol ini juga mencegah pengaliran arus dari aki mengalir balik ke panel sel surya ketika proses pengisian sedang tidak berlangsung (misalnya pada malam hari) sehingga aki yang sudah dicas tidak terkuras tenaganya. Apabila aki atau rangkaian aki sudah penuh terisi, maka aliran DC dari panel surya akan diputuskan agar aki itu tidak lagi menjalani pnngisian sehingga pengerusakan terhadap baterai bisa dicegah dan usia aki bisa diperpanjang. Pengendalian proses pengisian aki dengan membuka dan menutup aliran arus DC dari panel surya ke aki adalah fungsi yang paling dasar sebuah charger controller.
Gambar 2.2 Charger controler.
2.3.1 Alat pengaturan oengisian bateray PWM (Pulse Widh Modulation) Charger controller PWM (Pulse Width Modulation) adalah alat pengontrol pengisian yang berfungsi mengecas aki dari panel surya dengan mengunakan modulasi pulsa untuk mengendalikan keberlangsungan pengisian.
Ketika aki mendekati kondisi terisi penuh, alat PWM akan perlahan-lahan menurunkan jumlah daya yang masuk ke baterai demi untuk mengurangi stres pada aki tersebut. Alat pengecas PWM banyak terdapat di pasaran, harganya juga lebih murah, dan tersedia dalam berbagai ukuran untuk aplikasi yang luas.
Keterbatasan kontroler PWM antara lain yaitu ukuran tegangan alat pengecas harus sesuai dengan tegangan bank baterai, dan kapasitas alat PWM biasanya terbatas pada 60 amper (maksimum).
2.3.2 Alat pengatur pengisian bateray MPPT
Semua panel surya PV berkekuatan dalam satuan Wats. Ini mengidentifikasikan daya potensial yang dapat dihasilkan oleh panel PV tersebut ketika dipancari oleh sinar matahari. Kalau kita kalikan tegangan maksimum (Vmp) dengan arus maksimum (Imp) yang tercantum pada label panel PV itu, maka akan dapat kita tentukan kapasitas panel itu dalam satuan Watt. Sebagai contoh, label panel surya PV mencantumkan spesifikasi berikut :
Imp = 8,1A Vmp = 29,7V MPPT = Yes
maka kapasitas tenaga panel itu adalah 29,7 X 8,1 = 240 Watt.
Untuk menghasilkan kapasitas tenaga 240W, modul PV harus beroperasi pada voltase 29,7V dan arus 8,1A. Perlu kita ingat bahwa panel surya PV adalah perangkat berarus konstan. Tetapi apabila aki yang dicas itu bertegangan dibawah voltase modul PV, tegangan operasi panel surya akan menyesuaikan dengan voltase aki. Jadi kalau voltase aki 12V, tegangan operasi panel akan merosot dari 29,7V ke kisaran 12V. Dengan demikian, kinerja panel surya bukan lagi 240W
tetapi outputnya menjadi 12V x 8,1A = 97,2W. Hal ini membuat sistem surya kita kehilangan tenaga sebesar 142,8W (240-97,2), yaitu 59,5% dari tenaga panel surya tidak dimanfaatkan. Kerugian sebesar ini sangat disayangkan sekali.
Untuk mengatasi masalah kesusutan tersebut diatas, perlu diterapkan controller pengisian aki yang dilengkapi dengan filtur MPPT agar tenaga 240W dari panel surya bisa diperoleh semaksimal mungkin. MPPT adalah singkatan Maximum Power Point Tracking merupakan perangkat elektronik yang terdapat pada alat pengatur pengisian aki yang dapat mengoptimalkan kenerja antara panel surya (panel PV) dan bank aki. Dengan kata lain, alat ini mampu mengkonversi tegangan tinggi output DC dari panel surya ke tegangan lebih rendah yang diperlukan aki / bank aki. Dalam proses pengisian ini, mekanisme MPPT juga malakukan peningkatan arus DC (amper) yang dicas ke aki / bank aki.
Kita kembali lagi ke contoh perhitungan di atas. Dengan MPPT, alat pengatur pengisian aki menjaga kestabilan tegangan 29,7V, sehingga tenaga yang di tarik dari modul surya tetap 240W dan controller pengecas aki ini kemudian mengkonversi tegangan yang 29,7V ke 12V untuk menyesuaikan dengan voltase aki. Dengan demikian arus yang masuk ke aki menjadi 20A (240W / 12V). Jadi daya arus yang diperoleh aki adalah 20A dan bukan lagi 8,1A seperti yang di hasilkan oleh alat pengatur pengisian jenis PWM. Perbedaan antara kedua jenis controller pengisian aki sudah sangat jelas. Dengan peningkatan daya arus sebesar 11,9A (20A-8,1A), MPPT jauh lebih efisien dari pada PWM.
2.4 Bateray
Bateray merupakan alat listrik-kimiawi yang penyimpan tenaga listrik arus searah (DC). Penggunaan baterai hanya bersifat sementara karena baterai harus diisi ulang untuk tetap dapat digunakan.
Gambar 2.3 Bateray.
2.4.1 Cara pengisian Bateray
Pada umumnya terdapat 2 jenis elemen, yaitu elemen primer (sel kering), seperti baterai volta dan elemen sekunder (baterai basah), contohnya baterai.
Elemen primer hanya terdiri dari satu sel saja dan tidak dapat digunakan lagi jika sudah habis terpakai. Sedangkan elemen sekunder tersusun dari beberapa sel dan dapat dipakai kembali walaupun energinya telah habis dipakai dengan cara diisi.
Ada 3 cara pengisian baterai, yaitu :
1. Pengisian perawatan (maintenance charging)
Pengisian perawatan ini digunakan untuk mengimbangi kehilangan isi (selfdis charge), dilakukan dengan menggunakan arus rendah sebesar 1/1000 dari kapasitas baterai. Pada umumnya dilakukan pada baterai tak terpakai untuk mencegah proses penyulfatan. Contohnya bila baterai memiliki kapasitas 60 Ah, maka besarnya arus pengisian perawatan adalah mA (miliAmpere).
2. Pengisian lambat (slow charging).
Pengisian lambat merupakan metodepengisian yang normal. Besarnya arus yang digunakan untuk mengisi baterai hanya 1/10 dari kapasitas bateray . Bila baterai memiliki kapasitas 60 Ah maka besarnya arus pengisian lambat adalah 6,0 A. Waktu pengisian ini bergantung pada kapasitas baterai, keadaan baterai pada permulaan pengisian, dan besarnya arus pengisian.
3. Pengisian cepat (fast charging)
Pengisian cepat menggunakan arus yang besar yaitu mencapai 60-100 A pada waktu yang singkat, di mana baterai akan terisi tiga per empatnya.
Fungsi pengisian cepat adalah memberikan baterai suatu pengisian yang memungkinkannya dapat menghidupkan motor yang selanjutnya generator memberikan pengisian ke baterai.
2.5 Inverter
Solar panel menghasilkan energi listrik searah (DC). Tetapi pada umumnya alat-alat elektronik menggunakan energi listrik bolak-balik (AC). Oleh karena itulah dibutuhkan inverter untuk mengubah tegangan DC tersebut menjadi
tegangan AC. Komponen penyusun utama inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Inverter dalam proses konversi tegangn DC menjadi tegangan AC membutuhkan suatu penaik tegangan berupa step up transformer.
Gambar 2.4 Inverter
2.5.1 Jenis – Jenis Inverter DC Ke AC
Berdasarkan jumlah fasa output inverter dapat dibedakan dalam : 4. Inverter 1 fasa, yaitu inverter dengan output 1 fasa.
5. Inverter 2 fasa, yaitu inverter dengan output 3 fasa.
Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangan-nya, yaitu :
Voltage Fed Inverter (VFI) yaitu inverter dengan tegangan input yang diatur konstan
Current Fed Inverter (CFI) yaitu inverter dengan arus input yang diatur konstan
Variable dc linked inverter yaitu inverter dengan tegangan input yang dapat diatur
Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi : a. Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan
bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapa memberikan supply
tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik.
b. Sine wave modified inverter, yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik.
c. Square wave inverter, yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM) dalam proses konversi tegangan DC menjadi tegangan AC.
2.5.2 Inverter Setengah Gelombang
Gambar 2.5 Inverter stengah gelombang
Prinsip kerja dari inverter satu fasa dapat dijelaskan dengan gambar diatas.
Ketika transistor Q1 yang hidup untuk waktu T0/2, tegangan pada beban V0 sebesar Vs/2. Jika transistor Q2 hanya hidup untuk T0/2, Vs/2 akan melewati beban. Q1 dan Q2 dirancang untuk bekerja saling bergantian. Pada gambar diatas juag menunjukkan bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus transistor dengan beban resistif. Inverter jenis ini membutuhkan dua sumber DC (sumber
tegangan DC simetris), dan ketika transistor off tegangan balik pada Vs menjadi Vs/2.
2.5.3 Inverter Gelombang Penuh
Gambar 2.6 inverter gelombang penuh
Rangkaian dasar inverter gelombang penuh dan bentuk gelombang output dengan beban resistif ditunjukkan pada gambar diatas. Ketika transistor Q1 dan Q2 bekerja (ON), tegangan Vs akan mengalir ke beban tetapi Q3 dan Q4 tidak bekerja (OFF). Selanjutnya, transistor Q3 dan Q4 bekerja (ON) sedangkan Q1 dan Q2 tidak bekerja (OFF), maka pada beban akan timbul tegangan –Vs.
2.6 Arduino
Arduino Uno adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino Uno mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino Uno memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Gambar 2.7 Arduino uno
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino Uno tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok dengan board yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang ke-dua ini merupakan sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk tujuan kedepannya
Sirkit RESET yang lebih kuat
Atmega 16U2 menggantikan 8U2
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk menandakan keluaran (produk) Arduino 1.0 selanjutnya. Arduino Uno dan versi 1.0 akan menjadi referensi untuk versi-versi Arduino selanjutnya. Arduino Uno adalah
sebuah seri terakhir dari board Arduino USB dan model referensi untuk papan Arduino, untuk suatu perbandingan dengan versi sebelumnya, lihat indeks dari board Arduino.
Tabel 2.1 Deskripsi arduino
Mikrokontroler ATmega328
Tegangan pengoperasian 5V
Tegangan input yang
disarankan 7-12V
Batas tegangan input 6-20V
Jumlah pin I/O digital 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog 6
Arus DC tiap pin I/O 40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA
Memori Flash 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 Hz
2.6.1 Daya (Power)
Arduino Uno dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER.
Board Arduino Uno dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board Arduino Uno bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board Arduino Uno. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt.
Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika board sedang menggunakan sumber suplay eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang diatur). Kita dapat menyuplai tegangan melalui pin ini, atau jika penyuplaian tegangan melalui power jack, aksesnya melalui pin ini.
5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt yang diatur dari regulator pada board. Board dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC power jack (7-12V), USB connector (5V), atau pin VIN dari board (7-12).
Penyuplaian tegangan melalui pin 5V atau 3,3V membypass regulator, dan dapat membahayakan board. Hal itu tidak dianjurkan.
3V3. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh regulator pada board. Arus maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA.
GND. Pin ground.
2.6.2 Memori
ATmega328 mempunyai 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader). ATmega 328 juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis (RW/read and written) dengan EEPROM library).
2.6.3 Input dan Output
Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pin Mode, digital Write, dan digital Read. Fungsi- fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi- fungsi spesial:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan memancarkan (TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip serial Atmega8U2 USB-ke-TTL.
External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk dipicu sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attach Interrupt untuk lebih jelasnya.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi analogWrite.
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport komunikasi SPI menggunakan SPI library.
LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13.
Ketika pin bernilai HIGH led menyala, ketika pin bernilai LOW led mati.
Arduino Uno mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda).
Secara default, 6 input analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analog Reference. Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi spesial:
TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi TWI dengan menggunakan Wire library.
Ada sepasang pin lainnya pada board:
AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analog Reference.
Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset mikrokontroler. Secara khusus, digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang memblock sesuatu pada board.
2.6.4 Komunikasi
Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah komputer, Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328 menyediakan serial komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul sebagai sebuah port virtual ke software
pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB COM standar, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Bagaimanapun, pada Windows, sebuah file inf pasti dibutuhkan. Software Arduino mencakup sebuah serial monitor yang memungkinkan data tekstual terkirim ke dan dari board Arduino.
LED RX dan TX pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB pada komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Atmega328 juga mensupport komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Software Arduino mencakup sebuah Wire library untuk memudahkan menggunakan bus I2C.
2.6.5 Programming
Arduino Uno dapat diprogram dengan software Arduino (download). Pilih
“Arduino Uno dari menu Tools > Board (termasuk mikrokontroler pada board).
ATmega328 pada Arduino Uno hadir dengan sebuah bootloader yang memungkinkan kita untuk mengupload kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan pemrogram hardware eksternal. ATmega328 berkomunikasi menggunakan protokol STK500 asli.
Sumber kode firmware ATmega16U2 (atau 8U2 pada board revisi 1 dan revisi 2) tersedia. ATmega16U2/8U2 diload dengan sebuah bootloader DFU, yang dapat diaktifkan dengan:
Pada board Revisi 1: Dengan menghubungkan jumper solder pada belakang board (dekat peta Italy) dan kemudian mereset 8U2
Pada board Revisi 2 atau setelahnya: Ada sebuah resistor yang menarik garis HWB 8U2/16U2 ke ground, dengan itu dapat lebih mudah untuk meletakkan ke dalam mode DFU. Kita dapat menggunakan software Atmel’s FLIP (Windows) atau pemrogram DFU (Mac OS X dan Linux) untuk meload sebuah firmware baru. Atau kita dapat menggunakan header ISP dengan sebuah pemrogram eksternal (mengoverwrite bootloader DFU).
2.6.6 Reset Otomatis (Software)
Dari pada mengharuskan sebuah penekanan fisik dari tombol reset sebelum sebuah penguploadan, Arduino Uno didesain pada sebuah cara yang memungkinkannya untuk direset dengan software yang sedang berjalan pada pada komputer yang sedang terhubung. Salah satu garis kontrol aliran hardware (DTR) dari ATmega8U2/16U2 sihubungkan ke garis reset dari ATmega328 melalui sebuah kapasitor 100 nanofarad. Ketika saluran ini dipaksakan (diambil rendah), garis reset jatuh cukup panjang untuk mereset chip. Software Arduino menggunakan kemampuan ini untuk memungkinkan kita untuk mengupload kode dengan mudah menekan tombol upload di software Arduino. Ini berarti bahwa bootloader dapat mempunyai sebuah batas waktu yang lebih singkat, sebagai penurunan dari DTR yang dapat menjadi koordinasi yang baik dengan memulai penguploadan.
Pengaturan ini mempunyai implikasi. Ketika Arduino Uno dihubungkan ke sebuah komputer lain yang sedang running menggunakan OS Mac X atau Linux, Arduino Uno mereset setiap kali sebuah koneksi dibuat dari software (melalui USB). Untuk berikutnya, setengah-detik atau lebih, bootloader sedang berjalan pada Arduino Uno. Ketika Arduino Uno diprogram untuk mengabaikan data yang cacat/salah (contohnya apa saja selain sebuah penguploadan kode baru) untuk menahan beberapa bit pertama dari data yang dikirim ke board setelah sebuah koneksi dibuka. Jika sebuah sketch sedang berjalan pada board menerima satu kali konfigurasi atau data lain ketika sketch pertama mulai, memastikan bahwa software yang berkomunikasi menunggu satu detik setelah membuka koneksi dan sebelum mengirim data ini.
Arduino Uno berisikan sebuah jejak yang dapat di hapus untuk mencegah reset otomatis. Pad pada salah satu sisi dari jejak dapat di solder bersama untuk mengaktifkan kembali. Pad itu diberi label “RESET-RN” Kita juga dapat menonaktifkan reset otomatis dengan menghubungkan sebuah resistor 110 ohm dari tegangan 5V ke garis reset; lihat thread forum ini untuk lebih jelasnya.
2.6.7 Proteksi Arus lebih USB
Arduino Uno mempunyai sebuah sebuah sekring reset yang memproteksi port USB komputer dari hubungan pendek dan arus lebih. Walaupun sebagian besar komputer menyediakan proteksi internal sendiri, sekring menyediakan sebuah proteksi tambahan. Jika lebih dari 500 mA diterima port USB, sekring secara otomatis akan memutuskan koneksi sampai hubungan pendek atau kelebihan beban hilang.
2.6.8 Karakteristik FIsik
Panjang dan lebar maksimum dari PCB Arduino Uno masing-masingnya adalah 2.7 dan 2.1 inci, dengan konektor USB dan power jack yang memperluas dimensinya. Empat lubang sekrup memungkinkan board untuk dipasangkan ke sebuah permukaan atau kotak. Sebagai catatan, bahwa jarak antara pin digital 7 dan 8 adalah 160 mil. (0.16"), bukan sebuah kelipatan genap dari jarak 100 mil dari pin lainnya.
2.7 LCD 16X2 (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan suatu media penampilan data yang sangat efektif dan efisien dalam penggunaannya. Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD diperlukan beberapa rangakaian tambahan. Untuk lebih memudahkan para pengguna, maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD. LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian belakang panel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik-titik LCD sehingga dapat menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca.
Gambar 2.8 LCD 16x2
2.7.1 Fungsi Pin-Pin LCD
Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas back lighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu daya, dengan fasilitas pin yang tersedia maka lcd 16 x 2 dapat digunakan secara maksimal untuk menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkas fungsi pin-pin pada LCD dituliskan pada tabel
Tabel 2.2 Fungsi pin LCD 16x2.
Sedangkan secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :
Pin 1 dan 2
Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground.
Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA), menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V cukup untuk beberapa modul.
Pin 3
Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa dirubah untuk memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai dengan kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur kontras.
Pin 4
Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat di transfer dari dan menuju modulnya.
Pin 5
Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter atau informasi status dari register-nya.
Pin 6
Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah- perintah atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display, data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low ke high dan tetap tersedia hingga sinyal low lagi.
Pin 7-14
Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) dimana data dapat di transfer ke dan dari display.
Pin 16
Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/Back Light LCD.
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin Pada LCD 16x2
Pin Simbol Nilai
1. Vss -
2. Vdd/Vcc -
3. Vee -
4. RS 0/1
5. R/W 0/1
6. E 0≥1
7. DBO 0/1
8. DB1 0/1
9. DB2 0/1
No. Simbol Nilai
10. DB3 01
11. DB4 0/1
12. DB5 0/1
13 DB6 0/1
14. DB7 0/1
15. VB+ -
16. VB- -
2.7.2 Pengalamatan LCD
Pengalamatan LCD dimulai dengan menghidupkan modul LCD, karakter kursor pada LCD diposisikan pada awal baris pertama (alamat 00H). Masing- masing sewaktu sebuah karakter dimasukkan, kursor bergerak ke alamat
selanjutnya 01H, 02H dan seterusnya. Sebuah alamat awal yang baru bergerak ke alamat selanjutnya, harus dimasukkan sebagai sebuah perintah. Dengan cara mengirimkan sebuah perintah Set Display Address, nilai 80H. Dengan dua line karakter, baris yang pertama dari karakter, baris pertama mulai pada alamat 00H dan baris ke dua pada alamat 40H. Hubungan antara tata letak alamat-alamat terlihat pada Gambar 2.12 berikut ini.
Gambar 2.9 Pengalamatan LCD.
2.8 Regulator
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu daya agar efek darinaik atau turunnya tegangan jala-jala tidak mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple -nya kecil, tetapi ada masalah stabilitas.
Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun.
Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan DC keluarannya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.
Perlunya Regulator
Ada beberapa alasan yang mungkin diperlukannya sebuah regulator.
a. Fluktuasi tegangan jala-jala
b. Perubahan tegangan akibat beban (loading)
c. Perlu pembatasan arus dan tegangan untuk keperluan tertentu
Ada 4 jenis regulator :
1) Regulator Dengan Zener
Rangkaian regulator yang paling sederhana, zener bekerja pada daerah breakdown sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau :
Namun, rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.
Gambar 2.10 Zener Regulator
2) Regulator Zener Follower
Regulator ini pada dasarnya adalah regulator zener yang dikonfigurasikan dengan sebuah transistor NPN untuk menghasilkan arus yang cukup besar. V BE adalah tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 - 0.7 volt bergantung pada jenis transistor yang digunakan. Dengan mengabaikan arus I B yang mengalir pada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yang diperlukan adalah :
Iz adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat diketahui dari datasheet yang besarnya lebih kurang 20 mA. Jika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base I B pada rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi.
Seperti yang diketahui, besar arus I C akan berbanding lurus terhadap arus I B atau dirumskan dengan :
Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan tansistor darlington yang biasanya memiliki nilai b yang cukup besar. Dengan transistor darlington , arus base yang kecil bisa menghasilkan arus Ic yang lebih besar.
Vout = Vz
R2 = (Vin – Vz) / Iz
IC = ß × IB
Gambar 2.11 Regulator Zener Follower
3) Regulator Op-Amp
Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q. Dioda zener di sini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q, tetapi sebagai tegangan referensi bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari tegangan keluar regulator, yaitu :
Jika tegangan keluar V out menaik, tegangan V in(-) juga akan menaik sampai tegangan ini sama dengan tegangan referensi Vz. Demikian sebaliknya jika tegangan keluar V out menurun, misalnya karena suplai arus ke beban meningkat, Op-amp akan menjaga kestabilan di titik referensi V z dengan memberi arus IB ke transistor Q1 sehingga pada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan:
V in(-) = V z
Dengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus, diperoleh hubungan matematis :
V out = ( (R1+R2)/R2) V z V in(-) = (R2/(R1+R) V out
Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 dan R2.
Gambar 2.12 Basic Op-Amp Series Regulator
4) Regulator IC (itegrated Circuit)
Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ). Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik.Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya, sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut- turut adalah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt.
Gambar 2.13 Ic Regulator 7805
Tabel 2.4 fungsi kaki IC regulator 7805
Pin No. Function Name
1 Input voltage (5V-18V) Input
2 Ground (0V) Ground
3 Regulated output (4.8V-5.2V) Output
2.9 Sensor Tengangan INA29 (Voltage Sensor)
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.
Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Tegangan dan arus adalah parameter dasar dalam dunia elktronika baik digital maupun analog. Dalam eektro tegangan analog dapat langsung diolah, diproses atau dikonversi dalam bentuk atau level lainnya.
Sedangkan dalam dunia digital, tegangan akan dikonversi versi diskritnya dengan ADC (Analog to Digital Converter) atau jika di balik antara digital ke tegangan analog harus menggunakan teknik DAC (Digital to Anaog Converter)
Gambar 2.14 Sensor INA219.
2.10 Relay
Dalam dunia elektronika kita mengenal yang namanya relay. Relay merupakan salah satu jenis komponen elektronika yang banyak diaplikasi di berbagai macam rangkaian elektronika mulai dari yang sederhana sampai dengan yang rumit. Perlu diketahui bahwa relay sebenarnya adalah sebuah saklar elektrik yang digerakkan oleh listrik. Cara kerja relay sebenarnya tak berbeda dibanding
dengan saklar biasa. Perlu diketahui bahwa relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar. Jadi tanpa listrik komponen relay tidak dapat digunakan.
Pada kesempatan kali ini Belajar Elektronika akan mengajak anda semua untuk berbicara lebih lanjut mengenai komponen relay mulai dari pengertiannya, fungsinya, sampai dengan cara kerjanya. Bagi anda yang penasaran dan ingin tahu informasi lebih jelasnya, langsung saja simak baik-baik ulasan terbaru Belajar Elektronika berikut ini.
Gambar 2.15 Relay 8 Pin
Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay juga biasa disebut sebagai komponen electromechanical atau elektromekanikal yang terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal.
Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang yang memiliki tegangan lebih tinggi. Berikut adalah gambar dan juga simbol dari komponen relay.
2.10.1 Fungsi Relay
Seperti yang telah dikatakan tadi bahwa relay memiliki fungsi sebagai saklar elektrik. Namun jika diaplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut adalah beberapa fungsi komponen relay saat diaplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika.
1. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal tegangan rendah
2. Menjalankan fungsi logika alias logic function
3. Memberikan fungsi penundaan waktu alias time delay function
4. Melindungi motor atau komponen lainnya dari kelebihan tegangan atau korsleting
2.10.2 Cara Kerja Relay
Setelah mengetahui pengertian dan fungsi relay, berikut adalah cara kerja atau prinsip kerja relay yang juga harus anda ketahui. Namun sebelumnya anda perlu tahu bahwa dalam sebuah relay terdapat 4 buah bagian penting yakni Electromagnet (Coil), Armature, Switch Contact Point (Saklar), dan Spring.
Untuk info lebih jelasnya silahkan lihat gambar di bawah ini.
Gambar 2.16 Cara kerja relay.
2.10.3 Modul Relay
Modul relay ini dapat digunakan sebagai switch untuk menjalankan berbagai peralatan elektronik. Misalnya Lampu listrik, Motor listrik, dan berbagai peralatan elektronik lainnya.
Kendali ON / OFF switch (relay), sepenuhnya ditentukan oleh nilai output sensor, yang setelah diproses Mikrokontroler akan menghasilkan perintah kepada relay untuk melakukan fungsi ON / OFF.
Gambar 2.17 Modul Relay.
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAAN
3.1 Diagram Blok Rangkaian
Gambar 3.1 Digram blok rangkaian.
3.1.1 Fungsi Dari Setiap Blok
1. Panel surya : Sebagai penyedia sumber arus ke bateray 2. Charger controler : Sebagai pengatur proses pengisian bateray 3. Bateray : Sebagai penyimpan arus
LCD
Panel surya Charger Controller
bateray
Relay 8 pin Inverter
Beban Modul
Relay Arduino Uno
R3 Sensor INA219
PLN
4. Relay : Sebagai switch on/of pada bateray dan PLN 5. Sensor : Sebagai pendeteksi nilai tegangan pada batray 6. inverter : Sebagai peubah arus DC ke AC
7. ATMEGA 328 : Mengkonversi data sensor 8. LCD : Sebagai outpu tampilan
3.2 Rangkaian Penstabil Tegangan (Regulator)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supplay tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Keluaran rangkaian regulator ini yaitu 5 volt, keluaran 5 volt.
Gambar 3.2 Rangkaian Regulator.
Adaptor yang digunakan yaitu adaptor 12 volt, adaptor berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt DC. Regulator tegangan 5 volt (LM7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masuknya. LED sebagai indikator.
3.3 Rangkaian Arduino
Rangkaian Arduino adalah mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Arduino dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau baterai.
Arduino berbeda dari semua papan sebelumnya dalam hal tidak menggunakan FTDI chip driver USB-to-serial. Sebaliknya, fitur Atmega328 diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Revisi 2 dari arduino memiliki resistor pulling 8U2 HWB yang terhubung ke tanah, sehingga lebih mudah untuk menggunakan mode DFU. Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Untuk
sumber daya Eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari adaptor AC-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan memasukkan 2.1mm jack DC ke colokan listrik board. Baterai dapat dimasukkan pada pin header Gnd dan Vin dari konektor daya.
Gambar 3.3 Gambar Rangkaian Arduino
3.4 Perancang rangkaian Arduino Uno Beserta Sensor INA129
Sensor tegangan dapat digunakan untuk mengukur tegangan AC maupun DC, walau demikian algoritma pengukuran yang diterapkan tidaklah sama.
Tegangan DC relatif bernilai konstan sehingga mudah untuk diukur, berbeda halnya dengan tegangan AC yang terus berubah sesuai bentuk gelombang sinus dan memiliki magnitude tegangan dalam wilayah positif dan negatif. Besaran tegangan efektif AC dapat diketahui apabila tegangan maksimum/puncak diketahui. Dengan menggunakan algoritma yang tepat dan persamaan matematis yang berkesesuaian, nilai maksimum dan nilai efektif tegangan AC dapat ditemukan.
Gambar 3.4 ragkaian sensor INA129.
3.5 Perancang Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena arduino dapat memberikan data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi-M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensiometer sebesar `10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Gambar 3.5 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Gambar 3.5 Rangkaian LCD yang dihubungkan ke arduino.
Rangkaian ini terhubung ke PB.0-PB.6, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Arduino Uno. Dari gambar 3.6, LCD yang digunakan pada alat ini mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 2x16, dengan 16 pin konektor, yang didefinisikan sebagai berikut:
Gambar 3.6. LCD Character 16x2
Modul LCD terdiri dari sejumlah memori yang digunakan untuk display.
Semua teks yang dituliskan ke modul LCD akan disimpan di dalam memori ini, dan modul LCD secara berturutan membaca memori ini untuk menampilkan teks ke modul LCD.
Gambar 3.7. Peta Memori LCD Character 16x2
Pada gambar 3.7, daerah yang berwarna biru (00 s/d 0F dan 40 s/d 4F) adalah display yang tampak. Jumlahnya sebanyak 16 karakter per baris dengan dua baris. Angka pada setiap kotak adalah alamat memori yang bersesuaian dengan posisi dari layar.
Dengan demikian dapat dilihat karakter pertama yang berada pada posisi baris pertama menempati alamat 00h dan karakter kedua yang berada pada posisi baris kedua menempati alamat 40h.
Agar dapat menampilkan karakter pada display maka posisi kursor harus terlebih dahulu diset. Instruksi Set Posisi Kursor adalah 80h dengan demikian untuk menampilkan karakter, nilai yang terdapat pada memori harus ditambahkan dengan 80h.
Sebagai contoh, jika kita ingin menampilkan huruf “A” pada baris kedua pada posisi kolom ke sepuluh, maka sesuai dengan peta memori, posisi karakter pada kolom ke-10 dari baris kedua mempunyai alamat 4Ah, sehingga sebelum ditampilkan huruf “A” pada LCD, instruksi set posisi kursor harus dikirimkan, dan perintah untuk instruksi ini adalah 80h ditambah dengan alamat 80h + 4Ah = 0CAh. Sehingga dengan mengirim perintah 0CAh ke LCD, akan menempatkan kursor pada baris kedua dan kolom.
3.6 Perancangan rangkaian Arduino Uno beserta Relay, PLN dan Bateray
Pada alat ini relay yaang digunakan adalah modul relay dan relay 8 pin (220V), pada rangkaian ini relay berfungsi sebagai saklar switch (on/of) yang akan dikontrol oleh arduino, relay akan bekerja apabila arduino memberi input data pada modul relay, jika arduino mengkonversi masukan dari sensor tegangan dengan nilai yang melampaui batas yaang sudah di tentukan pada program maka relay akan bekerja sesuai dengan program yang telah kita input ke arduino. pada
gambar dibawah modul relay terhubung pada kaki 2 relay dan kaki positif bateray, sementara kabel positif pln terhubung pada kaki 4 relay (8 pin) dan kabel negatif pln terhubung pada kaki 5 relay (8pin), dan kaki 8 relay (8 pin) terhubung pada kabel negatif beban, untuk kaki 2 relay (8 pin) terhubunng pada kabel positif beban. untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena arduino dapat memberi data langsung ke modul relay.
Gambar 3.8 rangkaian relay.
3.8 Rangkaian Hubungan Keseluruhan Sistem Alat
Gambar 3.9 rangakaian arduino ono beserta sensor INA129.
3.9 Flowchart
Tidak Ya
Mulai
Inisialisai alat
Pembacaan sensor pada bateray
Tegangan
≥11.10 volt Gunakan arus
PLN
Gunakan sumber arus
bateray
Menampilkan indikator power bateray pada LCD Menampilkan
indikator power PLN pada LCD
Menampilkan indikator tegangan
bateray pada LCD
Menampilkan indikator tegangan
bateray pada LCD CD
Selesai
BAB IV
PENGUJIAN RANGKAIAN
4.1 Program pengujian sensor INA219
Pengujian alata ini bertujuan untuk mengetahui pembacaan sensor tegangan dengan cara mengukur arus baterai. Persiapan pertama sebelum memasukkan program adalah menghubungkan mikrokontroler arduino dengan PC melalui USB port. Langkah berikutnya a
dalah membuka software arduino.cc, dan melakukan penulisan program pada software, berikut ini adalah program yang di tuliskan pada software:
#include <LiquidCrystal.h>
float tegangan;
int teganganPin = A4;
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("TEGANGAN BATERAI");
}
void loop() {
tegangan = analogRead(teganganPin);
tegangan = tegangan * 0.00489*5;
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("V:");
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print(tegangan);
lcd.print(" Volt");
Serial.print(" V= ");
Serial.print(tegangan);
Serial.print(" Volt");
Serial.println();
delay(1000);
}
Gambar 4.1 Pengukuran tegangan bateray.
4.2 Program penguian LCD 16x2
Pengujian alat ini bertujuan untuk mengetahui cara kerja lcd 16x2 sebagai tampilan pada pembacaan sensor tegangan. Persiapan pertama sebelum memasukkan program adalah menghubungkan mikrokontroler arduino dengan PC melalui USB port. Langkah berikutnya adalah membuka software arduino.cc, dan melakukan penulisan program pada software, berikut ini adalah program yang di tuliskan pada software:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(13, 12, 7, 6, 5, 4);
void setup() { lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(“program”);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(“pengujian lcd”);
}
Gambar 4.2 pengujian LCD.
4.3 Pengujian Rangkaian Regulator
Pengujian rangkaian regulator ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari output regulator 7805 dengan menggunakan multimeter digital. Setelah melakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dengan begitu dapat dipastikan bahwa apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak.
Gambar 4.3 Tegangan Output Ic Regulator 7805 4.4 Pengujian program keseluruhan alat
Pengujian keseluruhan alat bertujuan untuk mengetahui cara kerja relay, pada saat sesor membaca tegangan bateray ≤5 volt maka relay akan mengganti sumber arus dari bateray ke pln, jika sersor membaca tegangan bateray ≥5 volt maka arus yang di pakai beban adalah sumber arus dari bateray. Persiapan
