i
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU
JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE
ARRAY (FPGA)
SKRIPSI
Oleh :
Iswahyudi 201310130312167
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU
JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE
ARRAY (FPGA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Iswahyudi 201310130312167
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Diding Suhardi, MT NIDN:706066501
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Solar Cell Charging 2 Baterai Lampu Jalan Berbasis
Field Programmable Gate Array (FPGA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Iswahyudi 201310130312167
Tanggal Ujian : 10 Agustus 2015 Periode Wisuda : Oktober
Disusun Oleh:
1. Ir. Diding Suhardi, MT NIDN. 706066501
Pembimbing I.
2. Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN. 715067402
Pembimbing II.
3. Dr. Zulfatman, ST, M.Eng NIDN. 709117804
Penguji I.
4. Khusnul Hidayat, ST NIDN.
Penguji II.
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : ISWAHYUDI
seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku
Malang, 13 Agustus 2015 Yang Membuat Pernyataan
(Iswahyudi)
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Ir. Diding Suhardi, MT NIDN. 706066501
Dosen Pembimbing II
v
ABSTRAK
Dewasa ini baterai penyimpanan merupakan salah satu media penyimpanan energi listrik yang banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari. Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan v-min (tegangan minimum) dan v-max (tegangan maksimum) yang harus diperhatikan saat proses pemakaian baterai. Kadang-kadang kita menggunakan baterai penyimpanan hingga melampaui minimum v-menit atau melebihi tegangan v-max saat pengisian. Kondisi ini jika dibiarkan terus akan berdampak pada ketahanan dan daya tahan baterai penyimpanan. Sistem ini dapat membatasi penggunaan baterai penyimpanan jika tegangan baterai baterai telah mencapai v-min selama penggunaan dan pengisian pemutus tegangan ketika baterai penyimpanan telah mencapai v-max. Dengan sistem kontrol ini diharapkan penggunaan baterai penyimpanan dapat diatur secara otomatis oleh FPGA (FPGA) yang akan meningkatkan masa pakai baterai dari baterai. FPGA sini akan bertindak sebagai pusat penghubung dan saklar kontrol breaker pada sel surya, atau pada lampu jalan
vi ABSTRACT
Nowday, storage battery is one of the electrical energy storage media which has a lot of benefits in daily use. Including the electrical system of the motorcycle, car, driving dynamo stater, street lights, etc. Storage battery has a voltage value v-min (minimum voltage) and v-max (maximum voltage) that should be noticed when the process of discharging the battery. Sometimes we use a storage battery up beyond the minimum v-min or exceed the v-max voltage while charging. This condition may cause the resilience and durability of the storage battery. Moreover,this is may limit the use of the storage battery if the battery voltage of the battery has reached a v-min during use and charging voltage breakers when the storage battery has reached the v-max. With this control system it is expected that the use of storage battery can be set automatically by field programmable gate array (FPGA) which will increase the lifetime of the battery. FPGA here will act as a liaison center and breaker control switch on the solar cell, or on the street lamps.
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng selaku pembimbing tugas akhir.
2. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Seluruh dosen Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang mengajari ilmu dan pengalaman di dunia elektro masa kini.
5. Kedua orang tua yang sabar membimbing saya untuk belajar ilmu elektro di Malang.
6. Teman-teman satu angkatan 2013 alihjenjang POLIBAN.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
”
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN
BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY
(FPGA)”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi pembacaan besaran tegangan dan arus pada baterai serta kendali relay, dan penggunaan FPGA sebagai kontroler utama. Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi berkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 13 Agustus 2015
ix
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL ...i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
SURAT PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ...vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ...xii
DAFTAR TABEL ... xiv
2.3.2 Mikrokontroller Microblaze ... 8
2.3.2.1 Fitur Microblaze ... 8
x
BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Hardware ... 25
3.2.1 Perancangan Arsitektur ... 34
3.2.2 Perancangan Aplikasi ... 35
BAB IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hardware ... 38
4.2 Pengujian Sistem ... 43
xi
4.2.2 Sistem Kerja Lampu ... 44
BAB V . PENUTUP
5.1 Kesimpulan ... 45
5.2 Saran ... 45
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram blok FPGA Spartan 3E(Xilinx,2006) ... 6
Gambar 2.2 Board Starter Kit Spartan 3E(Xilinx,2006) ... 8
Gambar 2.3 Diagram blok sistem embedded Mikroblaze prosesor (Xlinx,2006) ... 9
Gambar 2.4 Logo Software ISE Xilinx 14.4 (Xilink, 2012) ... 10
Gambar 2.5 Panel Surya (Solar World, 2010) ... 12
Gambar 2.6 Rangkaian Komparator Sederhana(setiawan,2013) ... 14
Gambar 2.7 Rangkaian Komperator Histerisis (siwindarto,2010) ... 16
Gambar 2.9 Contoh Saklar Relay Mekanik ... 16
Gambar 2.10 Relay posisi Normaly Close (NC) ... 17
Gambar 2.11 Baterai Acu Panasonic 12v 7.2AH(panasonic baterai,2010) ... 19
Gambar 2.12 simbol dan bentuk fisik diode ... 20
Gambar 2.13 Simbol dari berbagai jenis diode ... 22
Gambar 2.14 Modul DT Sense Light Sensor ... 23
Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat keseluruhan ... 24
Gambar 3.2 Modul DT Sense Light Sensor... 25
Gambar 3.3 Rangkaian DT Sense Light Sensor ... 26
Gambar 3.4 DT Relay Modul ... 26
Gambar 3.5 Rangkaian DT Relay Modul ... 27
Gambar 3.6 Baterai Acu Panasonic ... 28
xiii
Gambar 3.8 Solar Cell 50WP HGD ... 30
Gambar 3.9 Port Spartan 3E yang digunakan (Xilinx,2006) ... 31
Gambar 3.10 blok digram I/O pada modul spartan 3E ... 31
Gambar 3.11 rangkaian komparator pembacaan tegangan pada baterai 1 ... 32
Gambar 3.12 Flow Chart Baterai 1 ... 33
Gambar 3.13 Flow Chart Baterai 2 ... 33
Gambar 3.14 Flow Chart DT Sense Light Sensor ... 34
Gambar 3.15 Menentukan source untuk VHDL ... 34
Gambar 3.16 Source UCF file alamat port modul spartan 3E ... 35
Gambar 3.17 progam VHDL awal ... 35
Gambar 3.18 Pengisian Progam VHDL ... 36
Gambar 3.19Hasil Coding VHDL ... 37
Gambar 3.20 Penulisan UCF pada modul I/O spartan 3E ... 37
Gambar 4.1 pengujian DT relay modul ... 39
Gambar 4.2 pengujian DT sense light sensor ... 39
Gambar 4.3 pengujian solar cell HGD 50WP... 40
Gambar 4.4 pengujian modul spartan 3E ... 41
Gambar 4.5 coding VHDL ... 41
Gambar 4.6 pengujian komparator ... 42
Gambar 4.7 blok diagram pengujian sistem ... 43
Gambar 4.8 blok diagram sistem charging ... 43
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil pengukuran DT relay modul ... 39
Tabel 4.2 hasil pengukuran DT sense light sensor... 40
Tabel 4.3 hasil pengukuran solar sell HGD 50WP ... 40
Tabel 4.4 hasil pengujian modul spartan 3E ... 41
Tabel 4.5 hasil pengujian komparator ... 42
Tabel 4.6 hasil pengujian sistem charging... 43
xv
DAFTAR PUSTAKA
1. Maxfield, C. 2004, The Design Warrior’s Guide to FPGAs. USA : Mentor Graphics Corporation and Xilinx, Inc.
2. Microsystems, Allegro , 2012, “Datasheet ACS712”, Worcester.
3. Pedroni, Volnei A (2004), Circuit Design with VHDL, MIT Press Cambridge, assachusetts, London, England.
4. Spartan-IIE LC Development Board User’s Guide version 1.2. (MEMEC Design, 2004).
5. Sidik, B., Ir., 2000. ”Dasar Pemrograman Web”, CV Informatika :
Bandung.
6. Xilinx,2006,”Spartan-3E Starter Kit Board User Guide”,San Francisco. 7. https://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrik, diakses 10 juli 2015. 8. https://id.wikipedia.org/wiki/Panel_surya, diakses 10 juli 2015.
9. http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-panel-surya.html, diakses 20 juli 2015diakses 25 juli 2015.
10.http://solardaya.com/blog/5_jenis-jenis-solar-cell.html,diakses 26 juli 2015.
11.https://id.wikipedia.org/wiki/Diode, diakses 30 juli 2015.
12.http://innovativeelectronics.com/index.php?pg=ie_pdet&idp=159, diakses 27 juli 2015.
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dewasa ini baterai aki adalah salah satu media penyimpan enegi listrik yang banyak sekali menfaatnya didalam kehidupan sehari-hari. Diantaranya sebagai sistem kelistrikan sepeda motor,mobil,penggerak dinamo stater, lampu jalan dan lain sebagainya. Baterai aki memiliki nilai teganganv-min(tegangan minimum) dan v-max(tegangan maximum) yang harusnya di perhatikan disaat proses pemakaian baterai aki tersebut. Terkadang kita menggunakan baterai aki hingga melewati batas minimum
v-min tersebut atau melebihi tegangan v-max saat charging. Kondisi ini jika dibiarkan terus menerus maka akan berdampak pada ketahanan dan keawetan dari baterai aki tersebut.Contoh aplikasi nyata di lapangan adalah pada Solar Cell charging lampu jalan. Oleh sebab itu dari latar belakang tersebut maka dirancanglah “Solar Cell Charging 2 Baterai
Lampu Jalan Berbasis FPGA”,dimana sistem ini dapat membatasi
penggunaan dari baterai aki tersebut jika baterai aki telah mencapai teganganv-minsaat penggunaan dan pemutus teganganchargingpada saat baterai aki telah mencapai v-max. Dengan sisten kontrol ini maka diharapkan penggunaan baterai aki dapat di atur secara otomatis oleh field-programmable gate array (FPGA) yang mana akan meningkatkan usia baterai aki tersebut. FPGA disini akan bertindak sebagai pusat kontrol
penghubungdanpemutussaklar pada solar cell ataupun pada lampu jalan tersebut
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas masalah yang timbul dari tugas akhir ini adalah:
a. Bagaimana menentukan nilai tegangan minimum dan maximum yang tepat untuk memutus dan menyambung saklar pada 2 baterai aki.
2
c. Bagaimana menguji sistem kontrol pengaturan charging dan saat lampu jalan menyala..
1.3 Tujuan
a. Menentukan nilai tegangan minimum dan maximum baterai aki dengan komparator.
b. Merancang sistem kontrol FPGA sebagai pusat kontrol alat keseluruhan, merancang sistem charging dan penggunaan disaat lampu menyala.
c. Menguji unjuk kerja sistem kontrol charging.
1.4 Batasan Masalah
Agar masalah yang diteliti sesuai dengan sumber daya: waktu, biaya, tenaga, maka pembahasan hanya meliputi:
a. Komparator
b. Sistem kontrol utama berbasis FPGA c. Bahasa pemprogaman VHDL
d. Software Xilink ISE
e. Kontrol penggunaan baterai acu saat tegangan Min. dan tegangan Max. f. 2 Baterai Acu 12v 5Ah Panasonic / Yuasa
g. Saklar penghubung dan pemutus arus tegangan pada solar cell dan lampu. h. DT Sense Light Sensor
1.5 Metodologi Penelitian
Penelitian tugas akhir ini dilakukan dengan beberapa metode, yaitu :
1. Metode literatur
yaitu metode yang berfungsi sebagai pedoman dan landasan teori data-data observasi dan tanya jawab yaitu dengan cara studi perpustakaan dan buku-buku yang ada kaitannya dengan hal yang akan dibahas.
2. Diskusi
3
3. Eksperimen
Melakukan percobaan dengan perancangan alat agar bisa berjalan sebagaimana mestinya.
4. Metode observasi
