ABSTRAK
PENGARUH BEBAN PADA PENGUKURAN FREKUENSI MENGGUNAKAN FREKUENSI METER DIGITAL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh
Arif Wicaksono
The frequency is a quantity important in the operation of the system of electric power. The frequency of expressed as the amount of vibration or waves per second or in one period of time. The measurement of the frequency is very important to know the value of the frequency of every time and a measuring instrument frequencies used to meet standart equipment measuring the frequency of digital or with a digital display more favored because it is easy in the reading of the results of the measurement of , but the price of a measuring instrument this is more expensive. So therefore need to be made an instrument measuring the frequency of digital relatively cheap as an alternative in the provision of a measuring instrument frequency.
The result showed that the frequency of digital meters based microcontroller atmega8535 made capable of measuring the value of the frequency with good about over a range 1-1000 Hz. Testing was conducted using load passive ,combination resistor , inductor and a capacitor and testing by the use of electronic burden namely a rectifier half a wave length and waves full. The results of testing shows that the mistake relatively the measurement of obtained less than 3 % compared to result of measuring by the use of the frequency of commercial digital meters. In addition the influence of load the electricity is very small on the perceived value a frequency that is measured using the frequency of digital meters microcontroller atmega8535 based.
ABSTRAK
PENGARUH BEBAN PADA PENGUKURAN FREKUENSI MENGGUNAKAN FREKUENSI METER DIGITAL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh
Arif Wicaksono
Frekuensi adalah suatu kuantitas penting dalam operasi sistem tenaga listrik. Frekuensi dinyatakan sebagai jumlah getaran atau gelombang per detik atau dalam satu periode waktu. Pengukuran frekuensi sangat penting dilakukan untuk mengetahui nilai frekuensi setiap waktu dan alat ukur frekuensi yang digunakan harus memenuhi standar. Alat ukur frekuensi digital atau dengan tampilan digital lebih disukai karena lebih mudah dalam pembacaan hasil pengukuran, tetapi harga alat ukur ini lebih mahal. Sehingga perlu dibuat suatu alat ukur frekuensi digital yang relatif lebih murah sebagai alternatif dalam penyediaan alat ukur frekuensi.
Penelitian tugas akhir ini bertujuan untuk membuat alat ukur frekuensi (frekuensi meter) digital dengan menggunakan mikrokontroler ATMega8535. Pengaruh beban-beban listrik akan diuji untuk mengetahui pengaruhnya terhadap hasil pengukuran frekuensi dengan menggunakan frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535 yang dibuat.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535 yang dibuat mampu mengukur nilai frekuensi dengan baik pada rentang 1-1000 Hz. Pengujian dilakukan dengan menggunakan beban-beban pasif, yakni kombinasi resistor, induktor dan kapasitor serta pengujian dengan menggunakan beban elektronik yakni penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kesalahan relatif pengukuran yang diperoleh kurang dari 3% bila dibandingkan dengan hasil pengukuran dengan menggunakan frekuensi meter digital komersial. Selain itu pengaruh beban-beban listrik tersebut sangat kecil sekali terhadap nilai frekuensi yang diukur dengan menggunakan frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535.
PENGARUH BEBAN PADA PENGUKURAN FREKUENSI
MENGGUNAKAN FREKUENSI METER DIGITAL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Oleh
Arif Wicaksono
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
PENGARUH BEBAN PADA PENGUKURAN FREKUENSI
MENGGUNAKAN FREKUENSI METER DIGITAL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
(Skripsi)
Oleh
Arif Wicaksono
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
DAFTAR GAMBAR
Gambar
2.1 Rangkaian dengan Beban R Terhubung Seri ... 7
2.2 Rangkaian dengan Beban R dan L Terhubung Seri ... 8
2.3 Rangkaian dengan Beban R dan C Terhubung Seri ... 10
2.4 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang ... 11
2.5 Bentuk Gelombang Tegangan Masukan dan Tegangan Keluaran dari Penyearah Setengah Gelombang ... 12
2.6 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh ... 13
2.7 Bentuk Gelombang Tegangan Masukan dan Tegangan Keluaran dari Penyearah Gelombang Penuh ... 14
2.8 Gelombang Sinusoidal AC dengan Frekuensi 50 Hz & 60 Hz ... 17
2.9 ATmega 8535 ... 19
2.10 Konfigurasi Pin ATmega 8535 ... 21
2.11 Blok Diagram Fungsional ATmega 8535 ... 23
2.12 Simulasi Gangguan dalam Domain Waktu ... 24
2.13 Blok Diagram Counter ... 28
4.1 Rangkaian Frekuensi Meter Berbasis ATmega 8535... 30
4.2 Frkuensi Meter Berbasis ATmega 8535 ... 32
4.3 Gelombang Sinusoidal ... 32
4.4 Function Generator... 35
4.5 Osiloskop Keluaran dari Function Generator ... 35
4.7 Pengujian Pengukuran Frekuensi Secara Fisik ... 39
4.8 Keluaran Gelombang Efek dari Beban Induktif... 41
4.9 Skema Rangkaian Pengujian Pengukuran Frekuensi dengan Beban R dan C Terhubung Seri ... 43
4.10 Pengujian Pengukuran Frekuensi Secara Fisik ... 43
4.11 Keluaran Gelombang Efek dari Kapasitansi ... 45
4.12 Skema Rangkaian Pengukuran Frekuensi dengan Beban L dan C Terhubung Paralel ... 47
4.13 Pengujian Pengukuran Frekuensi Secara Fisik dengan Beban L dan C Terhubung Paralel ... 47
4.14 Skematik Rangkaian Satu Fasa Setengah Gelombang
...
504.15 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang dengan Frekuensi Meter Berbasis ATmega 8535
...
504.16 Hasil Keluaran Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang... 51
4.17 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh ... 52
4.18 Skematik Rangkaian Satu Fasa Gelombang Penuh ... 52
4.19 Gelombang Keluaran Penyearah Gelombang Penuh ... 53
4.20 Kurva Resistansi Terhadap Tegangan ... 55
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR GAMBAR ... iii
DAFTAR TABEL
... iv
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 2
1.3 Manfaat Penelitian ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Rumusan Masalah... 3
1.6 Hipotesis ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Frekuensi ... 6
2.2 Analisa Pengaruh Beban Pasif Terhadap Frekuensi ... 7
2.2.2 Rangkaian yang Dihubungkan Seri Dengan Resistor R dan
Induktor L ... 8
2.2.3 Rangkaian yang Dihubungkan Seri Dengan Resistor R dan Kapasitor C ... 9
2.3 Analisa Pengaruh Beban Elektronik Terhadap Elektronik ... 11
2.4 Pengaruh Frekuensi Dengan Rangkaian Elektronik Dan Elektronika Digital ... 16
2.5 Mikrokontroler ATmega ... 17
2.6 Frequency Counter Dengan Mikrokontroler ... 24
III. METODE PENELITIAN 3.1Waktu dan Tempat Penelitian... 29
3.2Alat dan Bahan ... 29
3.3Langkah-langkah Penelitian ... 30
3.4Diagram Penelitian ... 32
3.5Jadwal Penelitian ... 33
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Alat Frekuensi Meter ... 34
4.2 Pengujian Pengukuran Frekuensi Menggunakan Osiloskop ... 36
4.3 Pengujian Menggunakan Function Generator ... 38
4.5Hasil Pengujian Beban R dan L Terhubung Seri ... 42
4.6Hasil Pengujian Beban R dan C Terhubung Seri ... 47
4.7Hasil Pengujian Beban L dan C Terhubung Paralel. ... 51
4.8Rangkaian Penyearah Satu Fasa Setengah Gelombang ... 53
4.9Rangkaian Penyearah Satu Fasa Gelombang Penuh ... 56
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1Simpulan ... 61
5.2Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA ... 63
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
4.1 Data Hasil Pengukuran ... 37
4.2 Data Hasil Pengukuran Frekuensi dengan Beban R dan L
Terhubung Seri ... 16
4.3 Impedansi Rangkaian R dan L ... 42
4.4 Data Hasil Pengukuran dengan Beban R dan C Terhubung Seri ....
... 44
4.5 Impedansi Rangkaian R dan C ... 46
Takdir setiap manusia memang telah ditentukan
sejak mereka lahir, tetapi dengan kerja keras kita
dapat mengubah takdir
(Uzumaki Naruto)
Manusia tidak akan pernah puas dalam segala
hal, namun dengan bersyukur manusia dapat
menemukan itu.
(Arif Wicaksono)
Kecerdasan adalah sebuah anugerah namun
kepintaran adalah hasil dari kerja keras
Tumpahan keringat ini tidak sebanding dengan dukungan
dari kedua orang tua
Papa Dan Mama Tercinta ;
Setia Budi
&
Sri Pudji Astuti
atas ketulusan, kasih sayang, doa dan semua pemberian
yang tiada henti...
Tak lupa untuk saudaraku :
Hanafi Setia Pudjiana Amd.
Okti Yudistira
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Surabaya pada tanggal 6 April 1990, sebagai anak ketiga dari 4 bersaudara, dari Bapak Setia Budi dan Ibu Sri Pudji Astuti. Pendidikan di Sekolah Dasar di SD 09 Talawi (sumatera barat) diselesaikan pada tahun 2002, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama di SLTPN 3 Sawahlunto diselesaikan pada tahun 2005, dan Sekolah Menengah Atas di SMAN 1 Sumber Jaya (Lampung Barat) diselesaikan pada tahun 2008.
Pada tahun 2008, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN 2008. Pada semester 5 penulis memilih Konsentrasi Sistem Energi Elektrik sebagai fokus dalam perkuliahan dan penelitian.
SANWACANA
Puji syukur kehadirat ALLAH SWT, Karena berkat rahmat dan hidayah-NYA penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi dengan judul “Pengaruh Beban Pada Pengukuran Frekuensi Menggunakan Frekuensi Meter Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega 8535” merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifat membangun bila terdapat kekurangan dalam skripsi ini.
Selama melaksanakan penelitian, penulis banyak mendapatkan pengalaman yang sangat berharga. Penulis juga telah mendapat bantuan baik moril, materi, bimbingan, petunjuk serta saran dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
4. Bpk Osea Zebua ST,.M.T selaku Pembimbing Utama atas kesediaannya meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, saran dan dukungan yang tiada henti dalam proses penyelesaian tugas akhir ini;
5. Bpk Ir Nur Soedjawranto M.T selaku Pembimbing Kedua atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses penyelesaian tugas akhir ini;
6. Bpk Dr Herman Halomoan S.T.,M.T. selaku Penguji Utama tugas akhir. Terima Kasih untuk masukan dan saran-sarannya dalam tugas akhir ini;
7. Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik atas kesediaannya membimbing dan memberi motivasi;
8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas pengajaran dan bimbingannya yang diberikan selama ini kepada penulis;
9. Mbak Ning beserta seluruh jajarannya atas semua bantuannya menyelesaikan urusan administrasi di Teknik Elektro Universitas Lampung selama ini;
10.Kedua orang tua penulis, Papa dan mama tercinta yang senantiasa memberikan dukungan, cinta dan kasih sayang sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini;
11.Sudaraku Hanafi Setia Pudjiana Amd, Okti yudistira, Lilik devi laviana serta keponakan kecil ku Aditya adha, Zaki, ikhsan dan seluruh keluarga besarku yang tidak dapat disebut satu persatu, atas segala kasih sayang, perhatian, dukungan dan pengorbanannya selama penulis menyelesaikan kuliah;
amarta, Cahyadi, Sigit Barazili, Rahmatullah, Bambang Tri Atmojo, M Rizky wiguna, Reza p, Pujo, Pegi, Yustinus atas segala dukungan, motivasi dan selalu menemani penulis dalam suka maupun duka;
13.Seluruh Teknik Elektro Angkatan 2008 “Terimakasih” atas kebersamaan dan dukungannya, maaf untuk tidak menyebutkan satu persatu;
14.Angkatan 2007, Agung tri ilhami, Reza, Bagus wicaksono, 15.Angkatan 2009 Robert lie, Jimi barus, binsar,
16.Angkatan 2010 Afrizal, Aji, Agung, Seto,Haki terima kasih atas kebersamaan di lab sistem tenaga elektrik.
17.Angkatan 2011 Freski
18.Angkatan 2012 Guntur, aji, ivan, windu, iman teguh, irul
Semoga kebaikan, kemurahan hati dan bantuan yang telah diberikan semua pihak mendapat balasan yang setimpal dari ALLAH SWT dan semoga hari-hari kita selalu indah dan menjadi lebih baik lagi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak terlepas dari kesalahan dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu masukan serta saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya, semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Bandar Lampung, 20 Juni 2015 Penulis,
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Frekuensi adalah salah satu parameter dalam operasi sistem tenaga listrik. Frekuensi identik dengan banyaknya jumlah gelombang per satu perioda waktu. Generator pada unit pembangkit menghasilkan daya aktif dan daya reaktif, dengan tegangan dan arus pada frekuensi tertentu. Jika jumlah daya yang dihasilkan tidak dapat memenuhi jumlah beban yang ada, maka frekuensi operasi sistem tenaga listrik akan berubah. Selain itu gangguan-gangguan yang terjadi pada operasi sistem juga dapat menyebabkan perubahan frekuensi.
Perubahan frekuensi merupakan hal yang sangat penting untuk diamati. Perubahan frekuensi yang besar dapat menyebabkan peralatan-peralatan listrik mengalami masalah pada kinerjanya dan dapat mengurangi umur pemakaian peralatan-peralatan listrik tersebut. Oleh karena itu pengamatan nilai frekuensi dalam operasi sistem tenaga listrik menjadi hal yang cukup penting.
2
Mikrokontroler merupakan sebuah peralatan berbasis teknologi elektronika digitsl yang di dalamnya terdapat banyak rangkaian elektronika digital yang sudah terintegrasi di dalam satu keping chip. Mikrokontroler dapat diprogram untuk menjalankan beberapa rangkaian elektronika digital dan peralatan-peralatan lain. Mikrokontroler mempunyai fitur-fitur yang mendukung pembuatan beberapa aplikasi. Fitur timer dan counter dapat digunakan untuk membuat frekuensi meter digital. Salah satu jenis mikrokontroler yang sudah dibuat dan dipasarkan adalah mikrokontroler ATMega8535. ATMega 8535 memiliki arsitektur RISC (reduce intruction set computing) delapan bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock secara umum.
Pada tugas akhir ini, frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega 8535 dibuat untuk mengukur nilai frekuensi. Penambahan nilai beban pasif dan pengukuran terhadap beban elektronik pada rangkaian akan diuji untuk melihat seberapa besar pengaruhnya pada nilai frekuensi yang diukur. Selain itu keakuratan pengukuran frekuensi dilihat untuk menentukan rentang penggunaan frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535 pada pengukuran frekuensi.
1.2 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini antara lain :
1. Merancang dan membuat frekuensi meter digital (tampilan nilai digital). 2. Melihat pengaruh beban-beban listrik pada pengukuran frekuensi meter
3
3. Menentukan tingkat keakuratan frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535.
1.3 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Menambah pengetahuan tentang pembuatan alat ukur frekuensi digital.
2. Memberikan kemudahan dalam pengukuran frekuensi, khususnya dengan tampilan digital.
3. Memberikan alternatif bagi penyediaan peralatan pengukuran khususnya untuk pengukuran frekuensi.
1.4 PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan di atas, secara ringkas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang dan membuat frekuensi meter digital?
2. Bagaimana pengaruh beban terhadap pengukuran frekuensi dengan menggunakan frekuensi meter digital ?
1.5 BATASAN MASALAH
1. Merancang dan membuat frekuensi meter digital dengan mikrokontroler. 2. Merancang dan membuat frekuensi meter digital untuk pengukuran
4
1.6HIPOTESIS
Dengan menggunakan fitur counter dan timer pada mikrokontroler, maka frekuensi meter digital dapat dirancang dan dibuat. Penambahan nilai beban pasif tidak begitu mengubah hasil pengukuran frekuensi pada pengukuran frekuensi dengan menggunakan frekuensi meter digital yang dibuat dan frekuensi meter digital dapat bekerja dengan baik pada rentang yang 0-1000 Hz.
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Penulisan laporan tugas akhir ini dibagi ke dalam lima bab dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang dan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan teori pendukung yang digunakan dalam penulisan laporan tugas akhir ini.
BAB III. METODE PENELITIAN
5
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini membahas analisa kerja dan sistem.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab terakhir ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran yang disampaikan berdasarkan hasil dan pembahasan dari penelitian ini.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Frekuensi
Frekuensi listrik adalah banyaknya gelombang atau getaran listrik yang terjadi pada satu detik. Secara umum frekuensi dinyatakan sebagai jumlah getaran atau gelombang listrik selama periode waktu T dan besarnya nilai frekuensi dinyatakan dengan:
(1)
Dimana:
f = frekuensi, dalam siklus per detik (Hz). T = periode waktu (detik).
Bila dinyatakan dalam frekuensi sudut (angular) , maka frekuensi harus dibagi
dengan besaran putaran 2, yakni:
atau (2)
Pada operasi sistem tenaga listrik, nilai frekuensi dihasilkan oleh generator besarnya:
(3)
7
tenaga listrik dapat menyebabkan putaran generator berubah dan hal ini juga merubah nilai frekuensi.
Sumber arus bolak-balik memiliki prinsip kerja pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang ada pada medan magnetik. Generator listrik menghasilkan tegangan dan arus yang berbentuk sinusoida, sehingga didapatkan persamaan tegangan dan arus seperti di bawah ini :
(4)
(5)
Gelombang tegangan dan arus dinyatakan sebagai nilai puncak dan t sebagai fungsi waktu.Perubahan yang dialami arus dan tegangan secara sinusoida dapat digunakan dengan menggunakan sebuah diagram vektor yang berotasi dapat disebut sebagai diagram fasor.
2.2. Analisa Pengaruh Beban Pasif Terhadap Frekuensi
2.2.1. Rangkaian yang Dihubungkan Seri dengan Resistor R
Vm sin wt
R
IR
8
Pada rangkaian di atas berlaku hubungan:
atau (6)
Dan besar arus yang mengalir pada beban R adalah:
(7)
(8)
Dari persamaan-persamaan 7 dan 8 menunjukkan bahwa bila nilai R berubah (dinaikkan atau diturunkan), maka hanya akan merubah nilai arus puncak atau nilai arus efektif dan tidak berpengaruh kepada nilai frekuensi. Nilai frekuensi hanya bergantung nilai frekuensi sumber arus bolak-balik.
2.2.2. Rangkaian yang Dihubungkan Seri Dengan Resistor R Dan Induktor L
Vm sin wt
R
IR
L IL
Gambar 2.2 Rangkaian dengan Beban R dan L Terhubung Seri
Pada rangkaian dengan beban R dan L terhubung seri terdapat hubungan:
(9)
Dalam bentuk fasor, impedansi dinyatakan sebagai:
(10)
9
| | √ (11)
(12)
Besar tegangan pada resistor R dan induktor L dinyatakan sebagai:
(13)
(14)
Magnitude tegangan dan sudut fasa dinyatakan sebagai:
√ (15)
(16)
Atau dalam bentuk persamaan sinusoidal, maka nilai arus pada rangkaian dinyatakan sebagai:
| | | | | | (17)
(18)
Dari persamaan 17 dan 18 diperoleh kesimpulan bahwa, jika nilai R dan L diubah-ubah, maka nilai frekuensi tidak berubah dan hanya tergantung pada frekuensi sumber daya arus bolak-balik.
2.2.3. Rangkaian yang dihubungkan Seri Dengan Resistor R Dan Kapasitor C
Pada rangkaian dengan beban R dan C terhubung seri terdapat beberapa hubungan:
(19)
10
(20)
Vm sin wt
R
IR
C IC
Gambar 2.3 Rangkaian dengan Beban R dan C Terhubung Seri
Magnitude impedansi dan sudut fasanya dinyatakan sebagai:
| | √ (21)
(22)
Besar tegangan pada resistor R dan induktor C dinyatakan sebagai:
(23)
(24)
Magnitude tegangan dan sudut fasa dinyatakan sebagai:
√ (25)
(26)
Atau dalam bentuk persamaan sinusoidal, maka nilai arus pada rangkaian dinyatakan sebagai:
| | | | | | (27)
11
Dari persamaan 27 dan 28 diperoleh kesimpulan bahwa, jika nilai R dan C diubah-ubah, maka nilai frekuensi tidak berubah dan hanya tergantung pada frekuensi sumber daya arus bolak-balik.Perubahan yang terjadi hanya pada sudut
fasa antara gelombang teganngan dan arus.
2.3. Analisa Pengaruh Beban Elektronik Terhadap Frekuensi
Beban elektronik mempunyai karakteristik tersendiri. Rangkaian elektronika kebanyakan dibuat dengan bahan semikonduktor dan digunakan untuk berbagai keperluan khusus. Salah satu di antaranya adalah penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Penyearah digunakan untuk menyearahkan tegangan dan arus bolak-balik menjadi tegangan dan arus searah.
Vm sin wt R
D
[image:30.595.183.442.434.577.2]I
Gambar 2.4 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
12
tidak mengalir melalui R dan tidak terdapat bentuk gelombang pada resistor R. Bentuk gelombang tegangan sumber (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) pada
[image:31.595.147.476.232.393.2]resistor R ditunjukkan pada gambar 2.5 di bawah ini:
Gambar 2.5 Bentuk Gelombang Tegangan Masukan dan Tegangan Keluaran dari Penyearah Setengah Gelombang
Pada penyearah setengah gelombang, maka dioda berfungsi sebagai penghantar selama putaran setengah positif, tetapi tidak berfungsi sebagai penghantar selama putaran setengah negatif. Tegangan pada penyearah setengah gelombang menghasilkan arus beban yang satu arah. Sehingga didapatkan persamaan untuk penyearah setengah gelombang ideal, yakni:
(29)
13
(30)
Tegangan keluaran setengah gelombang yang sempurna tidak diperoleh pada resistor beban. Sebab diode tidak konduksi bila sumber tegangan AC belum melewati Ketika puncak sumber tegangan lebih besar daripada 0,7 volt tegangan beban akan menyerupai sinyal setengah gelombang. Sehingga didapatkan sebuah persamaan sebagai berikut :
(31)
Periode gelombang tegangan keluaran DC sama dengan periode tegangan masukan, sehingga nilai frekuensi gelombang tegangan keluaran sama dengan frekuensi gelombang masukan dari sumber. Bila frekuensi tegangan masukan 50 Hz, maka frekuensi tegangan keluaran DC juga 50 Hz.
V
msin wt
R D1
D2
D3
[image:32.595.117.463.483.632.2]I D4
Gambar 2.6 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Pada setengah periode positif, dioda D1 dan D2 pada rangkaian penyearah
14
seperti pada gambar 2.6 dengan bentuk gelombang yang sama seperti bentuk gelombang sumber arus bolak-balik. Sementara pada setengah periode negatif, dioda D4 dan D3 konduksi, dengan arah arus yang sama seperti pada setengah
periode positif, sehingga pada resistor R dihasilkan bentuk gelombang yang sama seperti pada setengah periode positif. Bentuk gelombang tegangan masukan (Vin)
dan tegangan keluaran (Vout) pada resistor R ditunjukkan pada gambar 2.7 di
[image:33.595.144.484.318.499.2]bawah ini:
Gambar 2.7 Bentuk Gelombang Tegangan Masukan dan Tegangan Keluaran dari Penyearah Gelombang Penuh
15
(32)
Ketika 2/ = 0,636 maka
Frekuensi yang digunakan pada sumber tegangan AC sebesar 50 Hz, sehingga periode masukannya menjadi :
Karena periode sinyal keluaran gelombang penuh adalah setengah periode gelombang masukan, maka:
Dari perhitungan persamaan diatas, didapatkan frekuensi gelombang tegangan keluaran:
=
16
2.4. Pengukuran Frekuensi Dengan Rangkaian Elektronik Dan Elektronika Digital
Beberapa metode pengukuran frekuensi dengan menggunakan rangkaian elektronika dan elektronika digital telah dibuat. Salah satu contohnya adalah dengan menggunakan pencacah frekuensi (frequency counter). Periode isyarat(signal) digital terdiri dari satu kali logika rendah (low) dan satu kali logika tinggi (high).Salah satu komponen utama dari pencacah frekuensi adalah sebuah mikroprosesor.
Bila keadaan frekuensi semakin tinggi terhadap isyarat masukan, maka semakin rendah pula nilai cacahan T0 yang tersimpan didalam register THO dan TLO di mikroprosesor. Isyarat frekuensi 16 Hz akan dicacah sebanyak 62.500 kali. Menurut teori yang berkembang, isyarat frekuensi yang masih dapat dicacah secara akurat adalah 1 Mhz. Pencacah frekuensi dengan metode 1 mikrodetik akan dicacah 1 kali. Namun faktanya aplikasi ini hanya sanggup mencacah dengan benar frekuensi dibawah 167 khz(Freddy K.,2009).
17
Gambar 2.8Gelombang Sinusiodal AC dengan Frekuensi 50 Hz & 60 Hz [15]
Osiloskop juga dapat digunakan untuk menentukan nilai frekuensi suatu isyarat. Periode didapatkan dari hasil perkalian nilai time/ div dengan panjang gelombang pada osiloskop. Kemudian nilai frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1.
2.5 Mikrokontroler ATMega
Berbagai jenis mikrokontroler yang beredar kini memudahkan setiap orang yang ingin mengetahui bagaimana proses pembuatan alat. Jenis ini merupakan salah satu mikrokontroler 8 bit yang berfungsi sebagai otak atau pengatursistem yang akan dirancang. Sehingga, dalam penggunaanya harus melakukan tahap pemprograman yang bertujuan untuk mengisi segala perintah. Perlunya sebuah komponen yang mendukung yaitu rangkaian sistem minimum yang terdiri dari rangkaian dasar yang dibutuhkan sebagai support dalam mikrokontroler.
18
dalam menjaga dan melihat ke bawah kompatibilitas.Pemilihan dari i0 atau i1 yaitu tegangan yang terbaca sehingga dilakukan menggunakan sebuah kontrol sinyal melalui d2 dari printer terhubung ke port pada pin 4 jenis konektor shell dariport. Pin ini nantinya akan terbaca oleh mikro melalui sebuah portpengendali b berlogika 0.Sehingga membuat pin ini tinggi atau rendah dan masukan yang diinginkan i0 atau i1 dapat dipilih melalui penertiban program.(Shaikh dkk, 2012).
Implementasi mikrokontroler sebagai pencacah frekuensi berbasis pengukuran periode isyarat masukan. Menurut Freddy K.,2009, mencacah frekuensi masukan dalam durasi waktu tertentu, yaitu banyaknya periode isyarat masukan yang dicacah. Hasil cacahan dibagi dengan durasi waktu tersebut akan menghasilkan nilai frekuensi.
Secara umum mikrokontroler terbagi atas 3 jenis.Jenis yang pertama adalah MCS-51.Jenis ini dapat digunakan sebagai pembangkit frekuensi dengan galat dibawah 1% untuk frekuensi dibawah 10 kHz.Karena mempunyai 12 siklus clock.Clock
sendiri merupakan sinyal listrik yang berupa suatu denyutan yang berfungsi untuk mengatur setiap perintah atau proses. Berdasarkan fakta tersebut,mikrokontroler keluarga MCS-51dapat digunakan sebagai pencacah frekuensi dengan galat cukup rendah untuk kisaran frekuensi tertentu.
19
dibagi dalam 4 kelas yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.
[image:38.595.219.418.392.460.2]Jenis yang ketiga adalah PIC atau singkatan dari Programmable Intelligent Computer.PIC mempunyai biaya yang rendah atau cost yang rendah dari jenis jenis yang lain. Sehingga untuk melakukan sebuah uji coba mikrokontroler ini sering digunakan. Jenis ini memiliki ketersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan port serial yang terdapat pada komputer.
Gambar 2.9 ATMega 8535 [14]
ATMega 8535 memiliki beberapa kemampuan:
Sistem mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz.
Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
20
Memiliki ADC (Pengubah analog-ke-digital) internal dengan ketelitian 10
bit sebanyak 8 saluran.
Memiliki PWM (Pulse Width Modulation) internal sebanyak 4 saluran. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya listrik.
Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 40 pin untuk model PDIP, dan 44 pin untuk model TQFP dan PLCC. Nama-nama pin pada mikrokontroler ini adalah
VCC untuk teganganpencatu daya positif. GND untuk tegangan pencatu daya negatif.
PortA (PA0 - PA7) sebagai port Input/Output dan memiliki kemampuan
lain yaitu sebagai input untuk ADC
PortB (PB0 – PB7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki
kemampuan yang lain.
PortC (PC0 – PC7) sebagai port Input/Output untuk ATMega8535.
PortD (PD0 – PD7) sebagai port Input/Output dan juga memiliki
kemampuan yang lain.
21
Gambar 2.10Konfigurasi Pin ATmega 8535[14]
Pengisian Program Pada Mikrokontroler AVR
Untuk melakukan pemrograman dalam mikrokontroler AVR dengan cara menginstall SoftwareAVRStudio.Untuk melakukan pemindahan dari komputer ke dalam chip, dapat digunakan beberapa cara seperti menggunakan kabel JTAG atau menggunakan STNK buatan Atmel.
Input/Output Pada Mikrokontroler AVR ATMega8535
Mikrokontroler memiliki arsitektur RISC 8 bit. Dimana semua instruksi dalam kode 16-bit(16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki saluran I/O sebagai berikut:
Port A(PA0 – PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukkan
22
Port B(PB0 – PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu timer/counter, komparator analog, dan SPI.
Port C(PC0 – PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu TWI, komparator analog, dan timer oscillator.
Port D(PD0 – PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi
23
24
2.6. Frequency Counter Dengan Mikrokontroler
Frequency counter pada mikrokontroler adalah sebuah komponen yang dipergunakan untuk mengukur frekuensi. Frekuensi didefinisikan sebagai banyak nya jumlah gelombang dalam satu periode waktu. Timer dan counter merupakan sarana input sehingga memudahkan dalam mengukur lebar pulsa dan dipakai dalam pengendalian tegangan secara PWM (pulse-width modulation).
[image:43.595.130.499.478.664.2]Beberapa metode yang menggunakan frekuensi di counter time-domain frekuensi stabilitas yang akan terlihat pada gambar dibawah ini. Ada tiga metode tersebut dapat digunakan sebagai sebuah percobaan. Perbandingan wujud metode untuk menguji teknis pusat (toc) dan untuk hal yang ingin diperoleh dari pengukuran logam mulia (dmdm).Ketidakpastian estimasi pengukuran interval waktu untuk pengukuran dengan frekuensi yang akan ditampilkan.(Ivica dkk,2012)
25
Frekuensi counter memiliki kemampuan three-decade auto-ranging diakhir dari setiap periode half-second, menghitung nilai yang diperiksa untuk menentukan jika hal ini dalam jangkauan.Jika tidak, Jumlah pre-scaling disesuaikan untuk selanjutnya mengalami half-second periode. Hysteresis dibangun ke dalam sirkuit
auto-ranging untuk menghentikan setiap menampilkan input frekuensi di berbagai batas. Ketika input frekuensi jatuh di bawah kapasitas auto-range, tampilan dari angka nol akan muncul. Hasilnya ke liquid-crystal menampilkan yang diatur di 128 hz untuk menyediakan ac drive langsung kedalam lcd.(Bernie dan Alfke 2008)
Inverter intrinsik yang sudah memiliki properti akanmengendalikan output dari frekuensi tetapi output volt tidak dapat bervariasi. Biasanya untuk memvariasikan output tegangan harus variasikan pasokan tegangan. Dasar tujuan dari teknik pwm adalah mengendalikan output tegangan dan harmonik penanggulangan.Pulsa - width modulasi (pwm), atau pulsa - durasi modulasi (pdm), adalah umumnya menggunakan teknik untuk mengendalikan kekuatan untuk inersia electrical
perangkat dibuat praktis oleh modern elektronik switch. Sehingga dapat menerapkan teknik pwm, seperti gelombang sinusoidal pulsa lebar modulasi pada (spwm) dan ruang vektor pulsa lebar modulasi (svpwm) untuk inverter dan kinerjanya.( K. Mounika, 2013)
26
(0 Volt ~ 5 Volt). Karena itu frequency counter ini hanya dapat mengukur masukan pulsa berupa sinyal kotak yang memiliki amplitudo maksimum 4,5 V – 5 V. Frekuensi counter ini memiliki prinsip kerja dengan mencuplik frekuensi dari sinyal yangmasuk kedalam register selama 1 detik, kemudian dari cuplikan tersebut mikrokontoler akan menghitung pulsa yang terjadi dengan memanfaatkan fungsi counter, sehingga proses penampilan secara visual dapat terlihat melalui LCD.(Afniza 2008).
Merujuk pada penelitian sebelumnya, telah dibuat sebuah alat pencacah frekuensi berbasis mikrokontroler AT89S51.Pencacahan frekuensi masukan dilakukan dengan menggunakansalah satu fasilitas pewaktu dan interupsi eksternal.Oleh karena itu metode yang digunakan adalah mengukur periode isyarat masukan.Metode ini efektif untuk menghitung frekuensi, terutama frekuensi rendah. Frekuensi hasil hitungan ditampilkan dalam beberapa digit desimal. Sementara itu, mikrokontroler ini hanya mampu menyimpan dan mengolah secara langsung data 8 bit. Sehingga untuk beberapa proses aritmatika yang melibatkan data hingga 32 bit, harus digunakan beberapa algoritma khusus dengan memanfaatkan memori yang dapat digunakan secara leluasa yang ukurannya tidak lebih dari 64 byte.(Freddy K.,2009).
27
Frekuensi pulsa dalam satu detik akan dihitung menggunakan rumus sebagai berikut yaitu, [11]
(33)
Dimana :
i = jumlah overflow dalam satu detik
TCNT = jumlah perhitungan timer/counter 216 adalah jumlah operasi mikrokontroler 16 bit.
Ketelitian dari pengukuran dapat ditingkatkan lebih baik dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk seluruh jumlah siklus, daripada menghitung jumlah dari seluruh siklus yang diamati dalam waktu tertentu.
Pada dasarnya sarana input terdiri dari seperangkat pencacah biner (binary counter) yang terhubung langsung ke saluran data mikrokontroler, sehingga mikrokontroler dapat pula merubah kedudukan pencacah tersebut. Seperti layaknya pencacah biner, pada saat sinyal denyut (clock) yang dikirim melebihi batas kapasitas pencacah, maka pada bagian akhir pencacah akan timbul sinyal limpahan (overflow). Overflow sendiri merupakan banyak nya data yang masuk kedalam register, sehingga proses yang delay akan menjadi lama seperti mengalami poses booting pada sebuah komputer.
28
[image:47.595.111.512.238.355.2]frekuensi tidak tetap. Jika sebuah pencacah bekerja dengan frekuensi tetap yang sudah diketahui besarnya, dikatakan pencacah tersebut bekerja sebagai timer1 karena kedudukan pencacah tersebut setara dengan waktu yang biasa ditentukan dengan pasti.
Gambar 2.13 Blok Diagram Counter[12]
Blok diagram counter diatas merupakan ilustrasi dalam setiap proses pencacah frekuensi sebelum ditampilkan melalui lcd. Dimana sinyal input nya berupa gelombang sinusoidal yang melalui penguatan. Ketelitian dari setiap proses pencacah ini yang bertanggung jawab adalah time-base clock. Sehingga melalui
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian tugas akhir ini bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung dan mulai dilakukan pada bulan September 2014
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang diigunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikiut :
1. Satu unit laptop dengan operating system windows 7. 13.Heatsink
2. Mikrokontroller ATMEGA 8535 14. Trafo 2 A
3. Software code vision AVR 4. Software Proteus
5. Komponen R,L,C 6. LCD 16 x 2 7. PCB
8. Kabel pita 20 p 9. Soket IC 2 x 4 10.Speser
30
3.3 Langkah-Langkah Pernelitian
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap, antara lain : 1. Studi Literatur
Langkah ini dimaksudkan untuk mempelajari dasar dari ilmu kelistrikan serta memahami karakteristik dari ilmu elektromagnetik yang berupa buku-buku, jurnal, dan artikel-artikel yang berasal dari internet sebagai referensi yang berhuubungan dengan topik dalam penyusunan tugas akhir ini.
2. Pengambilan Data
Pengumpulkan data dilakukan dengan melakukan pengujian-pengujian sehingga didapatkan nilai-nilai yang diperlukan sebagai bahan analisa selanjutnya.
3. Simulasi
Simulasi ini dilakukan dengan tujuan untuk menguji semua komponen sebelum pemasangan pada PCB. Sehingga dapat meminimalisir sebuah kesalahan sistem.Software yang akan digunakan dalam simulasi ini adalah Proteus.
31
integrator yang disusun dengan operasional amplifier TL071 P1,R1 dan C1 kemudian bagian multivibrator IC 555.
32
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian 3.4 Diagram Penelitian
Mulai Penelitian
Pengumpulan Data
Tidak Data Tersedia
Ya
Program dan simulasi Proteus
Pemprograman Mikroprosesor
Pembuatan Alat
Analisa pengaruh beban
33
3.5 Jadwal Penelitian
Penelitian ini direncanakan dapat diselesaikan dalam 4 bulan, dengan perincian dalam tabel berikut :
` Tabel 3.1 Jadwal Penelitian
No Aktifitas September Oktober November Desember 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Studi literatur
2 Pengumpulan Bahan
3 Pembuatan Proposal 4 Seminar Usul 5 Pengumpulan
Data
6 Analisis dan Pembahasan 7 Pembuatan
[image:52.595.109.516.219.474.2]BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Dari hasil dan pembahasan dan analisis pada bab-bab sebelumnya dapat disimpulkan bahwa :
1. Frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ATMega8535 yang dibuat ini dapat mengukur nilai frekuensi listrik dengan baik.
2. Frekuensi meter digital yang dibuat ini dapat digunakan sebagai alat ukur frekuensi yang baik karena mempunyai persentase kesalahan relatif kurang dari 3% dan mempunyai keakuratan yang cukup baik untuk mengukur frekuensi.
3. Frekuensi meter digital berbasis mikrokontroler ini dapat digunakan untuk pengukuran nilai frekuensi dari 1-1000 Hz.
62
5.2Saran
Saran yang dapat dibuat dari hasil penelitian ini untuk penelitian selanjutnya antara lain:
1. Perlunya membuat tampilan angka desimal (angka di belakang koma) pada layar LCD, sehingga diperoleh hasil pengukuran yang lebih akurat. 2. Perlunya penelitian lanjutan untuk pengukuran frekuensi dengan
gelombang tegangan atau arus yang terdistorsi harmonik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdullah Reza 2010. Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Induksi Satu
Phase.
[2] Afniza 2009. Frequency Counter Berbasis Mikrokontroller AT89S52 USU Medan.
[3] Albert Paul Malvino, PH.D.,E.E. 2003. Prinsip Prinsip Elektronika
[4] Bernie New, Peter Alfke 2008. Applications Engineering, Xilinx, bernien.
[5] Freddy Kurniawan 2009. Implementasi Mikrokontroler Sebagai Pencacah Frekuensi Berbasis Pengukuran Periode Isyarat Masukan. STTA Adisutjipto Yogyakarta.
[6] Ivica Milanovic Snezana Renovica, Ivan Zupunski, Mladen Banovic and Predrag Rakonjac 2012 ELECTRONICS, VOL. 16, NO. 1, JUNE 2012.
[7] Jaroslav Dudrik, Juraj Oetter 2007. High-Frequency Soft-Switching DC-DC Converters for Voltage and Current DC Power Sources. Department of Electrical, Mechatronic and Industrial Engineering Technical University of Kosice Letna 9, 04200 Kosice, Slovak Republic.
[8] K. Mounika B kiran Babu 2013. Sinusoidal and Space Vector Pulse Width Modulation for Inverter. Dept. of EEE, KL University, Vaddeswaram, AP, India.
[9] Shaikh Yusuf H, Khan A. R and Behere S. H 2012.Shivaji Arts Commerce and Science College, Kannad. Dr. Rafiq Zakaria Campus, Maulana Azad College, Aurangabad.Department of Physics, Dr. B.A. Marathwada University Aurangabad.
[10] Sofian Yahya 2010. Kelompok Keahlian Pengendali Daya Dan Mesin Listrik Departemen Tekni Elektro Politeknik Negri Bandung
[11] http://all-about-embedded.blogspot.com/
[12]http://www.radioelectronics.com/info/t_and_m/frequency_counter/counter_basic. php
64
[14]https://dhikahermawan007.wordpress.com/2013/06/29/tentang mikrokontroleratmega8535/
![Gambar 2.8 Gelombang Sinusiodal AC dengan Frekuensi 50 Hz & 60 Hz [15]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/554794.152073/36.595.190.439.82.230/gambar-gelombang-sinusiodal-ac-dengan-frekuensi-hz-hz.webp)
![Gambar 2.9 ATMega 8535 [14]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/554794.152073/38.595.219.418.392.460/gambar-atmega.webp)
![Gambar 2.10 Konfigurasi Pin ATmega 8535[14]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/554794.152073/40.595.198.423.125.331/gambar-konfigurasi-pin-atmega.webp)
