1
PEMANFAATAN SOLAR CELL PADA POWER BANK DENGAN SISTEM PENGECASAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
SARAH PUTRI ULINA PERANGIN ANGIN 162408044
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
PEMANFAATAN SOLAR CELL PADA POWER BANK DENGAN SISTEM PENGECASAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi Syarat memperoleh Ahli Madya
SARAH PUTRI ULINA PERANGIN ANGIN 162408044
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN SOLAR CELL PADA POWER BANK DENGAN SISTEM PENGECASAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan proyek ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 15 Juni 2019
Sarah Putri Ulina PA
162408044
PENGESAHAN LAPORAN PROYEK
Judul : Pemanfaatan Solar Sell Pada Power Bank Dengan Sistem Pengecasan Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Nano
Kategori : Tugas Akhir
Nama : Sarah Putri Ulina Perangin angin
Nomor Induk Mahasiswa : 162408044 Program Studi : D-3 Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematikan Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, 30 Juli 2019
Ketua Program Studi D-3 Fisika Dosen Pembimbing
Drs.Takdir Tamba, M.eng.Sc. Dr.Diana Alemin Barus,Msc.
NIP. 1960060311986011002
NIP.196607291992032002
PEMANFAATAN SOLAR CELL PADA POWER BANK DENGAN SISTEM PENGECASAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO NANO
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui tahapan pembuatan, unjuk kerja dari pengembangan alat pemanfaatan solar cell pada power bank dengan sistem pengecasan otomatis berbasis mikrokontroler arduino nano. Hasil dari pembuatan praktik proyek ini berupa alat power bank menggunakan solar cell yang digunakan untuk mengontrol tegangan masukan dari panel surya menuju baterai yang dimanfaatkan sebagai sumber tenaga power bank ini. Rancang bangun power bank ini menggunakan solar cell sebagai sumber listrik disusun berdasarkan kombinasi hubungan paralel yang memerlukan 6 buah cell. Dimana masing-masing cell menghasilkan 5 volt 220 mA. Keluaran yang dihasilkan oleh solar cell ini dimanfaatkan dalam pengisian baterai power bank yang membutuhkan tegangan sebesar 3.7 volt. Selain itu otomatisasi pengisian baterai power bank pada saat baterai sudah penuh terdapat pada relay yang akan memutuskan arus secara otomatis dengan menggunakan mikrokontroler Arduino Nano. Apabila tegangan baterai pada power bank telah pada titik maksimum sensor ( 3,7 Volt) akan memberikan perintah pada relay untuk memutuskan tegangan dari solar cell. Berdasarkan pengisian baterai power bank dengan kapasitas 6000 mAH, power bank dapat terisi penuh pada kondisi intensitas cahaya matahari yang cerah selama 7 - 8 jam.
Kata Kunci: Power bank, Solar Cell, Arduino Nano, Baterai, Module relay
UTILIZATION OF SOLAR CELL AT POWER BANK WITH AUTOMATIC BASED PAINTING SYSTEM ARDUINO NANO
ABSTRAC
The purpose of this study was to determine the stages of manufacture, the performance of the development of a solar cell utilization tool in a power bank with an automatic aruino nano microcontroller based refining system. The results of making this project practice in the form of a power bank using a solar cell that is used to control the input voltage from the solar panel to the battery which is used as a power source of this bank. The design of the power bank uses a solar cell as an electricity source compiled based on a combination of parallel relationships that require 6 cells. Where each cell produces 5 volts 220 mA. The output produced by this solar cell is used in charging a power bank that requires a voltage of 3.7 volts. In addition, the automation of charging the bank's power battery when the battery is full is in the relay which will automatically disconnect the current using the Arduino Nano microcontroller. If the battery voltage at the power bank is at the maximum point of the sensor (3.7 Volt) it will give a command on the relay to decide the voltage of the solar cell. Based on the power bank battery charging with a capacity of 6000 mAH, the power bank can be fully charged in the conditions of bright sunlight for 7 - 8 hours.
Keywords: Power Bank, Solar Cell, Arduino Nano, Battery, Relay module
KATA PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada TYM, dengan dilimpahan berkat- Nya penyusunan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang telah di tetapkan.
Ucapan terimakasih penulis sampaikan Kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaikan Tugas Akhir ini yaitu Kepada:
1. Sanggup Perangin angin dan Emma Rosnaria Pasaribu Selaku kedua orang tua saya dan saudara saya Ersada Corrado Perangin angin dan Martinta Immanuel PA, yang membantu dalam bentuk perhatian, kasih sayang dan semangat serta doa yang tidak henti-hentinya demi kelancaran proyek ini.
2. Bapak Dr.Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara .
4. Ibu Dr.Diana Alemin Barus,MSc. selaku Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan Kepada Penulis dalam menyelesaikan Laporan Proyek ini.
5. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program Studi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara .
6. Rekan Fisika Instrumentasi D-III yang memberikan bantuan penulisan untuk
menyelesaikan Laporan.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Laporan Tugas Proyek ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, 15 Juni 2019
SARAH PUTRI ULINA PA
162408044
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
PENGHARGAAN ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 2
1.6 Sistem Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Sel Surya ( Solar Cell )... 4
2.1.1 Cara Kerja Sel Surya ... 4
2.1.2 Jenis Sel Surya ... 5
2.2 Sistem Penyimpanan Energi ... 5
2.2.1 Baterai Lithium Ion (Baterai Li-Ion)... 5
2.3 Mikrokontroler Arduino Nano ... 7
2.3.1 Spesifikasi ... 7
2.3.2 Power... 8
2.2.1 Input dan Output ... 8
2.4 LCD ( Liquid Cristal Display ) 16x2 ... 8
2.4.1 Fungsi Pin LCD ( Liquid Cristal Display ) 16x2 ... 9
2.5 Sensor Tegangan ... 10
BAB III PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN ... 11
3.1 Blok Diagram Sistem ... 11
3.2 Fungsi Blok Sistem ... 11
3.3 Flowchart Alat ... 12
3.4 Gambar Rangkaian ... 13
3.4.1 Rangkaian Soral Cell, Baterai dan Relay ... 13
3.4.2 Rangkaian Module Power Bank ... 13
3.4.3 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano... 14
3.4.4 Rangkaian LCD ... 14
3.4.5 Rangkaian Sensor Tegangan... 15
3.5 Pengujian Sistem ... 15
3.5.1 Pengujian Arduino Nano ... 15
3.5.2 Pengujian Sensor Tegangan ... 16
3.5.3 Pengujian Panel Surya ... 16
3.5.4 Pengujian Baterai Li-ion ... 17
3.5.5 Pengujian LCD (Liquid Cristal Display) ... 17
3.6 Tampilan Alat... 19
4.1 Langkah-langkah Pembuatan PCB Rangkaian Keseluruhan Sistem ... 20
BAB IV PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN ... 23
4.1 Pengukuran dan Hasil Pengukuran ... 23
4.1.1 Pengujian Panel Surya ... 23
4.1.2 Pengujian Baterai ... 23
4.2 Pengujian Alat Keseluruhan ... 24
4.3 Gambar Fisik Keseluruhan Sistem ... 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 27
4.1 Kesimpulan ... 27
4.2 Saran ... 27 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sel Surya ( Solar Cell ) ...
Gambar 2.2 Sel Surya
Polycrystalline...
Gambar 2.3 Baterai Li-ion ...
Gambar 2.4 Arduino Nano ...
Gambar 2.5 LCD (Liquid Cristal Display) 16x2 ...
Gambar 2.6 Sensor Tegangan ...
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian ...
Gambar 3.2 Flochart Alat ...
Gambar 3.3 Rangkaian Solar Cell, Baterai dan Relay ...
Gambar 3.4 Rangkaian Module Power Bank ...
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano ...
Gambar 3.6 Rangkaian LCD ...
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Tegangan...
Gambar 3.8 Tampilan Alat ... .
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Baterai Li-ion 2000 mAh...
Tabel 3.1 Pengujian Output Pin Arduino Nano ...
Tabel 3.2 Pengujian Sensor Tegangan ...
Tabel 3.3 Pengujian Panel Surya ...
Tabel 3.4 Hubungan Pin LCD ke Arduino...
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tegangan Modul Panel Surya...
Tabel 4.2 LamaWaktu Pengisian Baterai Handphone dari Baterai Cadangan...
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Perkembangan era globalisasi saat ini berdampak pada kebutuhan konsumsi
energi listrik yang semakin meningkat. Selain itu kesadaran akan penyediaan
energi listrik masih sangat tergantung pada sumber energi tak terbarukan yang
berasal dari sumber daya alam seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam
yang notabene cepat atau lambat sumber energi tersebut akan habis. Upaya-
upaya pencarian sumber energi alternatif tak terbarukan sangat diperlukan
untuk memenuhi kebutuhan listrik saat ini salah satunya menggunakan energi
matahari (Solar Energy). Solar cell yang berfungsi untuk mengkonversi energi
matahari menjadi energi listrik. Teknologi solar cell merupakan sebuah
hamparan semikonduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan
mengkonversi menjadi listrik. Solar cell banyak digunakan untuk berbagai
aplikasi salah satunya pada Power bank. Power bank yang telah hadir saat ini
telah menjelma menjadi perangkat yang sangat penting dan sangat dibutuhkan
oleh para pengguna perangkat telekomunikasi dan terlebih khusus pengguna
handphone. Karena dengan hadirnya perangkat power bank para pengguna
perangkat telekomunikasi tidak lagi dipusingkan untuk mencari daya sumber
listrik untuk pengisian baterai jika baterai pada handphone mengalami
kekosongan pada handphone. Namun pada umumnya power bank tergolong
tidak hemat energi karena masih bergantung pada listrik rumah yang
bersumber dari listrik PLN. Pada penelitian ini dilakukan rekayasa rancangan
untuk lebih hemat energi listrik pada perangkat power bank yaitu dengan
pemanfaatan solar cell sebagai sumber energi. Di dalam perangkat power bank
kebanyakan belum dilengkapi dengan pengaman atau sistem otomatisasi pada
baterai power bank. Sistem otomatisasi ini berguna untuk mencegah pemakaian
yang berlebih pada power bank yang dapat mengakibatkan kebocoran pada
baterai power bank maupun kerusakan pada perangkat power bank. Sistem
otomatisasi pada perangkat power bank tidak akan bekerja secara optimal
dalam proses pemutusan tegangan pada power bank. Jika terjadi perubahan
cuaca, karena solar cell sangat bergantung sekali pada matahari dan kondisi
cuaca. Atas dasar penelitian inilah timbul ide untuk mencoba merancang suatu “Pemanfaatan solar cell pada power bank dengan sistem pengecasan otomatis berbasis mikrokontroler arduino nano”, dengan memanfaatkan energi panas dari sinar matahari yang dihasilkan oleh sel surya (solar cell). Power bank ini dilengkapi suatu sistem kontrol untuk memonitoring dan pemutus tegangan saat pengisian baterai power bank sedang berlangsung hingga baterai terisi penuh. Adapun mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler arduino uno.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam laporan tugas projek yaitu : Bagaimana rancang bangun power bank menggunakan solar cell sebagai sumber energi listrik dan Bagaimana unjuk kerja dari rancang bangun power bank menggunakan solar cell sebagai sumber energi listrik.
1.3 Batasan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini di berikan batasan batasan masalah sebagai berikut : Layar LCD sebagai indicator dan mengontrol arus dan tegangan yang masuk, sistem kontrol menggunakan mikrokontroler arduino uno dan pengisian baterai handphone menggunakan kabel USB.
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Sebagai salah satu syarat untuk memenuhi projek program studi diploma tiga (D-3) Fisika FMIPA USU.
2. Mengetahui unjuk kerja dari power bank menggunakan solar cell sebagai sumber energi listrik.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dalam penggunaan diharapkan dapat memudahkan pengguna saat tidak
ada energi listrik saat baterai handphone kosong.
2. Dapat mengukur daya tegangan dan arus yang masuk ketika pengisian baterai power bank menggunakan solar cell sebagai sumber energi listrik menggunakan dan sistem kontrol arus dimana saat pengisian terisi penuh maka daya yang masuk akan terputus dengan tujuan agar dapat mengurangi resiko kerusakan yang terjadi pada baterai power bank menggunakan solar cell sebagai sumber energi listrik pemakaian yang berlebih.
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam penyusunan Laporan Project ini, pembahasan mengenai sistem alat yang dibuat dibagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, meanfaat penulisan dan sistematika penulisan dari laporan ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi landasan teori yang menjadi referensi utama dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dibahas berhubungan dengan sistem yang akan dibuat dan juga yang akan digunakan untuk kepentingan analisis dan perancangan.
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
BAB IV ANALISIS DAN PENGUJIAN
Bab ini membahas mengenai pengujian – pengujian yang dilakukan antara lain;
pengujian panel surya, pengujian baterai dan program yang diisikan ke mikrokontroller. Selain itu juga dilakukan analisis terhadap sistem yang telah dibangun untuk mengetahui apakah sistem tersebut berjalan dengan baik dan sesuai dengan parameter.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan Project ini dan saran-saran untuk pengembangannya.
DAFTAR PUSTAKA
Pada bagian ini akan dipaparkan tentang sumber-sumber literatur yang
digunakan dalam pembutan Projects.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sel Surya (Solar Cell)
Sel surya atau panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya listrik". Sel surya bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi. Pada umumnya, solar cell merupakan sebuah hamparan semi konduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik.
Gambar 2.1 : Sel Surya (Solar Cell)
2.1.1 Cara Kerja Sel Surya
Sel Surya mengkonversikan langsung cahaya menjadi listrik. Bahan dari sel surya mempunyai kemampuan photoelectric yaitu kemampuan menyerap energi photon dalam cahaya dan melepaskan elektron bebas jika terkena sinar matahari. Ketika elektron bebas ini ditangkap, timbul suatu arus listrik yang dapat ditransmisikan menjadi energi listrik. Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpasinar matahari maka akan terjadi aliran electron, aliran electron inilah yangdisebut sebagai aliran arus listrik.
Solar Cell berfungsi untuk mengecas baterai yang dimana baterai
berfungsi sebagai sumber daya power bank dan juga sumber daya untuk
menghidupkan sistem pada alat, dan relay berfungsi untuk memutus dan
menghubungkan arus yang masuk ke baterai dari panel surya ketika proses
pengecasan baterai.
2.1.2 Jenis Sel Surya
Jenis yang dipakai oleh alat ini adalah jenis polycrystalline, yang terbuat dari kristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai 12%.
Gambar 2.2 : Sel Surya Polycrystalline
2.2 Sistem Penyimpanan Energi
Sistem penyimpanan energi yang biasa digunakan untuk menyimpan energi keluaran dari sel surya adalah baterai, penggunaan baterai sebagai media penyimpan energi sementara dikarenakan kebutuhan akan energi listrik tidak hanya terjadi pada siang hari melainkan terjadi pula pada malam hari.
Pentingnya baterai sebagai media penyimpan energi listrik. Baterai yang ideal pada umumnya mempunyai efisiensi yang tinggi, sel discharge yang rendah.
2.2.1 Baterai Lithium Ion ( Baterai Li-Ion)
Ketika baterai isi ulang Li-ion digunakan melebihi tegangan atau arus yang diizinkan, elektrolit mungkin membongkar, dan hal ini akan mempengaruhi kinerja keselamatan baterai isi ulang Li-ion. Begitu modul sirkuit perlindungan digunakan untuk mencegah biaya berlebih, pengeluaran berlebih dan lebih arus.
Parameter modul rangkaian perlindungan sebagai berikut: Tegangan
Perlindungan over charge: 4.25V ± 25mV Tegangan Perlindungan Over
discharge: 2.30V ± 80mV Tegangan Perlindungan Arus: 3.0A. Berikut
spesifikasi dari Baterai Lithium Ion 2000 mAh :
Jenis baterai LIR18650 Kapasitas minimum/nominal 2000 mAh Tegangan pengisiandaya 4,7 V
Tegangan nominal 3,7 V
Arus standar Metode: CC / CV (arus konstan / tegangan konstan)
Maksimum arus masukan 1500 mA Maksimum arus keluaran 3000 mA Tegangan baterai kosong 2.75V
Berat 45g
Suhu operasional Masukan : 0 C ~ 45 C. keluaran :-20 C ~ 60 C Suhu penyimpanan -20 C ~ 45 C
penampilan Tidak ada cacat seperti goresan, cacat, retak, karat, kebocoran, yang dapat mempengaruhi komersial nilai sel
Tabel 2.1.Spesifiksi Baterai Li-ion 2000 mAh
Pada 20 ± 5 o C, kosong kan baterai dengan konstan tegangan cut-off 0,5C sampai 2,75V saat ini. Kemudian baterai tetap selama 1 jam. Siklus didefinisikan sebagai satu pengisian dan pengosongan. Biaya ini dan lingkaran debit harus diulang 300 kali.
Gambar 2.3. Baterai Li-ion
2.3 Mikrokontroler Arduino Nano
Arduino merupakan board sistem minimum mikrokontroler yang mempunyai sifat open source. Board Arduino ini menggunakan IC mikrokontroler AVR yangmerupakan produk dari Atmel. Pada Arduino Nano digunakan IC mikrokontroler ATmega 328 (Arduino Nano 3.x) atau ATmega 168 (Arduino Nano 2.x). Selain bersifat open source Arduino juga memiliki bahasa pemprograman sendiri berupa bahasa C. Arduino Nano memiliki DC power jack, port USB Mini-B yang digunakan untuk upload source code program ke dalam mikrokontroler.
Gambar 2.4. Arduino Nano
2.3.1 SpesifikasiArduino Nano
Arduino Nano ini memiliki beberapa spesifikasi, antara lain :
1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATmega 168 atau Atmega328.
2. Memiliki tegangan operasi sebesar 5 V.
3. Tegangan input yang direkomendasikan sebesar 7 – 12 V.
4. Limit tegangan input 6 – 20 V.
5. Memiliki 14 pin digital I/O (6 diantaranya mendukung output PWM).
6. Memiliki 8 pin input analog.
7. Arus DC per pin I/O 40 mA.
2.3.2. Power
Arduino Nano dapat diberi power melalui koneksi Mini-B USB, pada pin 30 dapat diberi power sebesar 6 – 20 volt, dan pada pin 27 dapat diberi power sebesar 5 volt. Tegangan power tersebut dapat diperoleh melalui koneksi USB, catu daya DC, atau dari baterai.
2.3.3. Input dan Output
Ada 14 pin digital pada Arduino Nano yang dapat digunakan sebagai input ataupun output dengan menggunakan fungsi perintah pin Mode(), digital Write(), digital Read(). Input/output ini bekerja pada tegangan 5 V. Setiap pinnya dapat menghasilkan dan menerima arus maksimal sebesar 40 mA.
2.4. LCD (Liquid Crystal Display) 16x2
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada Lcd Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Rangkaian ini terhubung ke PD.5, PD.6, PD.7, PB.0, PB.1 , PB.2 , PB.3 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 akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroler.
LCD adalah salah satu komponen elektronika yang berguna untuk
menampilkan suatu data, baik karakter, huruf maupun grafik. Tampilan LCD sudah
tersedia dalam bentuk modul yaitu tampilan LCD beserta rangkain pendukungnya
temasuk ROM dan pelengkap lainnya. LCD mempunyai pin data, control catu daya,
dan pengatur kontras tampilan. LCD dapat bekerja dengan tegangan sebesar 5 volt
yang di dapat dari keluaran mikrontroler, untuk itu biasanya LCD dihubungkan
dengan mikrokontroler. LCD adalah modul penampil yang banyak digunakan karena
tampilan nya menarik.
Pin-pin yang terdapat di LCD:
Pin data yaitu sebuah pin yang digunakan sebagai jalur untuk mengirimkan data baik berupa huruf, angka, karakter atau grafik utuk ditampilkan pada LCD dengan lebar data sebesar 8 bit.
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high untuk membaca data.
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 atau 10 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground dan sumber tegangan yang dibutuhkan oleh LCD yaitu 5 Volt DC (Direct Curent).
Gambar 2.5 : LCD (Liquid Cristal Display) 16x2
2.4.1 Fungsi Pin LCD (Liquid Cristal Display) 16x2
1. DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontrooler ke modul LCD.
2. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect)
yaitu dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan
logika high (1) sebagai register data.
3. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
4. Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data.
2.5 Sensor Tegangan
Sensor Tegangan berfungsi sebagai sensor yang dimana sensor tegangan membaca nilai tegangan baterai. Pin VCC sensor tegangan dihubungkan ke pin GND Arduino dan pin Output sensor tegangan dihubungkan ke pin A0 Arduino.
Gambar 2.6. Sensor Tegangan
BAB III
PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
3.1 Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
3.2 Fungsi Blok Sistem
Keterangan dari Blok Diagram Sistem diatas adalah sebagai berikut : 1. Sensor Tegangan
Berfungsi sebagai input yang membaca nilai tegangan baterai.
2. Arduino Nano
Berfungsi sebagai otakdanpengontrolpadasistemelektronikaalat.
3. Panel Surya
Berfungsi sebagai perangkat yang mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik
4. Module Power Bank
Berfungsi sebagai menaikan tegangan baterai sesuai yang di gunakan 5. LCD 16x2
Berfungsi sebagai output untuk menampilkan data 6. Baterai ( 3,7 Volt )
Berfungsi sebagai media penyimpanan energi listrik 7. Module Relay
Berfungsi Sebagai memutus dan menghubungkan arus yang masuk.
Mikrokontroller Arduino Nano
LCD 16×2 Module Relay Sensor tegangan
Baterai
Module Power BankPanel Surya
3.3 Flowchart Alat
Gambar 3.2 Flowchart Alat
START
JIKA TEGANGAN BATERAI
< 3.2 VOLT INISIALISA SI
PROGRAM
RELAY NORMALI CLOSE (NC) BATERAI
DI CHARGER
JIKA TEGANGAN BATERAI
= 4.2 VOLT
SELESAI RELAY
NORMALI OPEN (NO) CHARGERT
ERPUTUS
SENSOR TEGANGAN MEMBACA TEGANGAN
BATERAI
LCD MENAMPILKAN
KONDISI BATERAI
3.4. Gambar Rangkaian
3.4.1. Rangkaian Solar Cell, Baterai dan Relay ke Arduino Nano
Solar Cell berfungsi untuk mengecas baterai yang dimana baterai berfungsi sebagai sumber daya power bank dan juga sumber daya untuk menghidupkan sistem pada alat, dan relay berfungsi untuk memutus dan menghubungkan arus yang masuk ke baterai dari panel surya ketika proses pengecasan baterai.
Gambar 3.3 Rangkaian Solar Cell, Baterai dan Relay
3.4.2. Rangkaian Module Power Bank
Module Power Bank berfungsi untuk menaikan tegangan baterai yang tegangan baterai 3,7 Volt dinaikan menjadi 5 Volt agar dapat berfungsi sebagai Power bank.
Gambar 3.4 Rangkaian Module Power Bank
3.4.3. Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano
Mikrokontroler Arduino Nano berfungsi sebagai otak dari sistem, untuk mengolah data dan mengontrol output pada sistem alat.
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano
3.4.4. Rangkaian LCD
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD 16 x2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada Lcd Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Gambar berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler. Rangkaian ini terhubung ke PD.5, PD.6, PD.7, PB.0, PB.1 , PB.2 , PB.3 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 akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroler.
Gambar 3.6 Rangkaian LCD
3.4.5. Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor Tegangan berfungsi sebagai sensor yang dimana sensor tegangan membaca nilai tegangan baterai. Pin VCC sensor tegangan dihubungkan ke pin GND Arduino dan pin Output sensor tegangan dihubungkan ke pin A0 Arduino.
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Tegangan
3.5. Pengujian Sistem
3.5.1. Pengujian Arduino Nano
Arduino nano memiliki 8 pin sebagai input analog, diberi label A0 sampai dengan A7 yang masing-masing mempunyai resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Arduino nano juga memiliki pin digital D0 sampai D13 dengan input / output dengan ini sial high atau low ( 0 dan 5 V ). Board Arduino Uno dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika suplai kurang 7V.
meskipun, pin 5V dapat disuplai kurang dari lima volt, board mugkin tidak stabil.
Jika menggunakan tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.Sumber daya eksternal (non-USB) dapat berasal dari adapter AC-ke-DC atau baterai
Pengujian ini dilakukan dengan cara menghubungkan pin analog ke pin GND, pin digital ke pin GND, dan pin VCC ke GND. Tujuan dari pengujian mikrokontrol arduino nano ini adalah untuk membuktikan hasil pengukuran manual menggunakan multimeter dengan hasil pengukuran pada datasheet arduino nano.
Adapun hasil dari pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Tabel 3.1 Pengujian output pin Arduino Nano
PIN Arduino Nano Vout
VCC ( 5 V ) 4,98 V
3,3 V 3.29 V
Reset ( Tidak Ditekan ) 4,98 V
Reset ( Ditekan ) 0,01 V
Analog ( high ) 4,98 V
Analog ( low ) 0,01 V
Digital ( high ) 4,98 V
Digital ( low ) 0,01 V
3.5.2. Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian sensor ini dilakukan untuk mengetahui nilai keluaran rangkaian sensor tegangan tersebut pada saat sensor diberi tegangan, maka dilakukan pengukuran tegangan keluaran rangkaian dengan menggunakan Multimeter. Berikut hasil pengujian pengukuran keluaran Sensor Tegangan:
Tabel 3.2 Pengujian Sensor Tegangan Vout Multimeter Vout Alat
3.12 2.92
1.14 1.08
3.5.3. Pengujian Panel Surya
Pengujian Panel Surya ini untuk mengetahui nilai yang dikeluarkan oleh
panel surya jika dalam kondisi mengenai atau tidak mengenai cahaya dalam waktu
tertentu. Dari perbedaan keluaran yang dihasikan panel surya kita akan mengetahui
bahwa Panel Surya dapat digunakan dan dalam kondisi baik.
Tabel 3.3 Pengujian Panel Surya Waktu ( detik ) V ( Volt )
1 5,8
2 5,8
3 5,9
4 5,8
5 5,9
3.5.4. Pengujian Baterai Li-ion
Pengujian baterai ini dilakukan dengan cara mengukur tegangan pada baterai menggunakan multimeter digital dan hasil yang dikeluarkan adalah tegangan 3,7 V.
3.5.5. Pengujian LCD (Liquid Cristal Display)
Pengujian LCD dilakukan dengan merangkai LCD ke arduino dan menampilkan suatu karakter.
Pin LCD Pin Arduino
1 (GND) GND
2 (VCC) VCC (5V)
3 (VEE) V out (Potensio)
4 (RS) Pin 3
5 (RW) GND
6 (EN) Pin 4
7 (D0) -
8 (D1) -
9 (D2) -
10 (D3) -
11 (D4) Pin 5
12 (D5) Pin 6
13 (D6) Pin 7
14 (D7) Pin 8
15 (A) VCC (5V)
16 (K) GND
Tabel 3.3. Hubungan pin LCD ke Arduino
Pada pengujian rangkaian LCD, LCD dihubungkan pada pin digital 3, 4, 5, 6, 7, 8, yang merupakan pin I/O. Pengujian LCD adalah dengan cara memprogram LCD dengan software Arduino.cc bahasa C yang didalamnya terdapat command tersebut.
#include<LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(3, 4, 5, 6, 7, 8);
void setup()
{lcd.begin(16, 2); } void loop()
{
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("SARAH");
delay (500);
}
Setelah itu program akan diupload atau dikirimkan kedalam arduino dan hasilnya layar LCD akan menampilkan tulisanSARAH sampai catu daya dilepas.
Cara kerja LCD saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke “0” dan tunggu beberapa saat ( tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high “1”.
Ketika jalur RS dalam kondisi low “0”, data yang dikirimkan ke LCD dianggap
sebagai sebuah perintah dan intruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor
dan lain-lain). Ketika RS dalam kondisi high atau “1”, data yang dikirimkan adalah
data ASCII yang akan ditampilkan dilayar.
3.6 Tampilan Alat
Gambar 3.8 Merupakan tampilan alat Pemanfaatan solar cell pada power bank dengan sistem pengecasan otomatis berbasis mikrokontroler arduino nano.
Gambar 3.8 : Tampilan Alat
3.7 Langkah-langkah Pembuatan PCB Rangkaian Keseluruhan Sistem
1. Pembuatan rangkaian menggunakan aplikasi EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout Editor), merupakan sebuah aplikasi untuk mendesain skematik elektronika maupun PCB (Printed Circuit Board).
2. Buka aplikasi eagle, kemudian klik file →New. Maka akan muncul lembar skematik kerja eagle yang baru.
3. Klik ikon Add, yang berfungsi untuk mencari simbol komponen-komponen elektronika yang dibutuhkan. Adapun komponen elektronika yang digunakan yaitu :
ArduinoNano
LCD 16x2
Panel Surya
Sensor Tegangan
Baterai 3,7 Volt
Symbol GND dan VCC
Relay
Module power bank
Maka tampilan lembar kerja skematik akan seperti pada gambar dibawah ini.
4. Kemudian klik ikon Wire , yang berfungsi menghubungkan komponen yang
satu dengan komponen yang lain.
5. Untuk rangkaian skematik sensor tegangan, baterai, panel surya, relay dan module power bank serta Arduin nano seperti pada gambar.
6. Setelah semuanya terhubung seperti pada gambar dibawah ini.Klik ikon switch to board , yang berfungsi mengubah rangkaian skematik menjadi board.
Seperti gambar dibawah ini.
7. Klik ikon Route , yang menghubungkan komponen satu kekomponen
lainnya. Seperti pada gambar dibawah ini.
8. Kemudian klik ikon polygon , berfungsi mengotaki daerah yang akan di cetak. Kemudian klik ikon change , berfungsi mengatur isolate dan width.
Dan klik ikon ratsnest dan untuk mengatur gambar menjadi seperti dibawah ini.
Maka gambar rangkaian siap untuk dicetak.
9. Kemudian sebelum hasil print di gosokkan ke PCB, bersihkan PCB terlebih dahulu menggunakan kertas pasir sampai betul-betul bersih agar kertas mudah menempel ke PCB.
10. Borlah PCB tersebut dan susunlah komponen sesuai dengan tempatnya. Setelah
itu, solder lah seluruh komponen dengan rapi dan benar agar rangkaian dapat
menyala. Selesai.
BAB 4
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengukuran dan Hasil Pengukuran 4.1.1 Pengujian Panel Surya
Pengujian pada modul panel surya bertujuan untuk mengetahui kesesuaian spesifikasi alat yang tercantum pada spesifikasi data teknis terhadap hasil pengujian dilapangan secara langsung. Pengujian ini juga dilakukan untuk memastikan semua modul telah terhubung dengan benar dan tidak terjadi kesalahan.
Apabila terjadi kesalahan pada alat maka dapat segera kita lakukan perbaikan.
Pengujian modul panel surya ini dilakukan dibawah sinar matahari langsung dengan cuaca tidak menentu karena cuaca bisa berubah-ubah. Pengujian ini mengambil waktu 3 hari dengan waktu dari jam 11:00 sampai 13:00 WIB. Sehingga dapat diperoleh data percobaan sebagai berikut.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tegangan Modul Panel Surya
No. Jam
Tegangan Hari Pertama
(V)
Tegangan Hari Kedua
(V)
Tegangan Hari Ketiga
(V)
1 11.00 WIB 4.55 4.99 4.12
2 11.30 WIB 5.04 5.04 5.08
3 12.00 WIB 5.11 5.10 5.11
4 12.30 WIB 5.08 5.11 5.00
5 13.00 WIB 4.82 4.65 4.85
4.1.2 Pengujian Baterai
pengujian ini dilakukan pada 3 kali percobaan dengan menggunakan daya
yang terdapat pada baterai cadangan, waktu yang dibutuhkan untuk pengisian ulang
baterai handphone sudah bisa dilakukan dengan rata - rata waktu 93 menit. Baterai
dari hasil pengisian ulang menggunakan alat ini berfungsi normal dengan lama waktu
24-48 jam pada kondisi siap.
Tabel 4.2 Lama Waktu Pengisian Baterai Handphone dari Baterai Cadangan Percobaan Ke- Lama Waktu Pengisian Baterai Handphone
1 98 menit
2 88 menit
3 100 menit
4.2 Pengujian Alat Keseluruhan
#include <LiquidCrystal.h>
float tegangan;
int teganganPin = A0;
LiquidCrystal lcd(2, 3, 9, 10, 11, 12);
void setup() { Serial.begin(9600);
pinMode(8,OUTPUT);
lcd.begin(16, 2);
}
void loop() {
tegangan = analogRead(teganganPin);
tegangan = tegangan * 0.00489*4.633;
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Baterai:");
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print(tegangan);
lcd.print(" V");
Serial.print(" = ");
Serial.print(tegangan);
Serial.print(" Volt");
Serial.println();
if ((tegangan <= 3.50) && (tegangan <= 4.10)){
digitalWrite(8,HIGH);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Sedang Mengecas");}
else if ((tegangan <= 4.15) && (tegangan >= 3.55)){
digitalWrite(8,LOW);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Baterai Penuh ");
}
delay(1000);
}
4.3 Gambar Fisik Keseluruhan Sistem
Pengujian ini akan menggabungkan semua sistem dan berjalan secara otomatis dengan program yang telah dimasukkan ke dalam Arduino Nano, berikut tampak fisik keseluruhan sistem.
Gambar 4.1 Gambar Fisik Keseluruhan Sistem
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Keluaran yang dihasilkan oleh solar cell ini dimanfaatkan dalam pengisian baterai power bank yang membutuhkan tegangan sebesar 3.7 volt. Selain itu otomatisasi pengisian baterai power bank pada saat baterai sudah penuh terdapat pada relay yang akan memutuskan arus secara otomatis dengan menggunakan mikrokontroler Arduino Nano. Hal ini diperlukan, karena sistem ini berfungsi sebagai pengaman terhadap baterai dari over charging untuk menjaga umur pemakaian baterai. Sistem ini menggunakan suatu rangkaian switching regulator untuk menstabilkan keluaran sel surya yang tidak stabil.
2. Sensor Tegangan bertujuan untuk memonitoring tegangan sebagai otomatisasi pada rangkaian power bank menggunakan solar cell. Baterai power bank akan mengisi jika keluaran tegangan dari solar cell melebihi dari 3.7 volt. Apabila tegangan baterai pada power bank telah pada titik maksimum sensor akan memberikankan perintah pada relay untuk memutuskan tegangan dari solar cell. Berdasarkan pengisian baterai Power Bank dengan kapasitas 6000 mAH, power bank dapat terisi penuh pada kondisi cuaca matahari yang cerah selama 7 - 8 jam.
5.2 SARAN
Sebaiknya dengan adanya alat ini masyarakat dapat menggunakan Power Bank menggunakan Soral Cell untuk lebih memanfaatkan tenaga sinar matahari.
Penulis menyadari bahwa alat ini masih sangat membutuhkan banyak
pengembangan baik dari segi penggunaan dan system kerja.Untuk kedepannya
fungsi dari alat ini diharapkan bisa diperluas lagi supaya tidak memakan energi
dan tegangan listrik agar lebih menghemat daya,waktu dan pengukuran semakin
lebih teliti lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Bishop Owen, 2004. Dasar-dasar Elektronika. Jakarta : Erlangga
http://indo-robotic.blogspot.co.id/2015/02/mengakses-ultrasonic-hc-sr04-sensor.html
Setiawan, Iwan,2009.Buku Ajar Sensor dan Transduser. Semarang: Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
http://www.digi-bytes.com/index.php?route=product/product&product_id=96
Widodo Budiharto dan Togu Jefri,2007.12 Proyek Sistem Akuisisi Data.Jakarta: PT Alex Media Komputindo.
http://www.insinyoer.com/timer-pada-mikrokontroller-avr
http://www.wikikomponen.com/pengertian-solar-cell-atau-sel-surya-dan-prinsip- kerja
http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-relay
https://ariefeeiiggeennblog.wordpress.com/2014/02/07/pengertian-fungsi-dan-kegunaan- arduino/
