PERANCANGAN SISTEM PELACAKAN SOLAR PANEL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16
SKRIPSI
FADHLAN MUHAMMAD NASUTION 160821009
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PERANCANGAN SISTEM PELACAKAN SOLAR PANEL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
FADHLAN MUHAMMAD NASUTION 160821009
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PERANCANGAN SISTEM PELACAKAN SOLAR PANEL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 24 Agustus 2018
Fadhlan Muhammad Nasution 160821009
PENGHARGAAN
Bismillahirrahmanirrahim
Alhamdulillahirabbil’alamin puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan anugerah dan rahmat-Nya yang berlimpah kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul: “Peracangan Sistem Pelacakan Solar Panel Menggunakan Mikrokontroler ATMega16”.
Skripsi ini dibuat sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana (S1) di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara. Penulis berharap kedepannya skripsi ini dapat menjadi inspirasi mahasiswa dan mengebangkan penelitian ini.
Demi kelancaran dalam penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak terutama kepada Ayahanda Fahrizal Anwar Nasution dan Ibunda Deviana Harahap beserta kakak dan adik penulis Firza Annisa Nasution dan Fatin Nabila Nasution, yang telah memberikan do‟a dan semangat serta bantuan moril maupun materil yang begitu besar kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari do‟a, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc sebagai Dosen Pembimbing I yang telah bekontribusi membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
2. Bapak Drs. Aditia Warman MSi sebagai Dosen Pembimbing II yang telah bekontribusi membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Bisman P, M.Eng.Sc sebagai Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS sebagai Ketua Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU.
5. Dosen-dosen di Departemen Fisika FMIPA USU yang telah memberikan ilmu selama berkuliah kepada penulis.
6. Mas M. Fatur Rohman yang telah mengajari dan memberikan saran kepada penulis agar memahami dan menyelesaikan alat dan skripsi ini dengan baik.
7. Seluruh staff pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah banyak membantu dalam urusan akademik penulis.
8. Seluruh teman-teman Fika Ekstensi 2016 yang juga memebrikan nasehat dan motivasi kepada penulis dalam penulisan skripsi.
9. Serta pihak-pihak lain yang telah ikut serta membantu penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dikatakan dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga bermanfaat bagi yang membutuhkan.
Medan, 24 Agustus 2018
Fadhlan Muhammad Nasution
PERANCANGAN SISTEM PELACAKAN SOLAR PANEL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16
ABSTRAK
Pemanfaatan energi listrik di dunia ini sangatlah penting untuk kehidupan manusia. Terutama di zaman yang modern sekarang ini, mulai dari sisi hardware maupun software. Banyak teknologi yang akan bermunculan dan hal tersebut akan sangat membutuhkan asupan energi listrik yang cukup banyak. Pemanfaatan energi matahari yang dapat digunakan untuk sesuatu kemajuan teknologi zaman sekarang.
Meningkatnya kebutuhan akan energi listrik membuat persediaan cadangan energi konvensioanal menjadi semakin sedikit. Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Pemanfaatan pemanfaatan energi panel surya di tingkat dunia masih sangat sedikit. Penerapan sistem tracking pada Panel Surya terhadap matahari dapat mengurangi pemanfaatan energi listrik. Sistem pelacakan tracking pada panel surya menggunakan sebuah mikrokontroller yaitu ATMega16 metode pemrograman dapat digunakan untuk melakukan sistem Tracking pada Panel Surya. Dengan menjadikan nilai tegangan dan arus sebagai input dalam metode pemrograman. Motor servo akan digunakan sebagai aktuator penggerak panel surya.
Kata kunci: Energi, Panel Surya, Mikrokontroler, ATMega16, Motor Servo.
DESIGN OF SOLAR PANEL TRACKING SYSTEM USING MICROCONTROLLER ATMEGA16
ABSTRACT
Utilization of electrical energy in this world is very important for human cravings. Especially in today's modern era, starting from the hardware and software side. A lot of technology will emerge and it will require a lot of electrical energy.
Utilization of solar energy can be used for technological advancement today. The increasing demand for electrical energy makes the inventory of conventional energy reserves less and less. Solar panels are devices consisting of solar cells that convert light energy into electrical energy. Utilization of solar panel energy utilization in world level is still very little. The application of the tracking system on the solar panel to the sun can reduce the utilization of electrical energy. Tracking system on solar panels using a microcontroller ATMega16. Programming method can be used to perform tracking system on solar panel. By making the voltage and current values.
as inputs in the programming method. Servo motors will be used as solar panels actuator.
Keyword: Energy, Solar Panel, Microcontroller, ATMega16, Servo Motor.
DAFTAR ISI
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xi
BAB I Pendahuluan
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Batasan Masalah 2
1.5 Sistematis Penulisan 2
BAB II Landasan Teori
2.1 Panel Surya 4
2.2 Mikrokontroler ATMega16 7
2.3 Sensor LDR 13
2.4 Sensor Tegangan 14
2.5 Motor Servo 14
2.6 LCD (Liquid Crystal Display) 16
BAB III Perancangan Alat
3.1 Perancangan Blok Diagram 18
3.2 Rangkaian Adaptor 19
3.3 Rangkaian ATMega16 20
3.4 Rangkaian Sensor LDR 21
3.5 Rangkaian Sensor Tegangan 22
3.6 Rangkaian Solar Panel 23
3.7 Rangkaian Motor Servo 24
3.8 Rangkaian LCD 25
3.9 Rangkaian Lengkap 26
3.10 Flowchart 27
BAB IV Hasil Dan Analisis
4.1 Pengujian Mikrokontroler ATMega16 28
4.2 Pengujian LCD 30
4.3 Pengujian Panel Surya 31
4.4 Pengujian Sensor Tegangan 32
4.5 Pengujian Motor Servo 33
4.6 Pengujian Sensor LDR 34
4.7 Pengujian Keseluruhan Sistem 35
BAB V Kesimpulan Dan Saran
5.1 Kesimpulan 40
5.2 Saran 40
Daftar Pustaka 41
Lampiran 42
Lampiran 1 Program Keseluruhan Sistem 43
Lampiran 2 Gambar Alat 56
Lampiran 3 Gambar Rangkaian Lengkap 58
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Pin Pada LCD 16
Tabel 4.1 Pengujian Pin Mikrokontroler ATMega16 29
Tabel 4.2 Pengujian Pin Display LCD 30
Tabel 4.3 Posisi Panel Surya Statis Dan Dinamis 32
Tabel 4.4 Pengujian Sensor Tegangan 33
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Menggunakan Senter 35
Tabel 4.6 Sampel Perhitungan Logika Pemrograman 36
Tabel 4.7 Perbandingan Vout Solar Panel 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sel Surya 5
Gambar 2.2 Mikrokontroller ATMega16 8
Gambar 2.3 Blok Diagram ATMega16 10
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega16 12
Gambar 2.5 Sensor LDR 13
Gambar 2.6 Sensor Tegangan 14
Gambar 2.7 Motor Servo 15
Gambar 2.8 LCD (Liquid Crystal Display) 16
Gambar 3.1 Blok Diagram 18
Gambar 3.2 Rangkaian Listrik Adaptor 19
Gambar 3.3 Rangkaian Listrik ATMega16 20
Gambar 3.4 Rangkaian Listrik Sensor LDR 21
Gambar 3.5 Rangkaian Listrik Sensor Tegangan 22
Gambar 3.6 Rangkaian Listrik Solar Panel 23
Gambar 3.7 Rangkaian Listrik Motor Servo 25
Gambar 3.8 Rangkaian Listrik LCD 25
Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap 26
Gambar 3.10 Flowchart Sistem 27
Gambar 4.1 Paparan Cahaya ke Solar Panel 31
Gambar 4.2 Paparan Cahaya ke Solar Panel Mengikuti Sudut 31
Gambar 4.3 Pergerakan Sudut Angular Servo 33
Gambar 4.4 Tampilan Proses Perhitungan Logika Pemrograman 38 Gambar 4.5 Proses Akhir Perhitungan Logika Pemrograman 38
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Program Keseluruhan Sistem 43
Lampiran 2 Gambar Alat 56
Lampiran 3 Gambar Rangkaian Lengkap 58
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi adalah salah satu malasah utama yang dihadapi oleh hampir seluruh negara di dunia, hal ini mengingat energi merupakan salah satu faktor utama bagi terjadinya pertumbuhan ekonomi suatu negara. Penggunaan energi di zaman modern sekarang tentunya sangat membutuhkan daya yang cukup banyak demi menjaga kelangsungan perkembangan teknologi. Pemanfaatan energi matahari merupakan salah satu alternatif untuk menunjang kemajuan teknologi zaman sekarang. Dengan menggunakan panel surya energi cahaya dari matahari akan dirubah menjadi energi listrik. Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik, Solar Panel bisa disebut juga dengan Sel Photovoltaic. Pemanfaatan solar panel di dunia belum banyak di implementasikan, pada saat ini energi listrik yang dihasilkan oleh Solar Panel di seluruh dunia hanya mencapai sekitar 12 GW.
Dari jumlah tersebut negara Jerman merupakan negara yang paling banyak menghasilkan energi tersebut yaitu mencapai 5 GW.
Pada penelitian maupun eksperimen yang sudah pernah dilakukan pemanfaatan solar panel terhadap matahari dapat dilakukan menggunakan sistem tracking dengan metode pemrograma logika. Dengan menjadikan MPPT yaitu singkatan dari Maximum Power Point Tracking parameter sebagai input untuk proses pemrograman.
Dalam perancangan sistem Tracking Solar Panel pada tugas akhir ini menggunakan Mikrokontroller ATMega16. Dengan membaca nilai tegangan dan nilai arus yang dihasilkan oleh Solar Panel sebagai parameter input pada proses pemrograman. Pembacaan ini dilakukan secara langsung terhadap matahari atau pengaplikasiannya.
1.2 Perumusan Masalah
Berikut perumusan masalah yang ingin saya angkat adalah
1. Bagaimana cara mengendalikan solar panel agar dapat mengikuti matahari.
2. Apakah sistem pelacakan lebih efesien?
1.3 Tujuan Penelitian
Berikut adalah tujuan yang ingin dicapai pada penulisan Tugas Akhir:
1. Membangun sistem pelacakan menggunakan Mikrokontroller ATMega16;
2. Membangun sitem penggerak untuk kendali Solar Panel.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Melakukan pelacakan pada Solar Panel;
2. Mengendalikan Solar Panel dengan Motor Servo;
3. Tracking Solar Panel dilakukan saat cuaca cerah;
4. Prototipe ini menggunakan Mikrokontroller ATMega16, Motor Servo, regulator atau adaptor, Solar charge controller, Sensor LDR, dan Solar Panel 5 watt;
5. Nilai tegangan dan arus pada Solar Panel diambil secara langsung;
6. Pengendalian Motor Servo berdasarkan nilai tegangan dan arus paling maksimal;
7. Pengujian pada prototipe ini adalah diruang bebas tanpa ada penghalang seperti gedung, pohon, dan lain-lain;
8. Pengujian dilakukan saat cuaca cerah;
1.5 Sistematis Penulisan
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, pembahasan mengenai sistem alat yang dibuat dibagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I: PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, batasan masalah, tujuan pembahasan, metodologi pembahasan, sistematika penulisan dan relevansi dari penulisan laporan tugas akhir ini.
BAB II: LANDASAN TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian teori pendukung itu antara lain tentang Solar Panel, mikrokontroller ATMega16, sensor LDR, motor servo.
BAB III: PERANCANGAN ALAT
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir.
BAB IV: HASIL DAN ANALISIS
Pada bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisa data yang diperoleh dari pengujian alat yang dibuat.
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari penilitian ini serta saran yang diberkaitan dengan seluruh proses perancangan dan pembuatan tugas akhir ini.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Panel Surya
Panel Surya adalah sebuah sistem yang terdiri dari kepingan komponen modul-modul surya yang digabungkan menjadi satu panel yang berfungsi mengubah atau mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Hasil pengkonversian energi tersebut dapat digunakan sebagai kebutuhan energi listrik sehari-hari. Panel surya pada saat ini sangatlah berguna untuk kebutuhan energi listrik sehari-hari karena panel surya adalah pembangkit listrik yang bersifat mandiri dan dapat mengurangi kebutuhan akan pasokan energi listrik dari PLN.
Pada umumnya, solar cell merupakan sebuah hamparan semi konduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Sel surya tersebut dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia yang khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan kutub negatif. Pada sel surya terdapat sambungan atau function di antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor yang berjenis "P" (positif) dan semikonduktor jenis "N" (negatif). Silicon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberilapisan nikel yang berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positif. Dibawah bagian P terdapat bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran yang berjenis negatif.
2.1.1 Semikonduktor dan Sel Surya
Sebuah semikonduktor adalah sebuah elemen dengan kemampuan listrik di antara sebuah konduktor dan sebuah isolator. (Albert Paul Malvinho, 2003: 35). Sel surya adalah suatu perangkat yang memiliki kemampuan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan mengikuti prinsip photovoltaic, adanya energi
dari cahaya (foton) pada panjang gelombang tertentu akan mengeksitasi sebagian elektron pada suatu material ke pita energi yang ditemukan oleh Alexandre Edmond Bacquerel (Belgia) pada 1984. Efek ini dapat timbul terutama pada semikonduktor listrik yang memiliki konduktivitas menengah dikarenakan sifat elektron di dalam material yang terpisah dalam pita-pita energi tertentu yang disebut pita konduksi dan pita valensi.
Kedua pita energi tersebut berturut-turut dari yang berenergi lebih rendah adalah pita valensi dan pita konduksi, sedangkan keadaan tanpa elektron disebut dengan celah pita. Celah pita ini besarnya berbeda-beda untuk setiap material semikonduktor, tapi disyaratkan tidak melebihi 3 atau 4 eV (1 eV = 1,60x10-19 J).
Gambar 2.1 Sel Surya
Berdasarkan teori Maxwell tentang radiasi electromagnet, cahaya dapat dianggap sebagai spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda. Pendekatan berbeda dijabarkan oleh Einstein bahwa efek photovoltaic mengindikasikan cahaya merupakan partikel diskrit atau quanta energi. Dualitas cahaya sebagai partikel dan gelombang dirumuskan dengan persamaan:
E =
h.c = (6,6256 x 10-34 Js) (2,9979 x 108 m/s) = 1,9863 x 10-26 Jm
2.1.2 Proses Konversi Sel Surya
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya yang berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor, yakni yang berjenis N dan jenis P. Semikonduktor jenis N merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif).
Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p (p = positif) karena kelebihan muatan positif.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n. Istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi (metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.
a. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
b. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor jenis N menuju semikonduktor jenis P, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor N.
c. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan negatif. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
d. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.
e. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.
f. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n.
2.1.3 Jenis Panel Surya
Ada beberapa jenis panel surya yang dijual di pasaran:
1. Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan masyarakat saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki tingkat efisiensi antara 12 sampai 14%.
2. Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat darikristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai 12%.
3.Jenis ketiga adalah silikon jenis amorphous, yang berbentuk film tipis. Efisiensinya sekitar 4-6%. Panel surya jenis ini banyak dipakai di mainan anak-anak, jam dan kalkulator.
4.Jenis keempat adalah panel surya yang terbuat dari GaAs (Gallium Arsenide) yang lebih efisien pada temperatur tinggi.
2.2 Mikrokontroller ATMega16
Mikrokontroller merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip dimana didalamnya sudah terdapat Mikroprosesor, I/O pendukung, memori bahkan ADC (Analog Digital Converter) yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang spesifik. Berbeda dengan mikroprosesor yang berfungsi sebagai pemroses data. (Budiharto, 2008: 20).
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
Attiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, periperal, dan fungsinya.
Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama (Wardhana, 2006: 1), secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya.
Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip). Oleh karena itu, pada alat ini akan digunakan salah satu dari vendor AVR produk Atmel yaitu Mikrokontroler ATMega16.
Mikrokontroler ATMega16 merupakan mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel keluaran AVR. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter dengan metode compare, interrupt eksternal dan internal, serial UART, programmable watchdog timer, ADC dan PWM internal. ATMega16 ini memilki 32 pin input output yang sesuai dengan kebutuhan dalam membuat proyek akhir ini.
Selain karena sesuai dengan kegunaan mikrokontroller ini mudah didapatkan dan murah, dan mikrokontroler ATMega16 ini juga mempunyai fasilitas yang lengkap.
Gambar 2.2 Mikrokontroller ATMega16 2.2.1 Arsitektur ATMega16
ATMega16 merupakan mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel keluarga AVR. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter dengan metode compare, interrupt eksternal dan internal, serial UART, progammable Watchdog Timer, ADC dan PWM internal.
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent).
Untuk seri AVR ini banyak jenisnya, yaitu ATMega8, ATMega 8535, ATMega16 dan lain-lain. Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari:
1. Saluran Input/Output (I/O) ada 32 buah, yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD.
2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16 Mhz.
3. ADC / Analog to Digital Converter 10-bit sebanyak 8 channel pada PORTA.
4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
5. Bandar antarmuka SPI dan USART sebagai komunikasi serial.
6. 2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16-bit dengan prescalers dan kemampuan pembanding.
7. Watchdog timer dengan osilatorinternal.
8. Tegangan operasi 2,75 - 5,5 V pada ATMega16L dan 4,5 - 5,5 V pada ATMega16.
9. Memiliki kapasitas Flash Memory 16 Kbyte, SRAM 1 Kbyte dan EEPROM sebesar 512byte yang dapat diprogram saat operasi.
10. Antarmuka komparator analog.
11. 4 channel PWM
12. Kecepatan nilai (speed grades) 0 - 8 MHz untuk ATMega16L dan 0 - 16 MHz untuk ATMega16.
Gambar 2.3 Blok Diagram ATMega16 2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega16
Secara fungsional, konfigurasi pin-pin ATMega16 dijelaskan sebagai berikut:
1. Pin 1 sampai 8 (PB0.PB7)
Port B pada Pin 1 sampai 8 adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port B outputbuffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, Port B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan Port B.
2. Pin 9 (Reset Input)
Merupakan pin yang digunakan untuk meng-clear/mengembalikan semua registrasi I/O ke nilai awalnya.
3. Pin 10 (VCC)
Sebagai Power Supply, sumber tegangan positif yang diberi simbol VCC.
4. Pin 11 dan Pin 31 (GND)
Merupakan ground sumber tegangan yang diberi simbol GND.
5. Pin 12 dan Pin 13 (XTAL2 dan XTAL1)
Jalur ini merupakan masukan ke penguat osilator berpenguat tinggi.
Mikrokontroler ini memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada chip, kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Oleh karena itu, pin 12 dan 13 diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal. Pada XTAL1 juga dapat dipakai sebagai input untuk inverting oscillator amplifier dan input ke rangkaian internal clock, sedangkan XTAL2 merupakan output oscillator dari inverting oscillator amplifier.
6. Pin 14 sampai 21 (PD0.PD7)
Port D pada pin 14 sampai 21 adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, port D yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Port D adalah tri- stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port D ini juga bisa digunakan untuk jalur komunikasi serial dengan perangkat luar.
7. Pin 22 sampai 29 (PC0.PC7)
Port C pada pin 22 sampai 29 adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, port C yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.
8. Pin 30 (AVCC)
9. 9. Pin 32 (AREF)
Merupakan pin referensi analog untuk konverter A/D.
10. 10. Pin 33 sampai 40 (PA7.PA0)
Port A pada Pin 33 sampai 40 berfungsi sebagai input analog pada konverter A/D. Port A juga sebagai suatu port I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin-pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). PortAoutput buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pin PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pin–pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. PortA adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Dalam Port A ini juga dapat digunakan sebagai ADC 8 channel berukuran 10 bit.
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega16
Sistem minimum mikrokontroller yaitu suatu rangkaian sederhana dari mikrokontroller supaya IC mikrokontroller dapat bekerja dan di program dengan baik. Dalam sistem minimum mikrokontroler ada beberapa rangkaian diantaranya yang menunjang diantaranya power supplay, regulator catu daya, rankaian reset isp.
Power supplay digunakan untuk men-supplay tegangan yang beroperasi sebesar 5 volt, dan regulator untuk menstabilkan tegangan.
2.3 Sensor LDR
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui magnitude tertentu. Sensor merupakan jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.
Sensor memegang peranan penting dalam mengendalikan proses pabrikasi modern. (Petruzella, 2001: 157) Sensor yang sering digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik salah satunya adalah sensor cahaya (LDR). Sensor cahaya adalah alat yang digunakan dalam bidang elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik.
Sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu jenis resistor yang peka terhadap cahaya. Nilai resistansi LDR akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. Jika LDR tidak terkena cahaya maka nilai tahanan akan menjadi besar (sekitar 10MΩ) dan jika terkena cahaya nilai tahanan akan menjadi kecil (sekitar 1kΩ). (Novianty, Lubis, & Tony, 2012: 1).
Gambar 2.5 Sensor LDR
Cara kerja dari sensor ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron, umumnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor ini mempunyai kegunaan yang sangat luas salah satu yaitu sebagai pendeteksi cahaya pada tirai otomatis. Beberapa komponen yang biasanya digunakan dalam rangkaian sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent Resistor), Photodiode, dan Transistor.
2.4 Sensor Tegangan
Sensor tegangan adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Sensor Efek Hall merupakan sensor yang digunakan untuk mengetahui medan magnet
Gambar 2.6 Sensor Tegangan
Hall Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Pendeteksian perubahan kekuatan medan magnet cukup mudah dan tidak memerlukan apapun selain sebuah inductor yang berfungsi sebagai sensornya.
Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnet nya tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan cara yang lain untuk mendeteksi nya yaitu dengan sensor yang dinamakan dengan „hall effect‟ sensor. lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.
2.5 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada
poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo. Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya.
Ada beberapa jenis-jenis motor servo yaitu:
1. Motor Servo Standar 180° Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah180°.
2. Motor Servo ContinuousMotor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).
Gambar 2.7 Motor Servo
Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah.
Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
2.6 LCD (Liquid Crytal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. Pada postingan aplikasi LCD yang digunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:
Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
Mempunyai 192 karakter tersimpan.
Terdapat karakter generator terprogram.
Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
Dilengkapi dengan back light.
Gambar 2.8 LCD (Liquid Crystal Display) Tabel 2.1 Deskripsi Pin Pada LCD
PIN Deskripsi
1 Ground
2 VCC
3 Pengatur Kontras
4 “RS” Instruction/Register Select 5 “R/W” Read/Write LCD Registers
6 “EN” Enable
7-14 Data I/O Pins
15 V+BL
16 V-BL
2.6.1 Cara Kerja LCD
Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4- bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8-bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus.
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 berada dalam kondisi low data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan pada layar maka RS harus diset ke
“1”. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD.
Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4-bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancangan Blok Diagram
Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen yang lainnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Blok diagram juga merupakan sebuah sistem dimana bagian utama atau fungsi yang diwakili oleh blok dihubungkan dengan garis, yang menunjukkan hubungan dari blok. Dalam rangkaian ini blok diagram dibuat agar mempermudah pembaca untuk memahami rangkaian yang terkait secara garis besar.
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang seperti berikut:
Gambar 3.1 Blok Diagram
3.1.1 Fungsi Setiap Blok
1. Adaptor sebagai sumber tegangan sebesar 12 volt 2 amphere.
2. Sensor LDR sebanyak empat buah sebagai input data dan pelacak sinar matahari.
3. Sensor tegangan sebagai komponen yang membaca jumlah tegangan yang di hasilkan oleh solar panel.
4. Solar panel sebagai alat pengubah sinar matahari menjadi tegangan dengan maksimal tegangan sebesar 5 volt.
5. Motor servo sebagai actuator atau penggerak solar panel.
6. LCD sebagai output jumlah tegangan yang di konversi dari solar panel melalui sensor tegangan.
3.2 Rangkaian Adaptor
Gambar 3.2 Rangkaian Listrik Adaptor
Secara umum Adaptor adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC atau arus bolak-balik yang tinggi menjadi tegangan DC atau arus searah yang lebih rendah. Dalam komponen ini adaptor berfungsi sebagai sumber tegangan langsung dari PLN dengan daya sebesar 12 volt 2.0 amphere. Dapat di simpulkan juga bahwa adaptor adalah sebuah rangkaian elektonika yang berfungsi untuk merubah arus AC menjadi arus DC dengan besar tegangan tertentu sesuai yang
3.3 Rangkaian ATMega16
Rangkaian system minimum mikrokontroler ATMega16 dapat dilihat pada gambar yang ada dibawah ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Listrik ATMega16
Dari gambar diatas, rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega16. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Pin 23, 24, dan 25 dihubungkan ke dalam rangkaian LCD. Untuk men- download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45 sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel. Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.4 Rangkaian Sensor LDR
Adapun perancangan rangkaian sensor LDR sebagai berikut:
Gambar 3.4 Rangkaian Listrik Sensor LDR
Desain berikutnya adalah sistem pemasangan sensor, dalam rancangan ini juga digunakan dengan batasan bahan acrylic. Rancangan ini dibuat agar dapat menghasilkan bayangan pada LDR jika posisi matahari berada pada arah yang berlawanan dengan posisi LDR. Dalam sistem ini LDR berfungsi sebagai sensor.
Ketika ada cahaya matahari yang mengenainya, maka hambatan LDR akan berkurang, sehingga sensor harus mencari intensitas cahaya matahari yang paling besar. Sensor bekerja secara berpasangan, dimana sensor 1 dan sensor 2 harus mendapatkan intensitas matahari yang sama dan begitu juga dengan sensor 3 dan sensor 4. Rancangan dari sistem pemasangan sensor ini dapat dilihat pada gambar.
Terlihat pada rangkaian listrik sensor ldr pada gambar diatas dimana setiap kaki Gnd (ground) disambung satu samalain dan kemudian kaki-kaki tersebut disatukan dan diteruskan ke kaki ground pada rangkaian sensor tegangan. Begitu pula pada kaki Vcc pada setiap kaki sensor tegangan juga di sambung dan di satukan
3.5 Rangkaian Sensor Tegangan
Gambar 3.5 Rangkaian Listrik Sensor Tegangan
Rangkaian sensor tegangan ini sebagai input yang ditransfer energi matahari melalui solar panel dan kemudian di teruskan ke ATMega16 melalui kaki Vcc, A0, Gnd yang terhubung sehingga di tampilkan melalui LCD.
Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt yaitu resistor yang dihubungkan secara seri pada beban dan mengubah aliran arus menjadi tegangan. Tegangan tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih dahulu sebelum masuk ke rangkaian pengkondisi signal. Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari sensor tegangan ini, bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan.
3.6 Rangkaian Solar Panel
Suatu sumber energi listrik yang memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energi diubah menjadi listrik. Pada kenyataanya solar cell juga sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan di masa yang akan datang, energi ini tidak mempunyai polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi, berlimpah sumber energi matahari yang berasal dari alam, terutama di negera-negara tropis seperti Indonesia yang akan menerima energi matahari sepanjang tahun. Pada sistem ini menggunakan solar cell dengan kapasitas 0,9 WP yang akan menghasilkan tegangan antara 5-volt dengan arus maksimal 0,128 A.
Penggunaan solar cell 0,9 WP ini dipilih karena tegangan dan arus yang dihasilkan sudah cukup digunakan untuk melihat perubahan pada pergerakan solar cell terhadap intensitas cahaya. Pada solar cell ini, tegangan dan arus yang dihasilkan sangat berpengaruh pada intensitas cahaya matahari. Hal ini juga sangat berpengaruh terutama pada arus yang dihasilkan oleh solar cell, yang dihubungkan langsung dengan sensor tegangan untuk merubah atau mengkonfersi energi matahari menjadi output tegangan.
Berikut adalah gambar perancagan rangkaian solar panel yang ditampilkan sesuai dengan software perancangan rangkaian listrik proteus:
3.7 Rangkaian Motor Servo
Motor servo mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Rangkaian mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega16 yang merupakan pusat pengolahan data dan pusat pengendali. Dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat empat buah port (A,B,C, D) yang dapat digunakan untuk menampung input atau output data. Port A digunakan sebagai input data, Port B.0 dan B.1 digunakan untuk mengontrol motor servo.
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90º, sehingga total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah 180º. Operasional motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dengan lebar pulsa antara 0,8 ms dan 2,2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Apabila motor servo diberikan pulsa sebesar 1,5 ms maka mencapai gerakan 90º. Bila diberikan pulsa kurang dari 1,5 ms maka posisi mendekati 0º dan bila diberikan pulsa lebih dari 1,5 ms maka posisi mendekati 180º. Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz.
Pada saat sinyal dengan frekuensi 50 Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1,5 ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 00/netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar ke arah kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan di posisi tersebut. Sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar ke arah kanan dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan di posisi tersebut. Untuk membuat servo berputar ke arah kanan, pulsa high yang diberikan adalah 1500+(derajat*10). Sebaliknya jika ingin membuat servo berputar ke arah kiri maka pulsa high yang diberikan adalah 1500–(derajat*10) dan pemberian pulsa ini harus dilakukan berulangulang.
Pada perancangan alat ini, digunakan dua buah servo, yaitu servo 2 untuk arah horizontal dan servo 1 untuk arah vertical.
Gambar 3.7 Rangkaian Listrik Motor Servo
3.8 Rangkaian LCD
Pada rangkaian ini LCD (Liquid Crystal Dispaly) sebagai display output tegangan yang telah di konfersi melalui sensor dari solar panel yang digunakan.
Adapun LCD yang digunakan dengan jenis 16 x 2, Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD yang digunakan ini sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
3.9 Rangkaian Lengkap
Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap
3.10 Flowchart
Mulai
Instalasi sensor dan solar panel
Membaca Sensor LDR
Motor Servo 2 ke arah LDR4
Tegangan ditampilkan di LCD
Selesai
Membaca Nilai Solar Panel
Membaca Nilai Sensor Tegangan
Ya
Tidak
Nilai LDR1<2?
Nilai LDR3<4?
Nilai LDR2<1?
Nilai LDR4<3?
Tidak
Motor Servo 2 ke arah LDR3 Motor Servo 1
ke arah LDR1 Motor Servo 1 ke arah LDR2
Ya Ya Ya
Tidak
BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
4.1 Pengujian Mikrokontroler ATMega16
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega16 ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian adaptor sebagai sumber tegangan. Kaki 40 dihubungkan dengan sumber tegangan 5 volt, sedangkan kaki 32 dihubungkan dengan ground. Kemudian tegangan pada kaki 30 diukur dengan menggunakan Voltmeter. Dari hasil pengujian didapatkan tegangan pada kaki 30 sebesar 4,9 volt. Langkah selanjutnya adalah pengujian sederhana pada mikrokontroler ATMega16 dengan mengukur tegangan tertera pada table berikut:
Berikut ini adalah list program untuk pengujian mikrokontroler ATmega16
void setup () {
pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop () {
digitalWrite (LED_BUILTIN, HIGH);
delay (1000);
digitalWrite (LED_BUILTIN, LOW);
delay (1000);
}
Tabel 4.1 Pengujian Pin Mikrokontroler ATMega16
Pin Tengagan Keluaran (V)
1 4,98
2 1,37
3 4,98
4 0,003
5 4,98
6 0,050
7 4,98
8 0
9 2,5
10 2,5
11 4,95
12 0,004
13 1,38
14 4,97
15 4,95
16 4,96
17 4,95
18 0,004
19 0,017
20 4,98
21 4,98
22 0
23 0,001
24 0,001
25 0,001
26 0,001
27 4,98
28 4,98
4.2 Pengujian LCD
Rangkaian LCD dihubungkan ke PB.0 sampai PB7, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai timer/counter, komperator analog dan mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh mikrokontroller ATMega8. Pada bagian ini, mikrokontroller dapat memberi data langsung ke LCD.
Pada LCD sudah terdapat driver untuk mengubah ASCII output mikrokontroller menjadi tampilan karakter. Pengujian pin yang ada pada LCD memiliki tegangan seperti pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Pengujian Pin Display LCD
Pin Tegangan Keluaran (V)
1 0,001
2 4,98
3 0,69
4 4,93
5 0,7
6 0,52
7 0
8 0
9 0
10 0
11 4,97
12 0,65
13 4,94
14 0,003
15 4,94
16 0,003
17 4,97
18 0,009
4.3 Pengujian Panel Surya
Pada penelitian ini dilakukan pengujian pengaruh sudut datang cahaya matahari terhadap keluaran panel sel surya. Hal ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh sudut datang sumber cahaya. Pengujian secara statis (diam) dan dinamis (bergerak). Cara pengujian dilakukan seperti gambar dibawah.
Pemasangan sebuah panel sel surya dengan posisi tegaklurus terhadap arah sumber cahaya pada gambar (4.2) dilakukan untuk mengetahui keluaran maksimum, lalu untuk mengetahui pengaruh arah sumber cahaya terhadap keluaran panel dilakukan dengan merubah arah sumber cahaya tiap 30º dari 0º hingga mencapai sudut 180º terhadap sudut datangnya sumber cahaya.
Gambar 4.1 Paparan Cahaya ke Solar Panel
Gambar 4.2 Paparan Cahaya ke Solar Panel Mengikuti Sudut
Untuk data tegangan diambil dari solar cell langsung dan untuk data arus, menggunakan sensor arus tegangan. Untuk melihat daya yang dihasilkan solar panel,
P = V x I Dimana:
P = Daya yang dicari (Watt)
V = Tegangan dari panel surya (Volt)
I = Arus yang dihasilkan dari panel surya (Ampere)
Tabel 4.3 Posisi Panel Surya Statis Dan Dinamis No Sudut
datang cahaya
Posisi Panel Surya Statis Posisi Panel Surya Dinamis Tegangan
(V)
Arus (A)
Daya (Watt)
Tegangan (V)
Arus (A)
Daya (Watt)
1 0 3,4 0,05 0,17 4,8 0,1 0,68
2 30 4 0,064 0,256 4,7 0,11 0,737
3 60 4,7 0,07 0,413 4,8 0,1 0,68
4 90 4,9 0,115 0,7935 4,9 0,115 0,7935
5 120 4,7 0,07 0,42 4,7 0,098 0,6566
6 150 4,8 0,07 0,336 4,8 0,104 0,7072
7 180 4 0,065 0,26 4,8 0,105 0,714
Dapat dilihat pada table 4.3 diatas yang menunjukan daya yang dihasilkan panel surya dinamis lebih besar dari panel surya statis. Pada pengujian ini cahaya yang digunakan adalah cahaya senter, sehingga daya sebar cahaya dan sudutnya bias dikondisikan. Selain itu ketika dilakukan pengujian terdapat juga cahaya dari luar yang seharusnya pengujian dilakukan didalam ruangan dan sedikit agak gelap sehingga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan solar cell.
4.4 Pengujian Sensor Tegangan
Resistor yang digunakan adalah R1 = dan R2 = dengan membagi tegangan Vout 5-volt yang berasal dari panel surya pada kondisi maksimal sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan sebesar 4,8 Volt. Berdasarkan sistem pembagian tegangan dapat dibuktikan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Berikut adalah hasil pengujian pembagi tegangan pada panel surya:
Tabel 4.4 Pengujian Sensor Tegangan
Tabel 4.4 menunjukkan hasil pengujian rangkaian pembagi tegangan.
Tegangan Vout atau tegangan keluaran dari rangkaian pembagi tegangan setara dengan Vin/tegangan panel surya. Apabila tegangan Vout panel surya mengalami penurunan maka tegangan dari pembagi tegangan juga akan mengalami penurunan.
4.5 Pengujian Motor Servo
Motor servo berputar berdasarkan inputan pulsa duty cycle yang diberikan melalui pin kontrolnya. Motor servo tidak memerlukan rangkaian eksternal untuk berputar, karena didalam motor servo sudah memiliki rangkaian control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya.
4.6 Pengujian Sensor LDR
Pengujian ini dilaksanakan untuk mengetahui unjuk kerja dari rangkaian dan untuk mengetahui apakah rangkaian yang dibuat sudah sesuai dengan perencanaan atau belum.
Papan solar tracker yang dibuat mempunyai dimensi panjang 140 mm dan lebar 60 mm. Hasil pengujian dimulai dengan pengujian solar tracker dengan metoda solar tracker diletakkan didalam ruangan. Metoda solar tracker diletakkan dalam ruangan dengan cara memakai senter dan menembakkan cahaya senter tersebut ke keempat buah LDR. Pergerakan senter hanya memakai tangan penguji yang bertujuan membandingkan intensitas cahaya yang diterima oleh LDR. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah motor penggerak papan solar tracker bergerak sesuai dengan intensitas yang diterima oleh LDR baik pada sumbu X maupun sumbu Y. Untuk menguji hal tersebut, solar tracker unit diletakkan dalam ruangan. Pengujian dilakukan dengan memakai senter yang cahayanya ditembakkan ke panel surya secara bergantian. Pengujian dilakukan masing-masing sebanyak 15 kali.
Bila cahaya senter ditembakkan kearah barat LDR maka motor penggerak papan solar cell akan bergerak searah jarum jam, sedangkan bila cahaya senter ditembakkan kearah timur LDR maka motor penggerak papan akan bergerak berlawanan arah jarum jam. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Menggunakan Senter
4.7 Pengujian Keseluruhan Sistem
Setelah melakukan perancangan sistem baik hardware maupun software alat, maka hasil rancangan alat pada penelitian ini, kemudian diproses dalam perhitungan logika pemrograman menggunakan FIS Takagi- Sugeno dan menghasilkan keluaran berupa perubahan sudut yang disimbolkan dengan Z1, Z2, Z3 dan Z4. Data hasil perhitungan logika pemrograman diolah dalam mikrokontroler ATMega16 yang kemudian berfungsi untuk menggerakkan motor DC sehingga posisi panel surya yang optimal dicapai. Nilai tegangan keluaran (Vout) sensor solar cell didapatkan setelah posisi mengalami perubahan dari posisi diam (default). Sampel beberapa hasil perhitungan logika pemrograman dengan menggunakan beberapa data pembacaan LDR yang dicuplik dalam suatu waktu ditunjukkan pada Tabel dibawah.
Tabel dibawah menunjukkan beberapa data hasil pembacaan LDR dengan kondisi panel surya diam dan setelah proses tracking pada beberapa saat
Hasil pemrosesan disimbolkan dengan LDR1 untuk motor 1 arah barat, LDR2 untuk motor 2 arah selatan, LDR3 untuk motor 1 arah timur dan LDR4 adalah motor 2 arah utara, yang berturut-turut mewakili besar sudut pergerakan panel surya untuk mencapai posisi agar tegangan keluarannya dapat optimalnya.
Tabel 4.6 Sampel Perhitungan Logika Pemrograman
Jam
Panel Diam (Volt)
Panel Tracking
(Volt)
Hasil Perhitungan Logika Pemrograman LDR
LDR1 LDR2 LDR3 LDR4
07.00
4.50 4.64
18,36 13,26 20,82 13,26
4.52 4.65
4.63 4.76
4.50 4.67
08.00
4.55 4.59
14,00 15,12 24,76 11,00
4.53 4.57
4.78 4.80
4.38 4.43
09.00
4.77 4.84
14,00 12,40 20,00 13,77
4.78 4.82
4.84 4.90
4.75 4.81
10.00
4.89 4.92
12,00 09,00 15,80 09,50
4.86 4.92
4.92 4.98
4.91 4.97
Hasil pengujian didapatkan rata-rata peningkatan tegangan solar cell sebesar 0,40-volt setelah proses tracking dilakukan, ditunjukkan dalam Tabel 4.7.
Tabel 4.7 Perbandingan Vout Solar Panel
Pengujian terhadap hasil rancangan dilakukan dengan membandingkan besar tegangan keluaran sensor solar cell dengan posisi panel surya diam tanpa dilakukan pelacakan dengan metode apapun dan terhadap tegangan keluaran sensor setelah dilakukan tracking berdasarkan hasil perhitungan logika pemrograman yang digunakan. Pegerakan motor DC untuk melakukan pelacakan hanya terjadi setelah didapatkan keputusan dari logika pemrograman dalam menentukan arah posisi panel surya, selain itu motor DC tidak akan melakukan pelacakan.
Proses perhitungan logika pemrograman diolah dengan menggunakan pemrograman pada BASCOM-AVR yang pada alat ditanam dalam mikrokontroler ATMega16, beberapa langkah perhitungan logika pemrograman dalam mikrokontroler ditunjukkan dalam tabel yang ada diatas menunjukkan proses perhitungan logika pemrograman saat melakukan perhitungan derajat keanggotaan
Pada proses selanjutnya dilakukan dengan mencari nilai minimum dari derajat keanggotaan berdasarkan rule base yang telah ditentukan dan mencari rata- rata hasil keluaran pemrograman, sehingga didapatkan nilai LDR1, LDR2, LDR3, dan LDR4 yang mewakili besar sudut pergerakan panel surya ke nilai optimalnya ke arah timur, utara, barat dan selatan.
Gambar 4.4 Tampilan Proses Perhitungan Logika Pemrograman
Berikut adalah salah satu proses hasil akhir perhitungan logika pemrograman yang ditunjukkan dalam Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Proses Akhir Perhitungan Logika Pemrograman
Gambar 4.5 menunjukkan proses akhir atau proses deffuzifikasi untuk mendapatkan nilai LDR1, LDR2, LDR3, dan LDR4. Setelah nilai didapatkan motor DC akan bergerak sebesar nilai LDR1, LDR2, LDR3 dan LDR4 berupa perubahan sudut. Dengan proses arah pergerakkan motor dimulai dari arah utara sebesar LDR1, selatan sebesar LDR2, barat sebesar LDR3 dan timur sebesar LDR4.
Dari analisis hasil penelitian pada artikel ini dapat disimpulkan bahwa perhitungan logika pemrograman menggunakan FIS Takagi-Sugeno dapat dimanfaatkan untuk menentukan posisi optimal panel surya. Posisi direpresentaikan dalam perubahan sudut panel surya dari posisi awal ke arah timur, utara, selatan dan Penambahan parameter lain seperti kelembaban juga dapat membantu penambahan masukan agar perhitungan pemrograman dapat memberikan hasil yang lebih tepat dalam menentukan posisi panel surya.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan Penelitian yang telah dilaksanakan, dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Bahwa system telah dapat mengikuti arah datangnya cahaya walaupun waktu respon pergerakan masih sedikit lama.
2. Motor servo dapat berputar secara horizontal dan vertikal. Dan putarannya bisa dikombinasikan sehingga berputar bersamaan seperti system gerak mengikuti orbit matahari.
3. Dapat dilihat daya yang lebih besar dihasilkan dari solar cell yang bergerak dinamis dengan penjejak matahari dibandingkan solar cell statis.
Terbukti dari hasil penelitian pengukuran sensor arus. Selain itu system komunikasi pada modul kyl bekerja dengan sangat baik.
5.2 Saran
Adapun saran pada perancangan realisasi dalam alat ini untuk kedepannya antara lain:
1. Diharapkan untuk pengembangan lebih lanjut dapat menggunakan servo yang lebih bagus dengan torsi yang besar sehingga dapat menggerakkan beban yang besar dan pergerakannya cepat.
2. Untuk kedepannya dapat diaplikasikan pada solar cell yang lebih besar sehingga daya yang didapat besar dan dapat digunakan langsung pada system.
3. Untuk penelitian kedepannya diharapkan pengujian dapat dilakukan langsung dengan cahaya matahari dan tidak menggunakan senter sebagai media cahaya agar lebih detail mengenai sebaran sinar matahari dan sudut datangnya sinar harus diperhitungkan.
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto Eko Putra, 2002, ”Belajar Mikrokontroler ATMega16/52/653 Teori dan Aplikasi”, Edisi 2, Yogyakarta : Penerbit Gava Media.
Agfianto Eko Putra, 2002, ”Teknik Antarmuka Komputer, Konsep dan Aplikasi”, Edisi 1, Yogyakarta : Graha Ilmu.
Charles L. Philips, Royce D. Harbor, Sistem Kontrol, Penerbit PT Prenhallindo, Jakarta,
Endra Pirowarno, 1998, ” Mikroprocessor dan Interfacing”, Edisi 1, Yogyakarta Penerbit Andi.
Paulus Andi Nalwan, 2003, ”Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89S51, Cetakan Pertama, Jakarta : PT Gramedia.
Retna Prasetia dan Catur Widodo,Teori dan Praktek Interfacing Port Parallel &
Port Serial Komputer dengan VB 6.0, Penerbit Andi Yogyakarta
Riyanto Sigit, 2007, ”Robotika, Sensor dan Aktuator”, Yogyakarta : Graha Ilmu Suhata, ST, VB Sebagai Pusat Kendali Peralatan Elektronik, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta, 2005.
Widodo Budiharto, 2007, ”Sistem Akuisisi Data”, Jakarta : Penerbit PT Elex Media Komputindo.
Wolfgang link, Pengukuran, pengendalian & pengaturan dengan PC, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta, 1993.
LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 PROGRAM KESELURUHAN SISTEM
/*****************************************************
This program was produced by the CodeWizardAVR V2.05.3 Standard Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2011 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.
http://www.hpinfotech.com
Project : Version :
Date : 19/06/2018
Author : Fadhlan Muhammad Nasution Company : dWaroengTECHNO
Comments:
Chip type : ATmega16A Program type : Application
AVR Core Clock frequency: 8,000000 MHz Memory model : Small
External RAM size : 0
*****************************************************/
#include <mega16a.h>
#include <delay.h> // Alphanumeric LCD functions
#include <alcd.h>
#include <stdio.h>
#define servo_1 PORTD.5
#define servo_2 PORTD.6
#define ldr1 PINB.1
#define ldr2 PINB.3
#define ldr3 PINB.2
#define ldr4 PINB.4
int xx,i,tegangan,timer,c;
char servo1,servo2;
char posA,posB,buffer[33];
float nilai_tegangan;
// Timer 0 overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) {
// Place your code here xx++;
if(xx==900) {xx=0;}
if(xx<=servo1) {servo_1=1;} // pengaturan gerakan servo else {servo_1=0;}
if(xx<=servo2) {servo_2=1;}
else {servo_2=0;}
}
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);
// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);
return ADCW;
}
// Declare your global variables here void update_pos() {
if(posA>30) { for(i=posA;i>30;i--) { servo2=i;
delay_ms(50);
}
posA=30;
servo2=posA;
} else {
for(i=posA;i<70;i++) { servo2=i;
delay_ms(50);
}
posA=70;
servo2=posA;
} }
void main(void) {
// Declare your local variables here
servo1=50; //min=20 cen=50 max=80 (kanan) servo2=50;
posA=50; posB=50;
// Input/Output Ports initialization // Port A initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
// Port B initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=P State3=P State2=P State1=P State0=T PORTB=0x1E;
DDRB=0x00;
// Port C initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
// Port D initialization
// Func7=In Func6=Out Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=0 State5=0 State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00;
DDRD=0xFF;
// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 8000,000 kHz // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x01;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped
// Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Discon.
// OC1B output: Discon.
// Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x00;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
ICR1H=0x00;
ICR1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
// Timer/Counter 2 initialization
// Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off
// INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01;
// USART initialization // USART disabled UCSRB=0x00;
// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 1000,000 kHz // ADC Voltage Reference: AVCC pin // ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;
ADCSRA=0x83;
// SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00;
// TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00;
