RANCANG BANGUN LAMPU JALAN DENGAN MEMANFAATKAN SUMBER ENERGI SOLAR CELL DAN BATERAI SECARA OTOMATIS BERBASIS ARDUINO NANO LAPORAN PROJEK AKHIR 2

(1)

LAPORAN PROJEK AKHIR 2

AMELIA OKTAVIA SILAEN 172411059

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2020

(2)

LAPORAN PROJEK AKHIR 2

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya

AMELIA OKTAVIA SILAEN 172411059

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2020

(3)

(4)

(5)

ABSTRAK

Telah dirancang miniatur lampu pada jalan umum secara otomatis dengan memanfaatkan Solar Cell sebagai sumber tenaga. Lampu ini dapat digunakan untuk menerangi jalan bagi pengendara dan pejalan kaki. Alat ini memiliki beberapa komponen penting yang umum digunakan pada sistem elekronika diantaranya Solar Cell, Arduino Nano, Charge Controller, LDR , LCD, Baterai, Relay Diver, dan LED. Solar Cell sebagai perangkat yang mengubah energi cahaya matahari menjadi tegangan yang dapat disimpan dalam baterai, dimana pada saat siang hari Solar Cell menghasilkan tegangan dan akan tersimpan di Baterai, dan pada saat malam hari tegangan yang tersimpan akan digunakan untuk menghidupkan Lampu. LCD menampilkan besar tegangan Solar cell, tegangan pada Baterai dan waktu untuk pengoperasian lampu. Alat ini dapat bekerja dengan baik sesuai dengan yang diharapkan, namun alat ini masih berupa miniatur yang kemungkinan kedepannya akan diaplikasikan dijalan maupun dirumah.

Kata kunci: Arduino Nano, Baterry Li-Po, Lampu Jalan, Solar Cell.

(6)

ABSTRACT

Miniature lights on public roads have been automatically designed using Solar Cell as a power source. This lamp can be used to illuminate the road for motorists and pedestrians. This tool has several important components that are commonly used in electronic systems including Solar Cell, Arduino Nano, Charge Controller, LDR, LCD, Battery, Relay Diver, and LED. Solar Cell as a device that converts solar light energy into voltage that can be stored in batteries, where during the daytime the Solar Cell generates voltage and will be stored in the Battery, and at night the stored voltage will be used to turn on the lights. LCD displays the large voltage of the Solar cell, the voltage on the battery and the time to operate the lamp. This tool can work well as expected, but this tool is still in the form of a miniature that is likely to be applied in the future or at home.

Keywords: Arduino Nano, Baterry Li-Po, Lampu Jalan, Solar Cell.

(7)

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, dengan limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Projek Akhir 2 ini. Laporan Projek Akhir 2 ini berjudul “Rancang Bangun Lampu Jalan Dengan Memanfaatkan Sumber Energi Solar Cell Dan Baterai Secara Otomatis Berbasis Arduino Nano”. Dalam penyusunan Laporan Projek Akhir 2 ini penulis tidak dapat lepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin memberikan rasa hormat dan mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan juga selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Projek Akhir 2 ini.

2. Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc selaku Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

3. Junedi Ginting, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan juga selaku dosen penguji yang telah memberikan Ilmu Pengetahuan Kepada Penulis dalam menyelesakan Laporan Projek Akhir 2 ini.

4. Kedua orangtua saya, kakak esra, Adik Anjel, serta keluarga yang senantiasa membantu dan memberikan semangat kepada penulis.

5. Evan Christopher, Lika Lorensa, Mutia Novita, Lutfi Safira dan kakak senior yang senantiasa membantu dan memberikan semangat kepada Penulis.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Projek Akhir 2 ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pembaca khususnya dan perkembangan dunia teknologi.

(8)

(9)

Halaman

PERNYATAAN i

PENGESAHAN TUGAS AKHIR ii

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

KATA PENGHARGAAN v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan 2

1.5 Manfaat 2

1.6 Metodologi Penulisan 3

1.7 Sistematika Penulisan 3

BAB 2. LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Panel Surya 5

2.1.1. Panel Surya Monocrystalline 7

2.1.2. Prinsip Kerja Panel Surya 7

2.1.3. Manfaat Panel Surya 9

(10)

2.2.2. Spesifikasi Arduino Nano 12

2.2.3. Sumber Daya Arduino Nano 13

2.3 Display LCD ( Liquid Crystal Display) 13

2.4 Sensor Cahaya LDR ( Light Dependent Resistor) 15

2.4.1. Aplikasi Sensor Cahaya LDR 16

2.4.2. Karakteristik Sensor Cahaya LDR 16 2.4.3 Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR 17

2.5 LED ( Light Emitting Diode ) 17

2.6 Solar Charge Controller 18

2.6.1. Cara Kerja Solar Charge Controller 19 2.6.2. Charging Mode Solar Charge Controller 19 2.6.3. Mode Operation Solar Cell Controller 19

2.7 Baterai Li-Ion ( Lithium-Ion ) 19

BAB 3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Diagram Blok Rangkaian 21

3.2 Rangkaian Regulator 22

3.3 Rangkaian Arduino Nano 23

3.4 Perancangan Rangkaian LCD 23

3.5 Rangkaian Solar Cell 24

3.6 Rangkaian LDR ( Light Dependent Resistor ) 25

3.7 Rangkaian LED ( Light Emitting Diode ) 25

3.8 Rangkaian Keseluruhan 26

3.9 Pembuatan Alat 29

3.10 Flowchart Sistem 30

(11)

4.2 Pengujian Rangkaian LED 31

4.3 Pengujian LCD 16 x 2 32

4.4 Pengujian Rangkaian LDR 34

4.5 Pengujian Rangkaian Solar Cell 35

4.6 Pengujian Baterai 36

4.7 Pengujian Rangkaian Regulator 36

4.8 Unjuk Kerja Alat 37

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan 39

5.2 Saran 39

DAFTAR PUSTAKA 40

(12)

Nomor Judul Halaman Gambar

Gambar 2.1 Panel Surya Monocrystalline 7

Gambar 2.2 Struktur Dasar Dan Simbol Panel Surya 8

Gambar 2.3 Arduino Nano 9

Gambar 2.4 Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano 12

Gambar 2.5 Bentuk Fisik LCD 16 x 2 14

Gambar 2.6 Konfigurasi Pin LCD 14

Gambar 2.7 Sensor Cahaya LDR 15

Gambar 2.8 LED ( Light Emitting Diode ) 18

Gambar 2.9 Baterai Li-Ion 20

Gambar 3.1 Diagram Blok 21

Gambar 3.2 Rangkaian Regulator 22

Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Nano 23

Gambar 3.4 Rangkaian LCD 23

Gambar 3.5 Rangkaian Sistem Panel Surya 24

Gambar 3.6 Rangkaian Sensor LDR 24

Gambar 3.7 Rangkaian LED Super Bright 25

Gambar 3.8 Rangkaian Lampu Jalan Otomatis Berbasis Arduino Nano 26

Gambar 3.9 Layout PCB ( Board Rangkaian ) 27

Gambar 3.10 Gambar Rancangan Alat 29

Gambar 3.11 Flowchart Sistem 30

Gambar 4.1 Informasi Signature Mikrokontroller Arduino Nano 31

(13)

Gambar 4.4 Pengujian Nilai LDR Diatas 500 Lampu Hidup 35

Gambar 4.5 Tegangan Output IC Regulator 7805 37

(14)

Nomor Judul Halaman Gambar

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano 10

Tabel 4.1 Pengujian Rangkaian LED 32

Tabel 4.2 Pengukuran Pin IC LCD 32

Tabel 4.3 Pengujian Sensor LDR 34

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tegangan Rangkaian Pada Solar Cell 35

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Pada Tegangan Baterai 36

(15)

Nomor Judul Halaman Lampiran

1. Program Sistem Keseluruhan 40

2. Data Sheet 43

(16)

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perkembangan era globalisasi saat ini berdampak pada kebutuhan konsumsi energi listrik yang semakin meningkat. Sangat diperlukan sumber energi alternatif terbarukan 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 lampu penerangan.

Lampu penerangan jalan, umumnya mengggunakan lampu yang tergolong tidak hemat energi, maka diperlukan satu rancangan untuk lebih hemat energi listrik pada lampu, yaitu dengan pemanfaatan lampu Light Emiting Dioda (LED) dan solar cell sebagai sumber energi. Lampu penerangan jalan masih banyak yang dikendalikan secara manual atau dengan kata lain masih perlu tangan manusia untuk menghidupkan dan mematikan lampu, maka diperlukan suatu rancangan pada kendali lampu untuk mengotomatiskan hidup dan mati lampu.

Sensor cahaya tidak akan bekerja secara optimal dalam proses otomatisasi jika terjadi gangguan karena perubahan cuaca, maka diperlukan suatu cadangan dengan menggunakan timer. Pemanfaatan timer tersebut dimaksudkan agar lampu dapat hidup dan mati secara otomatis saat sensor terjadi gangguan, sehingga proses otomatisasi pada lampu tetap berjalan. Rancangan ini dimaksudkan untuk menghidupkan lampu jalan secara otomatis tanpa bantuan dari manusia dan dapat mengendalikan pengisian baterai secara otomatis dengan mengunakan chargercontroller, rangkaian kontrol dan pengolah data yang digunakan adalah Arduino Nuno. Adapun manfaat yang dapat diambil dari perancangan alat ini yaitu penggunaan yang lebih efektif dan efisien.

(17)

Untuk itulah penulis mencoba untuk membuat suatu alat dengan judul “Rancang Bangun Lampu Jalan Dengan Memanfaatkan Sumber Energi Solar Cell Dan Baterai Secara Otomatis Berbasis Arduino Nano”.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan berbagai hal yang telah dikemukakan diatas, maka rumusan masalah yang akan dikaji adalah:

1. Bagaimana perancangan lampu penerangan jalan dengan menggunakan solar cell?

2. Bagaimana prinsip kerja dari pemanfaatan solar cell sebagai sumber energi pada sistem otomatisasi lampu penerangan jalan?

1.3 Batasan Masalah

Tugas akhir ini hanya terbatas pada hal-hal sebagai berikut:

1. Solar cell berfungsi sebagai pengkonversi energi matahari menjadi energi listrik.

2. Baterai sebagai tempat penyimpanan energi listrik.

3. Lampu penerangan jalan menggunakan lampu LED jenis Super Bright.

4. Rangkaian kontrol dan pengolah data menggunakan Arduino Nano.

1.4 Tujuan

Adapun tujuan dari perancangan alat ini adalah:

1. Merancang dan membuat lampu penerangan jalan otomatis dengan memanfaatkan solar cell sebagai sumber energi.

2. Mengetahui prinsip kerja dari pemanfaatan solar cell sebagai sumber energi pada sistem otomatisasi lampu jalan.

3. Mengetahui hasil pengujian dari sensor LDR pada sistem otomatisasi lampu jalan.

1.5 Manfaat

Manfaat dari Tugas Akhir perancangan alat ini adalah sebagai berikut:

1. Bagi Penulis:

a. Untuk menerapkan Ilmu dan teori yang diperoleh selama perkuliahan.

(18)

b. Agar lebih mengerti tentang sistem otomatisasi lampu jalan dengan memanfaatkan solar cell sebagai sumber energi.

2. Bagi Masyarakat:

Diharapkan dapat bermanfaat untuk memecahkan permasalahan dalam hal lampu jalan secara otomatis.

3. Bagi Mahasiswa dan Pembaca:

Dapat menjadi referensi bacaan dan informasi khususnya bagi para mahasiswa Instrumentasi dan Elektronika yang sedang menyusun Tugas Akhir dengan pokok permasalahan yang sama.

1.6 Metodologi penulisan

Metodologi yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Studi Literatur yang berhubungan dengan perancangan dan pembuatan alat ini.

2. Perencanaan dan pembuatan alat

3. Merencanakan peralatan yang telah dirancang baik software maupun hardware.

4. Pengujian alat

Peralatan yang telah dibuat kemudian diuji apakah telah sesuai dengan yang telah direncanakan.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah penulisan laporan Proyek ini, Penulis membuat susunan babbab untuk membuat Laporan ini. Dalam sistematika penulisan Laporan ini terdiri dari:

BAB 1 : PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

(19)

BAB 2 : LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian Dan bahasa program yang digunakan, serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.

BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari peancangan dan pembuatan system secara hardware atau software.

BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai program yang diisikan ke Arduino Nano.

BAB 5 : PENUTUP

Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang

dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan laporan proyek ini.

DAFTAR PUSTAKA

Pada bagian ini berisi tentang referensi-referensi yang telah dipakai oleh penulis sebagai acuan dan penunjang serta parameter yang mendukung penyelesaian proyek ini baik secara praktis maupun teoritis.

LAMPIRAN

Berisi software, gambar, tabel maupun listing program yang menunjang proses pembuatan proyek ini.

(20)

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Panel Surya

Panel Surya (Solar Cell) merupakan unit rakitan beberapa sel surya (Photovoltaic). Solar Cell yang befungsi mengubah cahaya matahari menjadi arus listrik yang searah yaitu dengan menggunakan silikon yang tipis. Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan yang berbeda. Lapisan atas sel surya bermuatan negatif sedangkan lapisan bawahnya bermuatan positif.

Sel itu dipasang dengan posisi sejajar dan seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumanium atau baja anti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik., beberapa foton dari cahaya diserap oleh atom semikonduktor untuk membebaskan elektron dari ikatan atomnya sehingga menjadi elektron yang bergerak bebas. Adanya perpindahan elektron– elektron inilah yang menyebabkan terjadinya arus listrik.

Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang paling menjanjikan mengingat sifatnya yang berkelanjutan (sustainable) serta jumlahnya yang sangat besar. Matahari merupakan sumber energi yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan kebutuhan energi masa depan setelah berbagai sumber energi konvensional berkurang jumlahnya serta tidak ramah terhadap lingkungan. Jadi perlu kita ketahui bahwatotal kebutuhan energi yang berjumlah 10 TW tersebut setara dengan 3 x 1020 J setiap tahunnya.

Sementara total energi matahari yang sampai di permukaan bumi adalah sejumlah 2,6 x 1024 Joule setiap tahunnya. Sebagai perbandingan, energi yang bisa dikonversi melalui proses fotosintesis di seluruh permukaan bumi mencapai 2,8 x 1021 J setiap tahunnya. Jika kita lihat jumlah energi yang dibutuhkan dan dibandingkan dengan energi matahari yang tiba di permukaan bumi, maka sebenarnya dengan menutup 0,05% luas permukaan bumi (total luas permukaan bumi adalah 5,1 x 108 km³) dengan solar cell yang memiliki efisiensi 20%, seluruh kebutuhan energi yang ada di muka bumi ini sudah dapat terpenuhi.

(21)

Jumlah energi yang begitu besar yang dihasilkan dari sinar matahari, membuat solar cell menjadi alternatif sumber energi masa depan yang sangat menjanjikan. Solar cell juga memiliki kelebihan menjadi sumber energi yangpraktis mengingat tidak membutuhkan transmisi karena dapat dipasang secara modular di setiap lokasi yang membutuhkan. Solar Panel merupkan modul yang terdiri dari beberapa solar cell yang digabung dalam hubungan seri dan paralel tergantungukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul solar cell 20 watt atau 30 watt.

Modul solar cell itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.

Pengkonversian sinar matahari menjadi listrik dengan panel photovoltaik, kebanyakan menggunakan Poly Cristallyne Sillicon sebagai material semikonduktor photocell mereka. Prinsipnya sama dengan prinsip diode p-n.

Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik pada sebuah sel surya adalah sebagai berikut:

1. Foton dari cahaya matahari menumbuk panel surya kemudian diserap oleh material semikonduktor seperti silikon.

2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomya, sehingga mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik.

Mengalir dengan arah yang berlawanan dengan elektron pada panel surya silikon.

3. Gabungan / susunan beberapa panel surya mengubah energi surya menjadi sumber daya listrik dc, yang nantinya akan disimpan dalam suatu wadah yang dinamakan baterai.

4. Daya listrik dc tidak dapat langsung digunakan pada rangkaian listrik rumah atau bangunan sehingga harus mengubah daya listriknya menjadi daya listrik AC. Dengan menggunakan konverter maka daya listrik DC dapat berubah menjadi daya listrik AC sehingga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik.

(22)

2.1.1 Panel Surya Monocrystalline

Tipe panel surya monocrystalline dibuat dengan silikon yang dibentuk menjadi batangan dan diiris. Jenis panel ini biasa disebut monocrystalline untuk membuktikan bahwa silikon yang dipakai ialah silikon monocrystalline. Karena sel terbuat dari kristal tunggal, elektron yang menghasilkan listrik punya lebih banyak ruang untuk mengalir.

Gambar 2.1. Panel Surya Monocrystalline 2.1.2 Prinsip Kerja Panel Surya

Sinar Matahari terdiri dari partikel sangat kecil yang disebut dengan Foton. Ketika terkena sinar Matahari, Foton yang merupakan partikel sinar Matahari tersebut meghantam atom semikonduktor silikon Sel Surya sehingga menimbulkan energi yang cukup besar untuk memisahkan elektron dari struktur atomnya. Elektron yang terpisah dan bermuatan Negatif (-) tersebut akan bebas bergerak pada daerah pita konduksi dari material semikonduktor. Atom yang kehilangan Elektron tersebut akan terjadi kekosongan pada strukturnya, kekosongan tersebut dinamakan dengan “hole” dengan muatan Positif (+).

Daerah Semikonduktor dengan elektron bebas ini bersifat negatif dan bertindak sebagai Pendonor elektron, daerah semikonduktor ini disebut dengan Semikonduktor tipe N (N-type). Sedangkan daerah semikonduktor dengan Hole bersifat Positif dan bertindak sebagai Penerima (Acceptor) elektron yang dinamakan dengan Semikonduktor tipe P (P-type). Di persimpangan daerah Positif dan Negatif (PN Junction), akan menimbulkan energi yang mendorong elektron dan hole untuk bergerak ke arah yang berlawanan.

(23)

Elektron akan bergerak menjauhi daerah Negatif sedangkan Hole akan bergerak menjauhi daerah Positif. Ketika diberikan sebuah beban berupa lampu maupun perangkat listrik lainnya di Persimpangan Positif dan Negatif (PN Junction) ini, maka akan menimbulkan Arus Listrik. Panel surya berfungsi untuk melewati efek fotolistrik dimana bahan-bahan tertentu menciptakan aliran listrik saat matahari bersinar di atasnya. Panel surya sendiri terdiri dari kristal silikon di mana setiap setengah didopin menjadi dopan yang berbeda untuk menghasilkan sebuah semikonduktor.

Ketika matahari muncul di permukaan, panel surya menyediakan energi yang dibutuhkan semikonduktor untuk menghasilkan arus searah (DC).

 DC / AC Inverter: Hal ini diperlukan untuk mengubah daya DC,yang dihasilkan oleh rangkaian solar panel, ke listrik AC sehingga dapat digunakan untuk peralatan listrik di rumah serta digunakan oleh jaringan listrik.

 AC Circuit: adalah sirkuit utama ke dalam rumah. Hal ini terhubung ke kotak sekering dan kemudian energi tersebutdigunakan untuk menyalakan peralatan di rumah tangga.

Sirkuit AC ini juga menghubungkan meteran listrik untuk rumah. Hal ini memungkinkan perusahaan listrik untuk menentukan berapa besar daya tersebut membeli dari rumah tangga tersebut serta berapa banyak daya yang disediakan untuk rumah tangga tersebut.

Gambar 2.2. Struktur Dasar Dan simbol Panel Surya (Solar Cell)

(24)

2.1.3 Manfaat Panel Surya

Keuntungan dari sisi ekonomi pemanfaatan solar cell antara lain :

• Hemat, karena tidak perlu memerlukan bahan bakar;

• Dapat dipasang dimana saja dan dapat dipindahkan sesuai dengan yang dibutuhkan;

• Dapat diterapkan secara sentralisasi (PLTS ditetapkan di suatu area dan listrik yang dihasilkan disalurkan melalui jaringan distribusi ketempat-tempat yang membutuhkan)maupun desentralisasi (setiap system berdiri sendiri/individual, tidak memerlukan jaringan distribusi);

• Bersifat moduler. Kapasitas listrik yang dihasilkan dapat disesuaikan dengan cara merangkai modul secara seri dan parallel;

• Dapat dioperasikan secara otomatis maupun menggunakan operasi tanpa suara dan tidak menimbulkan operasi lingkungan.

2.2 Arduino Nano

Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk Arduino versi 2.x). Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda.

Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech.

Gambar 2.3. Arduino Nano

(25)

2.1.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano

Konfigurasi pin Arduino Nano.Arduino Nano memiliki 30 Pin. Berikut Konfigurasi pin Arduino Nano :

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.

2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.

3. AREF merupakan Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogReference().

4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino

5. Serial RX (0) merupakan pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.

6. Serial TX (1) merupakan pin yang berfungsi sebagai pengirim TT data serial.

7. External Interrupt (Interupsi Eksternal) merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.

8. Output PWM 8-Bitmerupakan pin yang berfungsi untuk analogWrite( ).

9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.

10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yag diset bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin diset bernilai LOW maka LED padam. LED Tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.

11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagi pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analogReference().

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano

Nomor Pin Arduino Nano Nama Pin Arduino Nano

1 Digital Pin 1 (TX)

2 Digital Pin 0 (RX)

(26)

3 & 28 Reset

4 & 29 GND

5 Digital Pin 2

6 Digital Pin 3 (PWM)

7 Digital Pin 4

10 Digital Pin 7

11 Digital Pin 8

13 Digital Pin 10 (PWM-SS)

Nomor Pin Arduino Nano Nama Pin Arduino Nano

14 Digitl Pin 11 (PWM-MOSI)

15 Digital Pin 12 (MISO)

16 Digital Pin 13 (SCK)

18 AREF

19 Analog Input 0

20 Analog Input 1

21 Analog Input 2

22 Analog Input 3

23 Analog Input 4

24 Analog Input 5

25 Analog Input 6

(27)

26 Analog Input 7

27 VCC

30 Vin

Gambar 2.4. Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano 2.1.2 Spesifikasi Arduino Nano

Berikut ini adalah Spesifikasi yang dimiliki oleh Arduino Nano:

1. MikrokontrolerAtmel ATmega168 atau ATmega328 2. 5 V Tegangan Operasi

3. 7-12VInput Voltage (disarankan) 4. 6-20VInput Voltage (limit)

5. Pin Digital I/O14 (6 pin digunakan sebagai output PWM) 6. 8 Pin Input Analog

7. 40 mA Arus DC per pin I/O

8. Flash Memory16KB (ATmega168) atau 32KB (ATmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader

9. 1 KbyteSRAM (ATmega168) atau 2 Kbyte(ATmega328) 10. 512 ByteEEPROM (ATmega168) atau 1Kbyte (ATmega328) 11. 16 MHz Clock Speed

12. Ukuran1.85cm x 4.3cm

(28)

2.1.3 Sumber Daya Arduino Nano

Arduino Nano dapat diaktifkan melalui koneksi USB Mini-B, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan belum teregulasi antara 6-20 Volt yang dihubungkan melalui pin 30 atau pin VIN, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan teregulasi 5 volt melalui pin 27 atau pin 5V. Sumber daya akan secara otomatis dipilih dari sumber tegangan yang lebih tinggi. Chip FTDI FT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non-USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH.

2.3 Display LCD (Liquid Crystal Display)

LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube) yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar / text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan lebih keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, karena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah komsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.

LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :

1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.

2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit control.

3. Ukuran modul yang proporsional

4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.

(29)

Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive-Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active-Matrix LCD (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditinggkatkan, dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.

Gambar 2.5. Bentuk fisik LCD 16X2

Untuk rangkaian interfacing, LCD 16×2 tidak banyak memerlukan komponen pendukung. Hanya diperlukan satu variable resistor untuk member tegangan kontras pada matriks LCD. Dengan menggunakan CodeVision AVR, pemrograman untuk menampilkan karakter atau string ke LCD 16×2 sangat mudah karena didukung library yang telah disediakan oleh Code Vision AVR itu sendiri. Kita tidak harus memahami karakteristik LCD secara mendalam, perintah tulis dan inisialisasi sudah disediakan oleh library dari CodeVision AVR. Konfigurasi pin dari LCD ditunjukkan pada Gambar dibawah ini :

Gambar 2.6. Konfigurasi pin LCD Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bias ditampilkan.

2. Setiap huruf terdiridari 5x7 dot-matrix cursor.

3. Terdapat 192 macam karakter.

4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter).

(30)

5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.

6. Dibangun dengan osilator lokal.

7. Satu sum bertegangan 5 volt.

8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.

9. Bekerja pada suhu 0^oC sampai 55^oC.

2.4 Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya.

Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Simbol LDR dapat dilihat seperti pada gambar berikut. Simbol Dan Fisik Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Gambar 2.7. Sensor Cahaya LDR

(31)

2.4.1 Aplikasi Sensor Cahaya LDR 1. Sensor pada rangkaian saklar cahaya 2. Sensor pada lampu otomatis

3. Sensor pada alarm brankas

4. Sensor pada tracker cahaya matahari 5. Sensor pada kontrol arah solar cell 6. Sensor pada robot line follower

Dan masih banyak lagi aplikasi rangkaian elektronika yang menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai sensor cahaya.

2.4.2 Karakteristik Sensor Cahaya LDR

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral sebagai berikut :

1. Laju Recovery Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Bila sebuah “Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)” dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Na-mun LDR tersebut hanya akan bisa menca-pai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery meru-pakan suatu ukuran praktis dan suatu ke- naikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

2. Respon Spektral Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus

(32)

listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.

2.4.3 Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR

Resistansi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR bisa mencapai 1MΩ dan dalam keadaan terang menurun menjadi sebesar 500Ω atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti Cadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat.

Biasanya Cadium Sulfida disebut juga bahan photoconductive, apabila konduktivitas atau resistansi dari Cadium Sulfida bervariasi terhadap intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya yang diterima rendah maka hambatan juga akan tinggi yang mengakibatkan tengangan yang keluar juga akan tinggi begitu juga sebaliknya disinilah mekanisme proses perubahan cahaya menjadi listrik terjadi.

2.5 LED (Light Emitting Diode)

LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.

LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Bentuk LED mirip dengan sebuah bola lampu yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

(33)

Gambar 2.8. LED (Light Emitting Diode)

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Tipe material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Tipe material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan foton dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna). LED yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

2.6 Solar Charge Controller

Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian). Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban.

(34)

2.6.1 Cara Kerja Solar Charge Controller

Solar charge controller adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Solar charge controller berfungsi untuk:

 Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai penuh).

 Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus kalau baterai sudah mulai 'kosong').

2.6.2 Charging Mode Solar Charge Controller

Dalam charging mode, umumnya baterai diisi dengan metoda three stage charging:

 Fase bulk: baterai akan di-charge sesuai dengan tegangan setup (bulk - antara 14.4 - 14.6 Volt) dan arus diambil secara maksimum dari panel surya / solar cell. Pada saat baterai sudah pada tegangan setup (bulk) dimulailah fase absorption.

 Fase absorption: pada fase ini, tegangan baterai akan dijaga sesuai dengan tegangan bulk, sampai solar charge controller timer (umumnya satu jam) tercapai, arus yang dialirkan menurun sampai tercapai kapasitas dari baterai. Fase flloat: baterai akan dijaga pada tegangan float setting (umumnya 13.4 - 13.7 Volt). Beban yang terhubung ke baterai dapat menggunakan arus maksimun dari panel surya / solar cell pada stage ini.

2.6.3 Mode Operation Solar Charge Controller

Pada mode ini, baterai akan melayani beban. Apabila ada over-discharge atau over-load, maka baterai akan dilepaskan dari beban. Hal ini berguna untuk mencegah kerusakan dari baterai.

2.7 Baterai Li-Ion (Lithium-Ion)

Baterai Li-Ion atau Lithium-Ion adalah jenis baterai yang menggunakan senyawa lithium sebagai bahan elektroda. Baterai Li-Ion bekerja dengan cara menggerakan ion lithium dari elektroda negative ke positif saat dilepaskan. Ion kemudian akan kembali lagi saat diisi ulang. Baterai Li-Ion adalah baterai yang paling banyak digunakan di perangkat elektronik seperti : hp, tablet, hingga laptop. Baterai

(35)

Li-Ion berbentuk kotak dan bisa menyimpan daya listrik lebih banyak.Ada beberapa kelebihan utama yang ditawarkan oleh baterai berjenis Li-Ion :

 Bisa menampung daya listrik lebih besar dibanding Li-Po

 Lebih mudah dirawat

 Harga lebih murah dibanding Li-Po

 Cocok untuk perangkat hp, nirkabel, dan perangkat elektronik lainnya.

Selain keuntungan yang dimilikinya, baterai jenis ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu:

 Tidak tahan panas

 Saat didistribusikan dalam jumlah besar membutuhkan prosedur khusus

 Isi ulang baterai berlebihan akan mengurangi daya tahan baterainya sendiri

 Rentan meledak oleh karena jangan pernah diutak-atik.

Baterai Li-Ion memiliki daya tahan siklus yang tinggi dan juga lebih ringan sekitar 30% serta menyediakan kapasitas yang lebih tinggi sekitar 30% jika dibandingkan dengan Baterai Ni-MH. Rasio Self-discharge adalah sekitar 20% per bulan. Baterai Li-Ion lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung zat berbahaya Cadmium. Sama seperti Baterai Ni-MH (Nickel- Metal Hydride), Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Li-Ion tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan Lingkungan hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di sembarang tempat.

Gambar 2.9. Baterai Li-Ion

(36)

BAB 3

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3.1. Diagram Blok Rancang Bangun Lampu Jalan Dengan Memanfaatkan Sumber Energi Dan Baterai Secara Otomatis Berbasis

Arduino Nano Fungsi Tiap Blok

1. Blok Solar Cell : Sebagai pengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

2. Blok Charger Controller : Sebagai pengontrol tegangan dan arus yang masuk kedalam baterai.

3. Blok Baterai : Sebagai tempat penyimpanan daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya.

4. Blok Arduino Nano : Sebagai penginput dan pengolah data pada alat.

CHARGER CONTROLLER

BATERAI

LED

LDR LCD

ARDUINO NANO PANEL SURYA

(37)

5. Blok LDR : Sebagai input sensor cahaya untuk pembacaan siang dan malam.

6. Blok LED : Sebagai output lampu yang dikontrol oleh sistem mikrokontroller berdasarkan hasil pembacaan dari sensor LDR.

7. Blok LCD 16 x 2 : Sebagai output untuk menampilkan nilai hasil pembacaan sensor LDR

3.2 Rangkaian Regulator

Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supplay tegangan dari baterai keseluruh rangkaian yang ada. Keluaran rangkaian regulator ini yaitu 5 volt.

Gambar 3.2.Rangkaian Regulator

Pada rangkaian diatas baterai 12 volt terhubung pada capasitor 100 nf, lalu dihubungkan pada tegangan input ic regulator 7805 agar mendapat output 5 volt dc, output 5 volt dc inilah yang akan berfungsi untuk memberi supply pada sistem Arduino nano.

(38)

3.3 Rangkaian Arduino Nano

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada.

Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler Arduino nano. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller Arduino nano memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja.

Gambar 3.3. Rangkaian Arduino Nano 3.4 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)

Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi – M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler rmenjadi tampilan karakter.

Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.

Gambar 3.4 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.

(39)

Gambar 3.4. Rangkaian LCD

Dari gambar 3.4, rangkaian ini terhubungke PD.0... PD7, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Analog and Digital Converter. Nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller Arduino nano.

3.5 Rangkaian Sistem Panel Surya

Rangkaian ini berfungsi sebagai sistem power supply yang dimana daya yang dihasilkan berasal dari sinar matahari yang dikonversi menjadi energi listrik dan kemudian disimpan pada baterai 12 volt.

Gambar 3.5 Rangkaian Sistem Panel Surya

(40)

3.6 Rangkaian LDR (Light Dependent Resistor)

Pada rangkaian ini input sensor terhubung ke port A0 arduino nano, yaitu sebagai data pembacaan sensor cahaya yang masuk ke mikrokontroler akan diproses dan di kalibrasi.

Gambar 3.6. Rangkaian Sensor LDR 3.7 Rangkaian LED ( Light Emitting Diode )

Pada penelitian ini, LED yang digunakan adalah LED Super Bright dengan tegangan 3,4 volt. Fitur dan Spesifikasi High Power Light Emitting Diode 2 Watt

• Catu daya tipikal 3,6 Volt

• Arus berkesinambungan / continuous current: IF = 700 mA

Gambar 3.7. Rangkaian LED Super Bright

(41)

Dari gambar 3.7, Rangkaian LED tehubung ke mikrokontroller arduino nano pada pin 10,pin 11 ,pin 12 dan rangkaian LED juga menggunakan transistor BC547 sebagai driver LED, jika basis diberi sinyal High maka LED akan hidup, jika basis diberi sinyal Low maka LED akan mati.

3.8 Rangkaian Keseluruhan

Gambar 3.8 Rangkaian lampu jalan otomatis berbasis Arduino Nano

Komponen utama pada rangkaian diatas adalah IC Arduino Nano yang berfungsi sebagai pusat kendali seluruh sistem. Semua program diisikan pada memori dari IC sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.

(42)

3.9 Pembuatan Alat

Pembuatan alat dilakukan dengan cara manual. Adapun proses pembuatan PCB adalah sebagai berikut:

1. Membuat Schematic PCB menggunakan software eagle. Schematic yang sudah jadi kemudian di create to Board.

2. Pada proses create to Board, Schematic yang telah siap akan di design kembali sedemikian rupa dengan cara menggambar jalur sesuai rangkaian Schematic mengikuti ukuran PCB yang akan dipakai, maka hasilnya seperti gambar dibawah ini:

Gambar 3.9. Layout PCB ( Board Rangkaian )

3. Layout PCB dicetak mengunakan kertas yang mengkilat atau kertas glossy.

4. Sablon layout kertas glossy pada PCB polos menggunakan setrika, sampai tintanya menempel pada PCB.

5. PCB yang sudah disablon kemudian dilarutkan menggunakan larutan ferite clorida (FeCl) agar lapisan tembaga yang tidak terpakai hilang.

6. Pemeriksaan jalur PCB.

(43)

7. Setelah jalur PCB rapi, lubangi PCB sesuai dengan pola yang tersablon menggunakan bor.

8. Bersihkan PCB dari tinta sablon.

9. Setelah PCB bersih, pasang komponen PCB yang dibutuhkan pada tempat yang telah ditentukan.

10. Pasang semua komponen penting seperti; Solar cell, Baterai, Rangkaian PCB, LDR, LED, Solar Charge Control, DC to DC converter sedemikian rupa.

Seperti gambar dibawah ini:

(44)

Gambar 3.10 Rancang Bangun Lampu Jalan Dengan Memanfaatkan Sumber Energi Solar Cell Dan Baterai Secara Otomatis Berbasis Arduino

Nano.

(45)

3.10 Flowchart Sistem

Gambar 3. 11. Flowchart Sistem Rancang Bangun Lampu Jalan Dengan Memanfaatkan Sumber Energi Solar Cell Dan Baterai Secara Otomatis

Berbasis Arduino Nano.

(46)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller Arduino Nano

Pemrograman menggunakan mode ISP (In System Programming) mikrokontroler harus dapat diprogram langsung pada papan rangkaian dan rangkaian mikrokontroler harus dapat dikenali oleh program downloader. Pada pengujian ini berhasil dilakukan dengan dikenalinya jenis mikrokontroler oleh program downloader yaitu Arduino nano.

Gambar 4.1. Informasi Signature Mikrokontroler Arduino nano

Arduino nano menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz, apabila Chip Signature sudah dikenali dengan baik dan dalam waktu singkat, bisa dikatakan rangkaian mikrokontroler bekerja dengan baik dengan mode ISP-nya.

4.2 Pengujian Rangkaian LED

Rangkaian LED yang digunakan dalam penelitian yaitu LED jenis Super Bright. LED akan bertindak sebagai lampu/indikator output dari respon dari yang diterima oleh mikrokontroller.

(47)

Tabel 4.1. Pengujian Rangkaian LED kondisi Led 1 Tegangan

Led

Led 2 Tegangan Led

Led 3 Tegangan Led Gelap Hidup 3 volt Hidup 3 volt Hidup 3 volt

terang Mati 0 volt Mati 0 volt mati 0 volt

4.3 Pengujian LCD 16x2

Rangkaian LCD dihubungkan ke PD.0….PD6, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer, yaitu sebagai timer/counter, komperator analog dan spimempunyai fungsi khusus sebagai pengerimana data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat di kendalikan oleh Mikrokontroller Arduino Nano.

Pada bagian ini, mikrokontroller dapat member data langsung ke LCD. Pada LCD Hitachi- M11632 sudah terdapat driver untk mengubah ASCII output mikrokontroller menjadi tampilan karakter.

Tabel 4.2. Pengukuran pin IC LCD

No Pin Tegangan keluaran

(Volt)

1 0,0

2 4,95

3 1,39

4 3,96

5 3,96

6 0,0

7 4,93

8 4,93

(48)

9 4,93

10 4,93

11 0,0

12 3,96

13 3,96

14 0,0

15 4,95

16 0,0

Tabel diatas merupakan hasil pengukuran pada Display LCD, pengukurann dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah LCD bekerja dengan baik atau tidak yaitu dengan membandingkan tegangan terukur dengan program maupun data sheet.

Gambar 4.2. Tampilan pengujian LCD

(49)

4.4 Pengujian Rangkaian LDR

Pengujian Sensor LDR dilakukan dengan cara melakukan pengukuran sensor dalam keadaan gelap dan keadaan terang. Hasil pengukuran Sensor tegangan dapat dilihat pada table dibawah ini:

Tabel 4.3. Pengujian Sensor LDR

NO Kondisi Nilai Sensor LDR

1 Gelap 769 mV

2 Gelap 694 mV

3 Terang 357 mV

4 Terang 236 mV

Gambar 4.3. Pengujian nilai LDR dibawah 500 Lampu mati

(50)

Gambar 4.4. Pengujian nilai LDR diatas 500 Lampu hidup 4.5 Pengujian Rangkaian Solar Cell

Pengujian ini untuk mengetahui unjuk kerja dari rangkaian LDR yang telah dibuat sesuai dengan perencanaan. Pada pengujian rangkaian ini yang dibaca oleh mikrokontroler adalah tegangan solar cell dan akan ditampilkan di LCD. Pengujian ini dilakukan dalam waktu 2 jam sekali untuk mengukur tegangan pada solar cell.

Tabel 4.4. Hasil Pengujian Tegangan Rangkaian Pada Solar Cell

Jam Tegangan Solar Cell

07:00 18,45 volt

09:00 18,80 volt

11:00 19.20 volt

13:00 19,65 volt

15:00 18,90 volt

17:00 18,50 volt

(51)

4.6 Pengujian Baterai

Pada baterai jenis Li-Ion memiliki tegangan Rating 3,7 volt per sel. Kapasitas baterai menunjukkan seberapa banyak energi yang dapat disimpan oleh sebuah baterai dan diindikasikan dalam miliamper hour (mAh). Dengan tegangan baterai 3,7 Volt dibutuhkan DC to DC

Convertor yang digunakan untuk mengubah suatu tegangan searah ke tegangan searah yang lain dengan nilainya dapat ditingkatkan atau diturunkan oleh karena itu yang dipakai adalah DC to DC Convertor Step Up untuk menaikkan tegangan. Maka tegangan tersebutlah yang berfungsi untuk menghidupkan Mikrokontroller Arduino Nano dan Lampu dan akan ditampilkan di LCD. Pengujian ini dilakukan dalam waktu 2 jam sekali untuk mengukur tegangan pada baterai.

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Pada Tegangan Baterai

Jam Tegangan baterai

07:00 9,47 volt

09:00 10,17 volt

11:00 10.45 volt

13:00 11,68 volt

15:00 11,43 volt

17:00 11,20 volt

4.7 Pengujian Rangkaian Regulator

Pengujian rangkaian regulator ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari output regulator 7805 menggunakan multimeter digital. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak.

(52)

Gambar 4.5. Tegangan Output Ic Regulator 7805

Pada pump menggunakan 12 volt, jadi pada pump air ini tidak perlu menggunakan ic regulator karena output dari adaptor sudah 12 volt DC.

4.8 Unjuk Kerja Alat

Unjuk kerja dari alat, ketika malam hari semua beban pada alat dalam kondisi aktif (ON), sehingga arus yang mengalir sekitar 60 mA. Suplai energi listrik saat siang hari masih dapat di kontrol oleh solar cell, sedangkan di malam hari di kontrol oleh battery Li-Ion 3000 mAH. Battery tersebut dapat bertahan untuk suplai energi listrik pada malam hari yaitu sekitar 11 jam, namun dibutuhkan juga hampir 8 jam untuk menyuplai energi pada Battery.

Perancangan dan pembuatan lampu penerangan jalan otomatis terdiri dari beberapa komponen penting antara lain; solar cell, LED, LCD, Solar Charge Controller, Baterai. Prinsip kerja dari Lampu penerangan jalan otomatis ini adalah mendeteksi adanya tegangan yang dihasilkan solar cell dalam pengkonversian energi.

Besar tegangan tersebut digunakan sebagai sebagai suplai untuk menyalakan lampu pada malam hari, selebihnya sensor cahaya yang bekerja untuk mengotomatisasi lampu.

Secara garis besar, cara kerja sistem ini adalah :

1. Hidupkan sistem dengan meng-onkan saklar yang ada pada saklar.

2. Kemudian solar cell akan mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik yang akan disimpan di dalam baterai.

(53)

3. Arduino Nano akan memberikan informasi mengenai kondisi hari sudah malam atau terang dengan bantuan data-data dari LDR, lalu Arduino Nano juga akan memproses data-data digital tersebut.

4. LCD akan mengubah informasi yang diterima data digital yang telah dikirimkan oleh Arduino Nano menjadi informasi visual. Lalu LCD akan menampilkan nilai-nilai LDR.

”Ketika nilai LDR dibawah 500 maka lampu akan mati, sedangkan jika nilai LDR diatas 500 maka lampu akan hidup’’.

(54)

BAB 5 PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Perancangan dan pembuatan lampu penerangan jalan otomatis terdiri dari beberapa komponen penting antara lain Solar cell, Solar Charge Controller, LDR, LED, Driver dan LCD. Prinsip kerja dari Lampu penerangan jalan otomatis adalah mendeteksi adanya tegangan yang dihasilkan solar cell dalam pengkonversian energi, dimana tegangan yang dihasilkan dapat disimpan dalam baterai. Untuk pengisian ke baterai memerlukan Solar Charge Controller agar baterai tidak over Voltage, kemudian untuk menghidupkan Mikrokontroller dan Lampu membutuhkan sebuah pengubah tegangan dari 3,7 Volt ke 5 Volt menggunakan DC to DC Converter Step Up. Dan untuk pengontrolan lampu menggunakan LDR.

2. Pada perancangan alat ini, Panel surya yang digunakan adalah modul solar cell 4 watt. Baterai yang digunakan dengan daya 2,2 watt. Maka dari hasil nilai daya tersebut waktu pengisian Baterai sekitar ±10 jam. Dan dengan daya baterai 2,2 watt akan menghidupkan lampu/LED dengan daya 2 watt dalam waktu ±10 jam.

3. Berdasarkan hasil pengujian sensor LDR dapat disimpulkan yaitu ketika kondisi gelap nilai sensor LDR tinggi sedangkan ketika kondisi terang nilai sensor LDR rendah.

5.2 Saran

1. Sebaiknya alat ini dapat lebih dikembangkan, baik dari segi fungsi maupun aplikasi yang lebih baik.

2. Sebaiknya untuk perancangan selanjutnya dapat menggunakan lampu dengan daya yang lebih tinggi.

3. Alat ini masih berupa miniatur, namun diharapkan kedepannya akan diaplikasikan dijalan maupun dirumah.

(55)

DAFTAR PUSTAKA

Daryanto, Drs. 2008.” Pengetahuan Teknik Elektronika”. Jakarta : Bumi aksara.

J. P. Dunlop, “Batteries and Charge Control in Stand-Alone Photovoltaic System Fundamental and Application,” Fla. Sol. Energy CenterUniversity Cent.

Fla., Jan. 1997.

Kadir, Abdul. 2016. “Scratch For Arduino”. Yogyakarta : ANDI

Nurcahyo, Sidik. 2013. “Avr Atmel Object Oriented Programming Using”.

Yogyakarta : ANDI

Rangkuti,Syahban,2011.”Mikrokontroller Atmel AVR”, Edisi Pertama. Penerbit : Informatika,Jakarta.

Wardoyo, Siswo. 2015. ”Pengantar Mikrokontroller Dan Aplikasi Pada Arduino”.

Yogyakarta: Teknosain.

https://teknikelektronika.com/pengertian-sel-surya-solar-cell-prinsip-kerja-sel-surya/

https://djukarna4arduino.wordpress.com/2015/01/19/arduino-nano/

(56)

GAMBAR RANGKAIAN KESELURUHAN

(57)

PROGRAM SISTEM 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);

pinMode(7,OUTPUT);

pinMode(6,OUTPUT);

pinMode(5,OUTPUT);

lcd.begin(16, 2);

//lcd.print("FIN 2015");

}

void loop() {

int sensorValue = analogRead(A1);

// print out the value you read:

Serial.print(sensorValue);

tegangan = analogRead(teganganPin);

tegangan = tegangan * 0.00489*5;

(58)

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("V Panel:");

lcd.print(tegangan);

lcd.print(" V ");

lcd.print("Nilai LDR:");

lcd.print(sensorValue);

Serial.print(" = ");

Serial.print(tegangan);

Serial.print(" Volt");

Serial.println();

if(sensorValue>=500){

digitalWrite(8,HIGH);

} else{

digitalWrite(8,LOW);

(59)

digitalWrite(5,LOW);}

delay(1000);

}

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

Dimensions

Data Sheet Light dependent resistors

NORP12 RS stock number 651-507 NSL19-M51 RS stock number 596-141

Two cadmium sulphide (cdS) photoconductive cells with spectral responses similar to that of the human eye. The cell resistance falls with increasing light inten- sity. Applications include smoke detection, automatic lighting control, batch counting and burglar alarm systems.

Guide to source illuminations

Light source Illumination (Lux)

Moonlight 0.1

60W bulb at 1m 50

1W MES bulb at 0.1m 100

Fluorescent lighting 500

Bright sunlight 30,000

Light memory characteristics

Light dependent resistors have a particular property in that they remember the lighting conditions in which they have been stored. This memory effect can be minimised by storing the LDRs in light prior to use.

Light storage reduces equilibrium time to reach steady resistance values.

NORP12 (RS stock no. 651-507) Absolute maximum ratings

Voltage, ac or dc peak 320V

Current 75mA

Power dissipation at 30°C 250mW

Operating temperature range -60°C to +75°C

Electrical characteristics

T_A= 25°C. 2854°K tungsten light source

Parameter Conditions Min. Typ. Max. Units Cell resistance 1000 lux

10 lux -

- 400

9 -

- 

k

Dark resistance - 1.0 - - M

Dark capacitance - - 3.5 - pF

Rise time 1 1000 lux 10 lux -

- 2.8 18 -

- ms ms Fall time 2 1000 lux

10 lux -

- 48 120 -

- ms ms 1. Dark to 110% RL

2. To 10 × RL

RL = photocell resistance under given illumination.

Features

● Wide spectral response

● Low cost

● Wide ambient temperature range.

Circuit symbol

(66)

*1Ftc=10.764 lumens

Figure 1 Power dissipation derating Figure 3 Resistance as a function of illumination

Figure 2 Spectral response

(67)

Absolute maximum ratings

Voltage, ac or dc peak 100V

Current 5mA

Power dissipation at 25°C 50mW*

Operating temperature range -25°C +75°C

*Derate linearly from 50mW at 25°C to 0W at 75°C.

Electrical characteristics

Figure 4 Resistance as a function illumination

Dimensions

Figure 5 Spectral response

Parameter Conditions Min. Typ. Max. Units Cell resistance 10 lux

100 lux 20

- -

5 100 - k

k

Dark resistance 10 lux after

10 sec 20 - - M

Spectral response - - 550 - nm

Rise time 10ftc - 45 - ms

Fall time 10ftc - 55 - ms

(68)

Typical application circuits

The information provided in RS technical literature is believed to be accurate and reliable; however, RS Components assumes no responsibility for inaccuracies

Figure 7 Light interruption detector

below the level set by VR1

Figure 8 Automatic light circuit

Figure 10 Extremely sensitive light operated relay

(Relay energised when light exceeds preset level.) Figure 6 Sensitive light operated relay

level set by VR1

Figure 9 Logarithmic law photographic light meter

Typical value R¹ = 100k

R² = 200k preset to give two overlapping ranges.

(69)

PEIMAR monocrystalline solar panels, produced using a

output and super high performance (over 20% efficiency).

We only work with certified suppliers and use the best materials to ensure our panels are extremely robust and resistant to atmospheric agents and accidental shocks.

Dimensions_ 156x156 mm

SOLAR MODULE

MONOCRYSTALLINE • 72 CELLS

(70)

1,57”

*STC (Standard Test Condition): Irradiance 1000W/m², Module Temperature 25°C, Air Mass 1.5

MECHANICAL Characteristics

Solar Cells Solar Cells Size

72 (6x12) monocrystalline 156x156 mm / 6x6”

Front Cover Back Cover Encapsulant Frame Frame finishing Backsheet finishing Diodes Junction Box Connector Cables Length Cables Section Dimensions Weight Max. Load