RANCANG BANGUN SOLAR TRACKER UNTUK MENDAPATKAN TEGANGAN MAKSIMUM PADA
PANEL SURYA DENGAN MONITORING IoT
SKRIPSI
ANNA MARIA SIANTURI 180821044
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PANEL SURYA DENGAN MONITORING IoT
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
ANNA MARIA SIANTURI 180821044
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
RANCANG BANGUN SOLAR TRACKER UNTUK MENDAPATKAN TEGANGAN MAKSIMUM PADA
PANEL SURYA DENGAN MONITORING IoT
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, September 2020
Anna Maria Sianturi 180821044
ii
ABSTRAK
Telah dilakukan perancangan solar tracker menggunakan dua buah sensor LDR untuk mengindera arah gerak matahari. Solar tracker digunakan untuk menggerakkan sel surya agar mengikuti arah gerak matahari. Rangkaian elektronik terdiri dari rangkaian catudaya rangkaian mikrokontroler ATmega328, LCD, rangkaian driver stepper, motor stepper, dan rangkaian sensor LDR. Rancangan mekanik menggunakan satu sumbu putar dengan motor stepper sebagai penggerak agar sel surya dapat mengikuti gerak semu harian matahari (dalam arah barat - timur)
Kata Kunci : sensor LDR, sel surya, mikrokontroler Atmega328, LCD
ABSTRACT
This research aims to design a solar tracker using a two-quadrant LDR that used for sensing the position of the sun. Solar tracker is the tools used to follow the direction of motion of the sun. The electronic circuits consisting of a power supply circuit, microcontroller ATmega328 and LCD circuit, motor stepper , driver stepper and LDR sensor circuit. The mechanical design using one axis with stepper motor as an actuator to position the solar cell tilted appropriately to face the sun directly at all times by tracking daily apparent motion of the sun (west - east motion)
Keywords : LDR, Solar cell, microcontroller Atmega328, LCD.
iv
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa,denganlimpahan berkat-Nya penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan rasa hormat maupun ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya skripsi ini. Terimakasih penulis ucapkan terkhusus untuk kedua orang tua tercinta, atas do‟a, kepercayaan, dukungan, semangat, dan materi yang telah diberikan kepada penulis. Dan tak lupa pula penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU
2. Bapak Drs.Aditia Warman, M.Si selaku sebagai pembimbing yang telah membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan juga bimbingannya.
3. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama dalam perkuliahan.
4. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk dan arahan selama dalam perkuliahan.
5. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, September 2020
Anna Maria Sianturi
Halaman
PERNYATAAN ORISINALITAS i
PERSETUJUAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR LAMPIRAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 LatarBelakang 1
1.2 RumusanMasalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4.Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 2
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Mikrokontroler 4
2.1.1 Apa Itu Mikrokontor 4 2.1.2 Pemanfaatan Mikrokontroler 5 2.1.3 Jenis-jenis Mikrokontroler 7 2.1.4 Komponen Penyusun Mikrokontroler 7 2.1.5 Cara Kerja Mikrokontroler 8 2.1.6 Fitur AVR ATMega328 9
vi
2.1.7 Deskripsi Pin 10 2.1.8 Arsitektur CPU ATMEGA328 12
2.2 Driver Stepper 13
2.3 Motor Stepper 15
2.4 Panel Surya / Solar Cell 19
2.4.1 Prinsip Kerja Panel Surya 19 2.4.2 Struktur Panel Surya 21
2.5 Modul ESP826 22
2.6 LDR (Light Dependent Resistor ) 25
2.7 LCD (Liquid Crystal Display) 25
2.8 Power Supply 27
BAB 3 METODE PENELITIAN 28
3.1 Diagram Blok Rangkaian 28
3.1.1 Fungsi Tiap Blok 29
3.2 Perancangan Mikrokontroler Atmega328 30 3.3 Perancangan Rangkaian Sensor LDR 31 3.4 Perancangan Rangkaian Motor Stepper 31
3.5 Perancangan Rangkaian LCD 32
3.6 Perancangan Rangakian Modul ESP8266 32 3.7 Perancangan Rangkian Panel Surya 33
3.8 Rangkaian Lengkap 34
3.9 Flowchart Sistem 35
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 36
4.1 Pengujian Mikrokontroller 36
4.2 Pengujian Regulator 37
4.3 Pengujian LCD 2x16 37
4.4 Pengujian LDR 38
vii
4.5 Pengujian Driver Stepper 39
4.6 Pengujian Panel Surya 41
4.7 Pegujian Modul ESP826 42
4.8 Program Software 46
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 56
5.1. Kesimpulan 56
5.2. Saran 56
DAFTAR PUSTAKA 56
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.1 Komponen Penyusun Mikrokontroler 7
2.2 Tahap-tahap persiapan suatu mikrokontroler 9
2.3 Deskripsi Pin Mikrokontroler ATMega328 10
2.4 Block Diagram Architecture ATmega328 13
2.5 Skema Rangkaian Driver Stepper 14
2.6 Gambar Pulse pada Driver Stepper 15
2.7 Lilitan Motor Stepper Unipolar 17
2.8 Lilitan Motor Stepper Bipolar 17
2.9 Contoh Rangkaian Pengendali 19
2.10 Junction Antara Semikonduktor Tipe P dan N 20
2.11 Ilustrasi Cara kerja Panel Surya 20
2.12 Struktur Panel Surya 21
2.13 Modul ESP8266 23
2.14 Siagram Blok ESP8266 24
2.15 Sensor LDR dan Simbol LDR 25
2.16 LCD 26
2.17 Power Supply 27
3.1 Diagram Blok Rangkaian 28
3.2 Rangkaian Mikrokontroler Atmega328 30
3.3 Rangkaian LDR 31
3.4 Rangkaian Motor Stepper 31
3.5 Rangkaian LCD 32
3.6 Rangkaian Modul ESP8266 32
3.7 Rangkaian Panel Surya 33
3.8 Rangkaian Lengkap 34
3.9 Flowchart Sistem 35
4.1 Pengujian mikrokontroler atmega328 36
4.2 Pengujian LCD 38
4.3 Pengujian LDR 38
4.4 Pengujian Driver Stepper 40
4.5 Pengujian Panel Surya 41
4.6 Grafik Tampilan pada Android pada Pagi Hari 54 4.7 Grafik Tampilan pada Android pada Siang Hari 55 4.8 Grafik Tampilan pada Android pada Sore Hari 55
ix
Nomor
Tabel Judul Halaman
4.1 Pengujian Regulator 37 4.2 Hasil Pengukuran Tegangan pada Panel Surya 54
x
Lampiran 1 Program Visual Basic Lampiran 2 Rangkaian Lengkap Lampiran 3 Data Percobaan Lampiran 4 Datashee
xi
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik merupakan hal yang tidak bisa di lepaskan dari kehidupan sehari – hari setiap orang, hal ini dibuktikan dengan terus meningkatnya jumlah pelanggan listrik PLN setiap tahunnya, karena itu perlu adanya sumber alternatif untuk mendapatkan supply energi listrik. Pemasangan panel surya memang menjadi solusi yang sering digunakan untuk mengatasi masalah pemberdayaan energi listrik.
Namun, karena menggunakan energi dari alam maka akan sulit untuk memprediksi besar energi yang dapat dihasilkan oleh panel surya. Energi yang dihasilkan oleh panel surya bergantung pada beberapa faktor, salah satunya adalah lama penyinaran matahari. Menurut data, persen lama penyinaran di setiap daerah berbeda – beda. Selain dari perbedaan lama penyinaran matahari, faktor lain seperti suhu, intensitas cahaya, sudut datang cahaya juga mempengaruhi daya yang akan dihasilkan oleh panel surya.
Untuk memaksimalkan penerimaan cahaya oleh panel surya, maka dapat dilakukan dengan menerapkan sistem pelacakan / tracking sistem pada panel surya.
Pemaksimalan penerimaan cahaya matahari oleh panel surya ini dilakukan agar panel surya mampu untuk menghasilkan daya yang cukup untuk men-supply energi listrik dari rencana pemakaian beban. Dengan melakukan monitoring panel surya, maka pengguna akan mendapatkan data dari tegangan maksimum yang dihasilkan oleh panel surya.
Selain itu, pengguna juga akan mampu untuk mendapatkan data dari besarnya intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya. Dengan adanya data tersebut, maka pengguna akan mampu untuk merencanakan pemakaian beban agar daya dari beban yang akan dipakai tidak melebihi daya yang dihasilkan oleh panel surya.
Berdasarkan permasalahan yang dikemukakan diatas, penulis ingin membuat
“Rancang Bangun Solar Tracker untuk Mendapatkan Tegangan Maksimum pada Panel Surya dengan Monitoring IoT” sebagai judul skripsi. Dengan tujuan untuk
memudahkan kita melakukan monitoring tegangan, arus, daya, dan intensitas cahaya pada panel surya berbasis IoT.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan utama pada pembuatan Rancang Bangun Solar Tracker untuk Mendapatkan Tegangan Maksimum pada Panel Surya dengan Monitoring IoT ini:
1. Bagaimana cara kerja motor stepper bekerja mengikuti pergerakan matahari . 2. Bagaimana cara merancang solar tracker untuk mendapatkan tegangan
maksimum pada panel surya.
1.3 Batasan Masalah
Dalam perencanaan penulisan ini terdapat beberapa hipotesis sebagai berikut:
1. Rangakaian Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroller ATmega 328.
2. Driver Stepper digunakan sebagai pengontrol tegangan pada motor stepper.
3. Motor yang digunakan adalaha Motor Stepper yang berguna sebagai penggerak panel surya.
4. Sensor yang digunakan adalah Sensor LDR.
5. Sistem komunikasi yang digunakan adalah ESP8266.
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan penelitian ini yaitu sebagai berikut :
1. Dapat mengetahui bagaimana cara kerja Solar Tracker untuk menghasilkan tegangan maksimum.
2. Pengaplikasian mikrokontroler ATmega 328 sebagai pusat kontrol dalam system solar tracker.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu sebagai berikut:
1. Melatih kemampuan mahasiswa untuk memecahkan suatu permasalahan yang ada, yaitu membuat Rancang Bangun Solar Tracker untuk Mendapatkan
Tegangan Maksimum pada Panel Surya dengan Monitoring IoT.
2. Mikrokontroler ATmega 328 digunakan sebagai otak pada sistem elektronika pada rancangan alat.
3. Dengan perancangan alat ini diharapkan dapat membantu kita melacak intensitas cahaya matahari yang menghasilkan arus terbesar .
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan penulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab – bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, serta sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
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 METODE PENELITIAN
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem 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 di isikan ke mikrokontroller Atmega 328.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari ala tataupun data yang dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan skripsi ini.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroler
2.1.1 Apa itu Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu system komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu system terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Anda pun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda.
Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC
TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :
a) Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b) Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c) Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum.
Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama. Pada pembahasan ini Mikrokntroler yang digunakan adalah AVR Atmega 328.
2.1.2 Pemanfaatan Mikrokontroler
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC,dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industry.
Mikrokontroler juga digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secaara otomatis, seperti system control mesin, romote control, mesin kantor, perlatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga kerja dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori,
dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat control elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan menggunakan mikrokontroler ini, maka :
System elektronik akan menjadi lebih ringkas
Rancang bangun system elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari system adalah perangkat lunak yang mudah di modifikasi
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena system nya ynag kompak Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang sering kali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekadar menambah jumlah saluran masukan dan keluartan (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputerkarena mikrokontroler adalah mengandung beberapa peripheral yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port parallel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), mkonversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan system minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan system minimum.
Untuk membuat system minimal paling tidak dibutuhkan system clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan system clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Untuk merancang sebuah system berbasis mikrokontroler, kita memerlukian beberapa perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu :
System minimal mikrokontroler
Software pemrograman dan kompliern serta downloader
Yang di maksud dengan system minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah system minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri 4 bagian, yaitu :
Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri
Rangkaian reset agar mikrokontroler dqapat menjalankan program mulai dari awal.
Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU
Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk member sumber daya
2.1.3 Jenis-jenis Mikrokontroler
Secara teknis hanya ada 2 macam mikrokontroler. Pembagian ini di dasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu, RISC dan CISC serta masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.
RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer.
Instruksi ysng dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
Sebaliknya, CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer.
Istruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.
2.1.4 Komponen Penyusun Mikrokontroler
Mikrokontroler terdiri dari bagian / part seperti yang terlihat dibawah ini.
Gambar 2.1 Komponen Penyusun Mikrokontroler
Pada gambar 1 dapat dilihat suatu mikrokontroler standart yang disusun oleh komponen-komponen sebagai berikut:
a. CPU (Central Processing Unit)
CPU ini merupakan pengontrol utama dalam suatu mikrokontroler. Jangan salah mengartikan CPU ini sebagai „CPU‟ komputer anda dirumah. CPU pada mikrokontroler ada yang berukuran 8 bit ada pula yang berukuran 16 bit. CPU ini akan membaca program yang tersimpan di dalam ROM dan melaksankannya.
b. ROM (Read Only Memory)
ROM merupakan suatu memori (alat untuk mengingat) yang memiliki sifat hanya bisa dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia mikrokontroler, ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler tersebut. Program tersimpan dalam format biner („0‟ atau „1‟). Susunan bilangan biner tersebut bila telah dibaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti sendiri.
c. RAM (Random Access Memory)
Berbeda dengan ROM yang bersifat hanya baca, maka RAM adalah jenis memori yang selain dapat dibaca juga dapat ditulisi berulang-kali. Tentunya ada semacam data yang bisa berubah pada saat mikrontroler tersebut bekerja.
Perubahan data tersebut tentunya juga harus disimpan ke dalam memori. Untuk itulah dipakai memori jeniks RAM. Namun RAM tersebut memiliki sifat tidak dapat mempertahankan isinya bila catu daya listrik kepadanya dihilangkan.
d. I/O (Input/Output)
Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan terminal I/O (port I/O). Port tersebut disebut sebagai Input/Output karena pada umumnya port tersebut dapat dipakai sebagai masukan atau sebuah keluaran.
Sebagai masukan contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus mengawasi sebuah saklar (switch) untuk mendeteksi apakah saklar tersebut ditekan atau tidak. Sebagai keluaran contohnya adalah pada saat mikrokontroler harus menyalakan sebuah LED.
e. Komponen Lainnya
Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, lainnya memiliki ADC (Analaog To Digital Converter), dan komponen-komponen lainnya. Pemilihan komponen tambahan yang sesuai dengan tugas kerja mikrokontroler akan sangat membantu perancangan sehingga dapat mempertahankan ukuran yang kecil. Apabila komponen-komponen diatas belum ada padaa suatu mikrokontroler, umumnya komponen tersebut masih dapat ditambahkan pada system mikrokontroler dengan melalui port-portnya.
2.1.5 Cara Kerja Mikrokontroler
Untuk dapat membuat mikrokontroler bekerja, ada banyak hal yang harus dikerjakan. Pertama adalah membuat program. Program yang dibuat harus sesuai
dengan jenis mikrokontroler yang digunakan, hal ini karena tiap mikrokontroler memiliki bahasa pemrograman tersendiri yang mungkin tidak kompatibel. Setelah anda membuat program dengan menggunakan editor teks, maka anda harus mengkopilasi program tersebut sesuai dengan tipe mikrokontroler yang dipakai.
Secara sederhana tujuan mengkompilasi adalah untuk merubah dari bahasa manusia (op-code) menjadi bahasa mikrokontroler.
Setelah itu program yang telah dikompilasi ( biasanya dalam format.hex) dimasukkan kedalam ROM dari mikrokontroler tersebut. Ada jenis mikrokontroler yang tidak memiliki ROM internal. Untuk itu andaharus memasukkan kedalam ROM (dalam hal ini dipakai EPROM) menggunakan EPROM programmer. Jika mikrokontroler yang anda gunakan memiliki EPROM memiliki ROM internal, maka dengan menggunakan programmer mikrokontroler, program akan dimasukkan kedalam ROM internalnya. Pada tahap ini anda sudah memiliki mikrokontroler yang dapat berfikir. Setelah memasang kristal/resonator dan catu daya, maka mikrokontroler tersebut akan bekerja sesuai dengan program yang anda berikan.
Gambar 2.2 Tahap-tahap persiapan suatu mikrokontroler
2.1.6 Fitur AVR ATMega328
Mikrokontroler AVR ATmega328 merupakan mikrokontroler 8 bit dengan konsumsi daya rendah produksi ATMEL. Secara keseluruhan Mikrokontroler Atmega328 memiliki fitur sebagai berikut :
a. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
b. 32 x 8-bit register serba guna.
c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
Tulis program pada editor teks
Kompilasi program
tersebut
Masukkah program kedalam mikrokontroler
Mikokontroler ready in action
d. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
e. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
f. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
g. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
h. Master / Slave SPI Serial interface.
Gambar 2.3 Deskripsi Pin Mikrokontroler ATMega328
2.1.7 Deskripsi Pin
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/outputsebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/outputdigital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.
1.Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output.
Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
d. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.f.XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/outputdigital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
a. ADC6 channel(PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit.
ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC.
I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau devicelain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock externaluntuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan externalclock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter externaluntuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan inputuntuk analog comparator.
Pin sumber daya dalam mikrokontroler Atmega328 ini adalah sebagai berikut:
a. VIN
Tegangan masukan pada mikrokontroler Atmega328 menggunakan sumber daya eksternal.
b. 5V
Catudaya 5 volt ini digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya pada board mikrokontroler Atmega328. Hal ini dapat terjadi dilakukan dari pin VIN melalui regulatoron-board, atau melalui port USB atau sumber tegangan lainnya seperti adaptor.
c. GND Pin ground.
2.1.8 Arsitektur CPU ATMEGA328
Untuk memaksimalkan kinerja dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard dengan memori-memori dan bus-bus terpisah untuk program dan data. Instruksi dalam program memori dijalankan dengan tingkat pipelining tunggal.
Sementara satu instruksi dijalankan, instruksi berikutnya belum diambil dari memori program. elain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan system minimum. Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan system minimum.
Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register –register ini menempati memori pada alamat 0x20h –0x5Fh.
Hal ini memungkinkan instruksi yang akan dieksekusi dalam setiap siklus waktu.
Memori program ini disebut In System Reprogrammable Flash memory.
Gambar 2.4 Block Diagram Architecture ATmega328
2.2 Driver Stepper
Sebuah motor stepper dapat digerakkan langsung oleh mikrokontroller (Dalam kenyataannya, arus dan tegangan yang dikeluarkan oleh mikrokontroller terlalu kecil untuk menggerakkan sebuah motor stepper. Gerbang-gerbang Transistor Transistor Logic (TTL) mikrokontroller hanya mampu mengeluarkan arus dalam orde mili- ampere dan tegangan antara 2 sampai 2,5 Volt. Sementara itu untuk menggerakkan motor stepper diperlukan arus yang lebih besar (dalam orde ampere) dan tegangan berkisar 5 sampai 24 Volt. Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan sebuah piranti tambahan yang memenuhi kebutuhan arus dan tegangan yang cukup besar.
Rangkaian driver motor stepper merupakan rangkaian “open collector”, dimana output rangkaian ini terhubung dengan ground untuk mencatu lilitan-lilitan motor stepper
Gambar 2.5 Skema rangkaian driver stepper
Arus keluaran mikrokontroler tidak dapat menggerakkan motor stepper. Maka diperlukan driver untuk mencatu arus motor stepper. Rangkaian driver stepper semua tipe mempunyai kemiripan yaitu dalam hal aktivasinya. Namun yang paling membedakan adalah dalam hal urutan pemberian data aktivasi setiap lilitan pada motor stepper. Motor stepper merupakan motor listrik yang tidak mempunyai komutator, di mana semua lilitannya merupakan bagian dari stator. Dan pada rotornya hanya merupakan magnet permanen. Semua komutasi setiap lilitan harus di kontrol secara eksternal sehingga motor stepper ini dapat dikontrol sehingga dapat berhenti pada posisi yang diinginkan atau bahkan berputar ke arah yang berlawanan.
Rangkaian ini pada dasarnya hanya merupakan rangkaian switching arus yang mengaliri lilitan pada motor stepper. Urutan pemberian data pada motor stepper ini dapat mengontrol arah putaran dari motor stepper ini. Penambahan kecepatan pada motor stepper dapat dilakukan dengan cara meningkatkan frekuensi pemberian data pada rangkaian switching arus.
Rangkaian kontrol stepper ini nantinya terhubung langsung dengan lilitan pada motor, rangkaian power supplai, dan rangkaian yang dikontrol secara digital yang pada akhirnya menentukan kapan lilitan yang diinginkan dalam kondisi off atau on. Selain hanya menggunakan transistor switching ar, saat ini sudah tersedia driver motor yang memang diperuntukkan bagi motor stepper, yang lebih dikenal dengan H-Bridge. Komponen ini biasanya digunakan pada motor stepper tipe bipolar, walaupun demikian tidak menutup kemungkinan digunakan pada motor stepper tipe yang lain.
Gambar 2.6 Gambar pulse pada driver stepper
Driver untuk motor stepper unipolar lebih sederhana dari driver tipe bipolar karena untuk motor stepper tipe unipolar driver cukup dengan dilalui arus satu arah saja sedangkan untuk tipe bipolar driver harus dapat dilalui oleh arus dengan dua arah.
Dari alasan ini motor stepper tipe unipolar lebih banyak digunakan karena untuk menggerakannya lebih sederhana. Driver untuk motor stepper unipolar data menggunakan IC ULN2003, ULN2004 atau dapat juga dengan menggunakan transistor. Jika menggunakan transistor, maka transistor difungsikan sebagai saklar untuk menghubungkan motor stepper ke Vcc atau ke ground tergantung dari hubungan common motor stepper. Untuk menggerakan motor stepper tipe bipolar dapat menggunakan IC L293, L297+L298, PBL3717 atau menggunakan transistor yang dibuat rangkaian push pull.Driver dapat menggunakan empat masukan langsung atau hanya dengan dua masukan saja. Jika menggunakan empat masukan secara langsung maka driver berfungsi untuk menguatkan sinyal tersebut. Namun jika menggunakan dua masukan saja maka masih diperlukan Translator (penerjemah).
2.3 Motor Stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaa motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggnaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa.
Keunggulan motor stepper dibandingkan dengan motor DC biasa adalah :
1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya
7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
Pada dasarnya terdapat tiga tipe motor stepper :
Motor stepper tipe variable reluctance (VR) yaitu merupakan motor stepper jenis lama dan merupakan jenis motor yang structural paling mudah untuk dipahami.
Motor ini terdiri dari sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberikan energy dengan arus DC, utub-kutubnya menjadi termagnitasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator.
Motor stepper tipe permanent magnet (PM) yaitu memiliki rotor yang bentuknya seperti kaleng bundar(tibn can) dan terdiri dari atas lapisan magnet permanen yang diselang selangi dengan kutub yang berlawan. Dengan adanya magnet permanen maka intensitas fluks mgnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langka (step) yang rendah yaitu antara 7,5 hingga 15 perlangka atau 48 hingga 24 langka setiap putarya.
Motor stepper tipe hybrid (HB) yaitu memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor yang sebelumnya. Motor stepper tipe hybrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor stepper tip VR dan juga memiliki magnet permanent yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor stepper tipe PM. Tipe motor ini paling banyak digunakan dalam bebagai aplikasi karena kerjanya lebih baik. Motor tipe hybrid dapat menghasilkan resolusi langka yang
tinggi yaitu 3,6 hingga 0,9 perlangka atau 100 sampai 400 langka setiap putarannya.
Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dibuat karena hanya memerlukan satu signal On Off dengan menggunakan switch / transistor pada masing – maisng lilitanny
Gambar 2.7 Lilitan Motor Stepper Unipolar
Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan.
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.8 Motor Stepper dengan Lilitan Bipolar
Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun atau berubah – ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar torsi memiliki keunggukan
dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar dari 5 dan 6 kabel terminal sedangkan pada motor stepper bipolar terdapat 4 kabel terminal Kita dapat menyimpulkan control dari sebuah motor stepper yaitu bagaimna pengaturan keccepatan (rpm), jumlah putarannya atau jumlah langka dengan cara mengatur besar jumlah langka pada kode program, dan bagaimana membalik atarah putarannya. Adapun algoritma pada program adalah motor stepper berputar kekanan satu kali putaran penuh dengan kecepatan 60 rpm. Kemudian berhenti sesaat (500 ms). Selanjutnya ini akan kembali berputr terbalik kearah kiri satu kali putaran penuh dengan kecepatan melambat menjadi 30 rpm. Lalu motor stepper berhenti seat dan loop kembali berulang. Dalam pengontrolan motor stepper pada pemograman arduino terdapat library yang memudahlkan kita saat ingin mengatur kecepatan, jumlah langka, dan arah putaran mtor stepper.
Setiap motor Stepper akan memiliki spesifikasi utama yaitu berapa derajat motor akan berputar setaip kali diberikan 1 pulse, atau disebut dengan Step/pulse.
Misalnya pada gambar di atas, terdapat keterangan motor dengan spesifikasi 0.072o/step, artinya setiap pulse diberikan 1 kali maka motor akan bergerak sejauh 0.072o. Dengan menghitung satu putaran adalah 360 derajat, maka diperlukan 5000 pulse agar motor tepat berputar 1 putaran penuh. Di beberapa penyebutan spesifikasi yang lain dinyatakan dalam bentuk pulse per rotation (ppr), misalnya 5000 ppr.
Dengan demikian, seberapa besar sudut putaran yang diharapkan dapat dikendalikan dengan mengatur jumlah pulsa yang diberikan kepada motor tersebut.
Seperti halnya motor listrik yang lain, motor stepper dapat kita kendalikan kecepatannya. Dengan mengambil pemahaman bahwa motor stepper berputar sekian derajat setiap kali diberikan pulse, maka semakin cepat jeda antar pemberian pulse 1 ke pulse berikutnya (T) maka gerakan motor stepper juga akan semakin cepat.
Dengan kata lain, pengaturan kecepatan motor Stepper dapat diatur dengan frekuensi pulsa yang diberikan.
Pada gambar di atas, motor stepper dikendalikan oleh driver melalui 5 kabel phase nya. Pada Driver motor Stepper terdapat input pulsa agar dapat berputar Clock Wise (CW) atau Counter Clock wise (CCW).
Gambar 2.9 Contoh Rangkaian Pengendalian Motor Stepper
2.4 Panel Surya / Solar cell
Sel surya adalah kumpulan sel fotovoltaik yang dapat mengkonversi sinar matahari menjadi listrik. Ketika memproduksi panel surya, produsen harus memastikan bahwa sel-sel surya saling terhubung secara elektrik antara satu dengan yang lain pada sistem tersebut. Sel surya juga perlu dilindungi dari kelembaban dan kerusakan mekanis karena hal ini dapat merusak efisiensi panel surya secara signifikan, dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan .
Sel surya biasanya memiliki umur 20 tahun yang biasanya dalam jangka waktu tersebut pemilik panel surya tidak akan mengalami penurunan efisiensi yang signifikan. Namun, meskipun dengan kemajuan teknologi mutahir, sebagian besar panel surya komersial saat ini hanya mencapai efisiensi 15% dan hal ini tentunya merupakan salah satu alasan utama mengapa industri energi surya masih tidak dapat bersaing dengan bahan bakar fosil. Panel surya komersial sangat jarang yang melampaui efisiensi 20%.
2.4.1 Prinsip Kerja Panel Surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri 16 dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.
Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Gambar 2.10 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n.
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk 17 menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p.
Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.
Gambar 2.11 Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction
2.4.2 Struktur Panel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula . Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
Gambar 2.12. Struktur Panel Surya.
a. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya.
Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya 19 digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum.
Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan seperti indium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
b. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon,
yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping materialmaterial semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. 20 Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
c. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
d. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
e. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran
2.5 Modul ESP 8266
Modul ESP8266 adalah sebuah komponen chip terintegrasi yang didesain untuk keperluan dunia masa kini yang serba tersambung. Chip ini menawarkan solusi networking Wi-Fi yang lengkap dan menyatu, yang dapat digunakan sebagai
penyedia aplikasi atau untuk memisahkan semua fungsi networking Wi-Fi ke pemproses aplikasi lainnya.
ESP8266 memiliki kemampuan on-board prosesing dan storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output hanya dengan pemrograman singkat.
Modul komunikasi WiFi dengan ICSoCESP8266EXSerial-to-WiFi Communication Moduleini merupakan modul WiFi dengan harga ekonomis.
Kini Anda dapat menyambungkan rangkaian elektronika Anda ke internet secara nirkabel karena modul elektronika ini menyediakan akses ke jaringan WiFi secara transparan dengan mudah melalui interkoneksi serial (UART RX/TX)
Gambar 2.13 Modul ESP 8266
Keunggulan utama modul ini adalah tersedianya mikrokontroler RISC (Tensilica 106μ Diamond Standard Core LX3) dan Flash Memory SPI 4 Mbit Winbond W2540BVNIG terpadu, dengan demikian dapat langsung menginjeksi kode program aplikasi langsung ke modul ini.
Fitur SoC ESP8266EX:
Mendukung protokol 802.11 b/g/n
WiFi Direct (P2P /Point-to-Point), Soft-AP /Access Point
TCP/IPProtocol Stackterpadu
Mendukung WEP, TKIP, AES, dan WAPI
Pengalih T/R,balun, LNA (penguat derau rendah) terpadu
Power Amplifier/ penguat daya 24 dBm terpaduSirkuitPLL, pengatur tegangan, dan pengelola daya terpadu
Daya keluaran mencapai+19,5 dBm pada moda 802.11b
Sensor suhu internal terpadu
Mendukung berbagai macam antenna
Kebocoran arus pada saat non-aktif kurang dari 10Μa
CPU mikro 32-bit terpaduyang dapat digunakan sebagai pemroses aplikasi lewat antarmuka iBus, dBus, AHB (untuk akses register), dan JTAG (untukdebugging)
Antarmuka SDIO 2.0, SPI, UART
STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMOAgregasi A-MPDU dan A-MSDU denganguard interval0,4μs
Waktu tunda dari moda tidur hingga transmisi data kurang dari 2 ms Berikut ini adalah diagram bagian fungsional dari Espressif ESP8266
Gambar 2.14 Diagram Blok Modul ESP 8266
Modul WiFi ini bekerja dengan catu daya 3,3 volt. Salah satu kelebihan modul ini adalah kekuatan transmisinya yang dapat mencapai 100 meter, dengan begitu modul ini memerlukan koneksi arus yang cukup besar (rata-rata 80 mA, mencapai 215 mA pada CCK 1 MBps, moda transmisi 802.11b dengan daya pancar +19,5 dBm belum termasuk 100 mA untuk sirkuit pengatur tegangan internal).
2.6 LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor 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.. 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 Simbol LDR dapat dilihat seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.15 Sensor LDR dan Simbol LDR
Prinsip Kerja Sensor LDR (Light Dependent Resistor) resistansi sensor LDR (Light De pendent Resistor) akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari ba-han semikonduktor seperti kadmium sul-fida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
2.7 LCD (Liquid Crystal Display)
Liquid Crystal Display atau biasa disebut LCD adalah alat tampilan yang biasa digunakan untuk menampilkan karakter ASCII sederhana, dan gambar-gambar pada alat-alat digital seperti jam tangan, kalkulator dan lain lain.
Deskripsi sederhana cara kerja dari sebuah LCD matrix adalah sebuah Twisted Nematic (TN) Liquid Crystal Display, yang terdiri dari 2 material yang terpolarisasi, 2 buah kaca, sebuah bentuk elemen elektroda untuk menentukan pixel, dan Integrated Circuit (IC) untuk mengalamatkan baris dann kolom.
Untuk menentukan posisi dari setiap pixel, sebuah jala-jala dibentuk dari Indium Tin Oxide (semi transparent metal oxide) dan arus diberikan pada posisi pixel tertentu untuk mengubah orientasi dari material Liquid Crystal yang kemudian akan mengubah pixel dari white pixel ke black pixel. Orientasi menentukan apakah cahaya akan dilewatkan atau ditolak. Jika cahaya ditolak berarti area tesebut akan menjadi gelap (black pixel). Twisted Nematic LCD cukup baik untuk menampilkan tampilan sederhana yang mempunyai informasi yang sama dan ditampilkan berulang-ulang, seperti jam tangan, kalkulator dan lain lain.
Walaupun tampilan hexagonal bar adalah bentuk paling sederhana pengaturan elektroda, hampir semua bentuk sederhana dapat ditampilkan.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, ataupun layar komputer. Pada bab ini aplikasi LCD yang dugunakan 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 :
a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.
c. Terdapat karakter generator terprogram.
d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
e. Dilengkapi dengan back light.
Gambar 2.16 LCD
2.8 Power Supply
Power supply merupakan komponen yang menyebabkan komputer bisa bekerja karena arus listrik yang mengalir. Power supply berfungsi memberikan tenaga atau daya listrik agar semua komponen komputer bisa beroperasi (18). Dua mode operasi dengan cara ini dapat diidentifikasi pada konverter flyback: transfer energi penuh/lengkap (mode diskontinu), yang mana semua energi yang disimpan dalam transformer selama periode penyimpanan energi ( periode on) ditransfer ke keluaran selama periode flyback (periode off) dan transfer energi tidak penuh/tidak lengkap (mode kontinu), yang mana bagian energi tersimpan dalam transformer pada akhir periode on tinggal dalam transformer sampai pad awal periode on berikutnya.
Fungsi – fungsi transfer sinyal kecil untuk kedua mode operasi ini sangat berbeda, dan mereka dijelaskan secara terpisah. Dalam praktek, bila sebuah kisaran lebar tegangan masukan, tegangan keluaran dan beban arus dibutuhkan, konverter flyback akan dibutuhkan untuk operasi (dan stabil) pada kedua mode karena mode akan dijumpai pada beberapa titik pada jangkauan operasi.
Sebagai hasil perubahan fungsi transfer pada titik dimana terdapat perpindahan dari satu mode ke mode lainnya, bersama – sama digabungkan menjadi sebuah komponen dalam transformer, keluaran induktor dan aksi – aksi diode roda gaya/ flywheel, konverter flyback dapat menjadi yang tersulit ditengah – tenga perancangan.
Gambar 2.17 Power Supply
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Rangkaian
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian POWER SUPPLY
SENSOR LDR TIMUR
SENSOR LDR BARAT
ESP 8266
MICROKONTROLER ATMEGA 328
LCD
SENSOR TEGANGAN
DRIVER STEPPER X
MOTOR STEPPER X
SERVER
CLIENT
3.1.1 Fungsi Tiap Blok
1. Blok LDR : Sebagai input penanda intensitas cahaya matahari
2. Blok Mikrokontroler ATMega328 : Sebagai pusat kendali system
3. Blok LCD : Sebagai pemberitahu melalui tampilan layar 4. Blok Driver Stepper X : Sebagai sumber arus utk penggerak pada
sumbu X
5. Blok Motor Stepper X : Sebagai alat penggerak pada sumbu X 6. Blok Sensor Tegangan : Sebagai pembaca tegangan
7. Blok ESP8266 : Sebagai modul wifi
3.2 Perancangan Mikrokontroler Atmega328
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler Atmega328
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/outputsebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/outputdigital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.
1.Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output.
Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai
input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output.
Pin sumber daya dalam mikrokontroler Atmega328 ini adalah sebagai berikut:
a. VIN : Tegangan masukan pada mikrokontroler Atmega328 menggunakan sumber daya eksternal.
b. Catudaya : digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya pada board mikrokontroler Atmega328 c. GND : Pin ground.
3.3 Perancangan Rangkaian Sensor LDR
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor LDR
Sensor LDR (Light De pendent Resistor) akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Sistem sensor cahaya ini dibuat 4 set tiap set terdiri dari sebuah LDR dan resistor. Pin PC1 DAN PC2 terhubung ke seonsor ldr 1 dan ldr 2.
3.4 Perancangan Rangkaian Motor Stepper
Gambar 3.4 Rangkaian Motor Stepper
Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor.
Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaa motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Pin PB3 dan PB4 terhubung ke pin JP2.2 dan JP2.3 rangkaian motor stepper.
3.5 Perancangan Rangkaian LCD
Gambar 3.5 Rangkaian LCD
LCD (Liquid Crystal Display)adalah suatu jenis media tampilan yang mengubahkristal cair sebagai penampil utama. LCD dapat memunculkan tulisan karena terdapat banyak pixelyang terdiri dari satu buah kristal cair sebagaisebuah titik cahaya.Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri.Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah sebuah lampu nenon di bagian belakangsusunan kristal cair tersebut. Pin PD2 terhubung ke pin D7, PD3 terhubung ke pin D6, PD4 terhubung ke pin D5, PD5 terhubung ke pin D4, PD6 terhubung ke pin E, PD7 terhubung ke pin R/W.
3.6 Perancangan Rangkaian Modul ESP 8266
Gambar 3.6 Rangkaian Modul ESP8266
ESP8266 memiliki kemampuan on-board prosesing dan storage yang memungkinkan chip tersebut untuk diintegrasikan dengan sensor-sensor atau dengan aplikasi alat tertentu melalui pin input output hanya dengan pemrograman singkat.
Kini Anda dapat menyambungkan rangkaian elektronika Anda ke internet secara nirkabel karena modul elektronika ini menyediakan akses ke jaringan WiFi secara transparan dengan mudah melalui interkoneksi seri. Pin PB1 terhubung pada GRD, PB2 terhubung pada URXD dan VCC terhubung pada OUT LM2596
3.7 Perancangan Rangkaian Panel Surya
Gambar 3.7 Rangkaian Panel Surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe- p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p- n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron dating. Pin pada mikrokontroller PC0 terhubung pada panel surya.
3.8 Rangkaian Lengkap
Gambar 3.8 Rangakian Lengkap
3.9 Flowchat Sistem
Y
T
Y
Gambar 3.9 Flowchart system
Inisialisasi
Baca Sensor Mulai
Tampilan LCD
IF Sensor
Timur
>
Stepper Bergerak kearah Timur
Sensor Timur
=
Stepper Diam
Selesai
Sensor Bergrak Kearah Barat
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Mikrokontroler
Tujuan pengujan mikrokontroller yaitu untuk mengetahui kondisi mikrokontroler dalam keadaan baik atau tidak menggunakan software PROGISP.
Pengujian dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan cara readsignature dan memprogram langsung. Untuk menguji dengan readsignature yaitu hanya dengan mengklik read (RD) maka status mikronkontroler akan muncul dibawah seperti gambar dibawah ini.
Gambar 4.1 Pengujian Mikrokontroler Atmega328
4.2 Pengujian Regulator
Voltage regulator IC adalah IC yang digunakan untuk mengatur tegangan IC 7805 adalah Regulator 5V, voltage yang membatasi output tegangan 5V dan menarik 5V diatur power supply. Pengujian rangkaian regulator ini biasanya menggunakan volt meter, rangkaian IC 7805 ini akan mengeluarkan tegangan 5 volt dengan inputan 12 volt.
Tabel 4.1 Pengujian Regulator
NO INPUT OUTPUT
1 12 ( Teori ) 5.00 ( Teori )
2 12.39 ( Praktek ) 5.00 ( Praktek )
4.3 Pengujian LCD 2x16
Pengujian LCD menggunakan sebagai alat untuk memerintahkan LCD menampilkan beberapa karakter. Dan menampikan tegangan yang diterima pada panel surya.
void setup() { Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorLdr1 = analogRead(A1);
int sensorLdr2 = analogRead(A2);
Serial.print(" || Ldr1 : ");Serial.print(sensorLdr1);
Serial.print(" || Ldr2 : ");Serial.println(sensorLdr2);
delay(200);
}
Gambar 4.2 Pengujian LCD
4.4 Pengujian Sensor LDR
Pengujian sensor ini bertujuan untuk mengetahui apakah sensor berjalan dengan baik.
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 6, 5, 4, 3, 2);
void setup() { lcd.begin(16, 2);
lcd.print("hello, world!");
}
void loop() {
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(millis() / 1000); }
Gambar 4.3 Pengujian LDR 1 dan LDR 2
4.5 Pengujian Driver Stepper
Pengujian sensor ini bertujuan untuk mengetahui apakah sensor berjalan dengan baik dari arah barat ke timur.
const int stepPin = 12;
const int dirPin = 11;
const int enPin = 13;
void setup() {
pinMode(stepPin,OUTPUT);
pinMode(dirPin,OUTPUT);
pinMode(enPin,OUTPUT);
digitalWrite(enPin,LOW); //aktif LOW for(int x = 0; x < 1280; x++) {
digitalWrite(stepPin,HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(stepPin,LOW);
delayMicroseconds(500);
} }
void loop() {
digitalWrite(dirPin,HIGH);
digitalWrite(stepPin,HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(stepPin,LOW);
delayMicroseconds(500);
}
delay(1000);
digitalWrite(dirPin,LOW);
for(int x = 0; x < 1000; x++) { digitalWrite(stepPin,HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(stepPin,LOW);
delayMicroseconds(500);
}
delay(1000);
}
Gambar 4.4 Panel surya pada posisi ke barat
4.6 Pengujian Panel Surya
Pengujian panel surya ini bertujuan untuk mengetahui apakah panel surya berjalan dengan baik saat diberikan cahaya.
void setup() { Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0);
Serial.print(sensorValue * 0.004887);
Serial.println(" V ");
delay(1);
}
Gambar 4.5 Pengujian Hasil Panel Surya
4.7 Pengujian Modul ESP826
Pengujian modul esp826 ini bertujuan untuk mengetahui apakah modul wifi ini terkoneksi dengan baik saat dihubungkan pada android.
#include "ThingSpeak.h"
#include "WiFiEsp.h"
#include "secrets.h"
char ssid[] = SECRET_SSID;
char pass[] = SECRET_PASS;
int keyIndex = 0;
WiFiEspClient client;
#ifndef HAVE_HWSERIAL1
#include "SoftwareSerial.h"
SoftwareSerial Serial1(A5,A4); // RX, TX
#define ESP_BAUDRATE 19200
#else
#define ESP_BAUDRATE 115200
#endif
unsigned long myChannelNumber = SECRET_CH_ID;
const char * myWriteAPIKey = SECRET_WRITE_APIKEY;
String myStatus = "";
void setup() {
Serial.begin(115200); // Initialize serial
setEspBaudRate(ESP_BAUDRATE);
while (!Serial) { ;
}
Serial.print("Searching for ESP8266...");
WiFi.init(&Serial1);
if (WiFi.status() == WL_NO_SHIELD) { Serial.println("WiFi shield not present");
while (true);
}
Serial.println("found it!");
ThingSpeak.begin(client);
}
void loop() {
if(WiFi.status() != WL_CONNECTED){
Serial.print("Attempting to connect to SSID: ");
Serial.println(SECRET_SSID);
while(WiFi.status() != WL_CONNECTED){
WiFi.begin(ssid, pass);
Serial.print(".");
delay(5000);
}
Serial.println("\nConnected.");
}
int sensorPanel = analogRead(A0);
int sensorLdr1 = analogRead(A1);
int sensorLdr2 = analogRead(A2);
Serial.print("Panel : ");Serial.print(sensorPanel);
Serial.print(" || Ldr1 : ");Serial.print(sensorLdr1);
Serial.print(" || Ldr2 : ");Serial.println(sensorLdr2);
ThingSpeak.setField(1, sensorPanel);
ThingSpeak.setField(2, sensorLdr1);
ThingSpeak.setField(3, sensorLdr2);
if(sensorLdr1 > sensorLdr2){
myStatus = String("field1 is greater than field2");
}
else if(sensorLdr1 < sensorLdr2){
myStatus = String("field1 is less than field2");
} else{
myStatus = String("field1 equals field2");
}
int x = ThingSpeak.writeFields(myChannelNumber, myWriteAPIKey);
if(x == 200){
Serial.println("Channel update successful.");
} else{
Serial.println("Problem updating channel. HTTP error code " + String(x));
}
delay(20000);
}
void setEspBaudRate(unsigned long baudrate){
long rates[6] = {115200,74880,57600,38400,19200,9600};
Serial.print("Setting ESP8266 baudrate to ");
Serial.print(baudrate);
Serial.println("...");
for(int i = 0; i < 6; i++){
Serial1.begin(rates[i]);
delay(100);
Serial1.print("AT+UART_DEF=");
Serial1.print(baudrate);
Serial1.print(",8,1,0,0\r\n");
delay(100);
}
Serial1.begin(baudrate); }
