SKRIPSI
MODEL SISTEM PENYIRAM TAMAN-MEDIAN-JALAN RAYA DENGAN SUMBER ENERGI PHOTOVOLTAIC
NURUL AULIA UTARI VIVI ALVIONITA
10582 11 114 17 10582 11 168 17
KONSENTRASI TENAGA LISTRIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR
KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr. Wb
Segala puji bagi Allah yang telah melimpahkan rahmat, karunia, menciptakan manusia dengan sebaik-baik bentuk dan telah memberikan petunjuk kepada manusia dengan firman-Nya. Betapa besar kasih sayang Allah kepada seluruh umat manusia walaupun sering kali kita terlupa atau dengan sengaja kufur terhadap nikmat-Nya. Salam dan shalawat semoga Allah curahkan bagi junjungan kita, penghulu para nabi, Muhammad Shallallhu Alaihi wa Sallam beserta segenap keluarga dan sahabatnya serta para pengikutnya yang telah membawa kita dari alam jahiliyah ke dinul islam seperti saat ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Sistem Penyiram Taman-Median-Jalan Raya dengan Sumber Energi Photovoltaic”. Dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak bisa lepas dari bantuan banyak pihak, maka dengan segala hormat penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan nikmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan kerja praktek ini tepat pada waktunya.
2. Ayah, Ibu, kakak dan adik yang kusayangi serta segenap keluarga penulis yang telah memberikan motivasi, dukungan baik moril maupun materil dan juga kasih sayang kepada penulis.
3. Ibu Adriani., S.T., M.T selaku “ketua prodi” dan Ibu Rahmania., S.T., M.T selaku “sekretaris prodi” Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar.
4. Bapak Ir. Abd. Hafid., M.T selaku “pembimbing 1” dan Bapak Andi Faharuddin., S.T.,M.T selaku “pembimbing 2” tugas akhir yang telah banyak memberikan masukan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh karyawan dan staf tata usaha yang telah membantu dan memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan proses administrasi Tugas Akhir.
6. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar yang telah memberikan dukungan dan ilmunya kepada penulis.
7. Seluruh teman-teman KKP yang telah memberikan motivasi dan dukungannya. 8. Seluruh teman-teman AKURASI angkatan 2017 yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan kuliah di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar. 9. Rekan-rekan Lab. Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar atas pengertian, kerja sama dan toleransinya kepada penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
10. Teman-teman seperjuangan BACOT yang telah memberikan saran dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini..
11. Semua pihak yang tentunya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Akhirnya tiada yang sempurna kecuali Allah, semoga buah karya dan laporan ini dengan segala kekurangannya bisa mengisi khazanah kepustakaan kita dan sebagai referensi Tugas Akhir yang akan datang. Penulis berharap laporan ini bermanfaat untuk semua pihak. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk perbaikan di kemudian hari
Terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Makassar, 16 Juni 2021
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ... i DAFTAR GAMBAR ... v DAFTAR TABEL...vii BAB I PENDAHULUAN ... 10 A. Latar Belakang ... 10 B. Rumusan Masalah ... 12 C. Tujuan Penelitian ... 13 D. Batasan Masalah ... 13 E. Manfaat Penelitian ... 14 F. Sistematika Penulisan ... 14
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 16
A. Sistem Energi Photovoltaic ... 16
B. Solar Controller ... 18
C. Relay ... 20
D. Baterai (accu) ... 23
E. Arduino UNO ... 32
F. Sensor kelembaban Tanah ... 35
G. Lampu LED ... 38
H. Pompa ... 43
J. Hari Otonom ... 48
BAB III METODE PENELITIAN ... 49
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 49
B. Alat dan Bahan ... 49
C. Skema Penelitian ... 52
D. Langkah Penelitian ... 53
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 55
A. Model dan pengujian ... 55
B. Flowchart sistem arduino ... 59
C. Spesifikasi Tanaman ... 62
D. Model sistem aktual... 64
BAB V PENUTUP ... 71
A. KESIMPULAN ... 71
B. SARAN ... 72
DAFTAR PUSTAKA ... 73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema relay ... 22
Gambar 2.2 Bagian-bagian baterai ... 24
Gambar 2.3 Kotak dan katup baterai ... 25
Gambar 2.4 Plat positif dan negatif baterai dalam satu sel ... 25
Gambar 2.5 Bateray gel cell ... 26
Gambar 2.6 Penyekat atau separator di antara plat baterai... 27
Gambar 2.7 Sel baterai ... 28
Gambar 2.8 Terminal baterai ... 29
Gambar 2.9 Tutup ventilasi ... 29
Gambar 2.10 Campuran asam dan air pada larutan elektrolit... 30
Gambar 2.11 Skema penggunaan baterai ... 31
Gambar 2.12 Arduino uno ATMega328 ... 32
Gambar 2.13 Diagram Skematik Arduino Uno ... 33
Gambar 2.14 Konfigurasi pin ATMega328 ... 34
Gambar 2.15 Arduino yang digunakan membaca sensor ... 35
Gambar 2.16 Sensor kelembaban tanah ... 35
Gambar 2.17 Bagian-bagian pin sensor ... 36
Gambar 2.18 Modul Sensor ... 36
Gambar 2.20 Simbol dan Bentuk LED ... 38
Gambar 2.21 Positif dan Negatif LED ... 39
Gambar 2.22 Polaritas LED ... 40
Gambar 2.23 Pompa celup mini arah vertical ... 45
Gambar 2.24 Dimensi median jalan (Jl. Boulevard Makassar) ... 47
Gambar 3.1. Gambar rangkaian penelitian. ... 52
Gambar 3.2. Bagan alir proses penelitian... 54
Gambar 4.1 Model sistem penyiram taman ... 55
Gambar 4.2 Skema Rangkaian Listrik ... 56
Gambar 4.3 Model sistem penyiram taman setelah dirakit ... 56
Gambar 4.4 Sistem Hasil pengujian alat yag telah dirakit ... 57
Gambar 4.5 Nilai sensor kelembaban tanah saat kering ... 58
Gambar 4.6 Nilai sensor kelembaban tanah saat masih cukup air ... 58
Gambar 4.7 Nilai sensor kelembaban tanah saat basah... 58
Gambar 4.9 Desain sistem aktual ... 65
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Warna-warna LED... 41
Tabel 2.2 Tegangan Maju LED ... 42
Tabel 3.1 Bahan yang digunakan dalam model sistem ... 50
Tabel 3.2 Bahan yang digunakan dalam desain aktual ... 51
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan mikrokontroller... 57
Abstrak
Model sistem penyiram taman merupakan salah satu bentuk referensi untuk energi terbarukan didalam dunia elektro. Model sistem penyiram taman ini dapat digunakan sebagai acuan untuk pembuatan dalam sistem aktual penyiram taman otomatis yang memanfaatkan arduino sebagai mikrokontroller.Panel surya berfungsi sebagai sumber energi berupa tegangan yang dihasilkan dari sinar matahari, lalu tegangan yang dihasilkan panel surya akan melewati solar charge controller untuk mengontrol kebutuhan baterai agar tidak terjadi over charging, setelah dari baterai maka tegangan akan diturukan dari 12 volt menjadi 5 volt untuk memenuhi kebutuhan tengangan arduino uno. Setelah mengaktifkan sistem maka sensor akan membaca nilai kelembaban tanah yang akan diproses oleh arduino uno. Lampu merah menyala menandakan sistem siap bekerja pada tanah yang kering maka secara otomatis arduino akan mengirim sinyal ke relay untuk membuat pompa bekerja yang mana relay disini berufungsi sebagai saklar otomatis, setelah pompa bekerja lampu hijau juga ikut menyala, untuk menyirami tanaman sampai kelembaban tanah mencapai nilai yang telah diprogramkan.
Kata kunci : Panel surya, arduino, median jalan, pompa, baterai
Abstract
The garden sprinkler system model is one form of reference for renewable energy in the electrical world. This garden sprinkler system model can be used as a reference for the manufacture of an actual automatic garden sprinkler system that utilizes Arduino as a microcontroller. The solar panel functions as an energy source in the form of a voltage generated from sunlight, then the voltage generated by the solar panel will pass through the solar charge controller to control the battery needs to avoid overcharging, after from the battery the voltage will be lowered from 12 volts to 5 volts to meet arduino uno voltage requirement. After activating the system, the sensor will read the soil moisture value which will be processed by the Arduino Uno. The red light is on indicating the system is ready to work on dry soil, then Arduino will automatically send a signal to the relay to make the pump work, where the relay here functions as an automatic switch, after the pump works, the green light also turns on, to water the plants until the soil moisture reaches the value. programmed.
BAB I
PENDAHULUAN
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Taman-median-jalan merupakan suatu bagian tengah badan jalan yang secara fisik memisahklan arus lalu lintas yang berlawanan arah. Median jalan (pemisah tengah) dapat berbrntuk median yang ditinggikan
(raised), median yang diturunkan (depressed), atau median rata (flush).
Median jalan direncanakan dengan tujuan untuk meningkatkan keselamatan, kelancaran dan kenyamanan bagi pemakai jalan maupun lingkungan. Median jalan hanya berfungsi sebagai berikut :
1. Memisahkan dua aliran lalu lintas yang berlawanan arah. 2. Untuk menghalangi lalu lintas beloki kanan.
3. Lapak tunggu bagi penyebrang jalan
4. Penempatan fasilitas unutk mengurangi silau dari sinar lampu kendaraan dari arah berlawanan.
5. Penempatan fasilitas pendukung jalan. 6. Cadangan jalur (jika cukup luas) 7. Tempat prasarana kerja sementara 8. Dimanfaatkan sebagai jalur hijau
Sistem penyiram taman-median-jalan aktual di perkotaan misalnya kota Makassar seperti di Jalan A.P. Pettarani, Pengayoman dan sebagainya, masih menggunakan cara yang konvensional, yakni
dengan mobil air tangki penyiram [Faharuddin,2017] sejumlah masalah dalam sistem pemeliharaan/pengoperasian taman-median-jalan yang demikian, antara lain:
1. Mobil taman-median-jalan berpotensi menjadi sumber kemacetan lalu lintas, bahkan mungkin menjadi penyebab kecelakaan lalu lintas, karena ia harus berhenti di tengah jalan atau berjalan sangat lambat, yang pada gilirannya menghambat atau menghalangi arus lalu-lintas pemakai jalan ;
2. Degredasi kualitas lingkungan, sebagai akibat dari emisi karbon yang berasal dari pembakaran bahan bakar fosil di mesin penyiram; 3. Demikian pula, proses penyiram taman yang masih dilakukan secara manual, oleh petugas penyiram taman baik dengan menggunakan mesin pompa atau air tangki, sehingga akan cenderumg boros dalam hal sumber daya serta kurang praktis. Energi matahari adalah sumber dari semua energi bumi. Manusia, sebagaimana binatang dan tumbuhan bergantung pada matahari untuk mendapatkan kehangatan dan makanan. Namun,manusia juga memanfaatkan energi matahari dengan berbagai cara. Photovoltaic adalah sebuah cara yang sederhana dan elegan untuk memnfaatkan energi matahari. Perangkat
photovoltaic (sel surya) unik karena dapat mengubah radiasi sinar matahari
langsung menjadi listrik tanpa bising, polusi atau bagian yang bergerak sehingga mereka menjadi kuat, dapat diandalkan, dan tahan lama. Sel surya
menggunakan prinsip yang sama dengan material-material yang digunakan untuk merevolusi komunikasi dan komputer.
Oleh karena itu, potensi benefit dari penelitian ini antara lain yaitu dapat menjadi model atau purwarupa suatu sistem, untuk mengurangi kemacetan lalu-lintas jalan raya, yang diakibatkan oleh mobil penyiram taman-median-jalan, baik mobil yang membawa pompa air maupun yang membawa air tangki. Selain itu, potensi manfaat lainnya dapat berupa penghematan penggunaan bahan bakar fosil serta pada akhirnya meningkatkan kualitas lingkungan serta pengurangan polutan ke udara. Demikian juga, ia dapat memberikan keuntungan dalam hal perbaikan efisiensi cara kerja dan sumber daya, hingga kepraktisan, dibandingkan dengan sistem penyiram taman-median-jalan manual.
B. Rumusan Masalah
Atas dasar penjelasan di atas maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana desain/rancangan dari sistem model penyiram taman-
median-jalan raya?
2. Bagaimana kinerja dari model sistem penyiram taman-median-jalan
raya?
3. Bagaimana kinerja desain aktual dari model sistem penyiram taman-
C. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini yaitu:
1. Mendapatkan desain dan bangunan dari model sistem penyiram taman-
median-jalan raya dengan sumber energi photovoltaic.
2. Mendapatkan kinerja dari model sistem penyiram taman-median-jalan raya
dengan sumber energi photovoltaic.
3. Mendapatkan desain aktual dari model sistem penyiram taman-median-
jalan raya dengan sumber energi photovoltaic.
D. Batasan Masalah
1. Penelitian ini dibatasi hanya untuk pemanfaatan energi photovoltaic yang
digunakan pada taman-median-jalan raya.
2. Jenis sensor yang digunakan untuk merepresentasikan model sistem
penyiram taman-median-jalan raya adalah sensor kelembaban tanah (Soil
Moisture Sensor).
3. Ukuran daya yang digunakan pada photovoltaic adalah 10-20 Watt dan
menggunakan baterai 6-12 Ah
4. Tipe mikrokontroler yang digunakan pada penelitian ini adalah Arduino
uno.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan diperoleh dari penelitian ini yaitu:
1. Pengembangan pengetahuan penulis terkait pemanfaatan energi
photovoltaic pada sistem penyiram taman-median-jalan raya yang berbasis
pada sistem mikrokontroler.
2. Dapat menjadi referensi tambahan dalam pembuatan penyiram taman otomatis bagi pemerintah untuk kedepannya.
F. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. BAB I PENDAHULUAN
Berisikan tentang latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi teori dasar tentang teori sistem penyiram taman otomatis, serta komponen yang dibutuhkan dalam pengerjaan sistem ini.
3. BAB III METODO PENELITIAN
Terdiri dari uraian tentang diagram alir penelitian, waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, diagram balok, serta metode penelitian yang berisi langkah-langkah dalam proses melakukan penelitian. 4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Terdiri dari hasil penelitian, alat dan perhitungan serta pembahasan terkait judul penelitian.
5. BAB V PENUTUP
Berisikan simpulan dan saran. 6. DAFTAR PUSTAKA
Berisi tentang daftar referensi penulis dalam memilih teori yang relevan dengan judul penelitian.
7. LAMPIRAN
Berisi tentang dokumentasi hasil penelitian serta alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Sistem Energi Photovoltaic
Belakangan ini, energi matahari telah banyak digunakan di Indonesia dalam berbagai inovasi dan teknolgi. Secara konvensional, energi matahari digunakan untuk pembangkit listrik melalui konversi langsung dari sinar matahari menjadi listrik, yang dikenal dengan sistem
photovoltaic. Pengembangan itu difokuskan pada penemuan material sel
surya baru dengan konversi energi berbiaya rendah dan efesiensi tinggi. Beberapa inovasi dalam sistem tenaga matahari dimana proses konversi tidak langsung mengubah dari panas matahari menjadi energi listrikmelainkan adanya proses termodinamika konvensional. Disisi lain, secara tradisional di gunakan untuk pemanfaatan panas termal sejak lama. Terutama untuk meneringkan bahan dan mengawetkan makanan olahan. Di zaman ini kebutuhan akan panas sudah mengalami perkembangan teknologi seperti pada ruang penyesuain suhu selama ,musim dingin dan panas. Dalam hal ini, pemanfaatan energi matahari sudah diketahui oleh masyarakat, semua upaya dalam teknologi membawa kontribusi yang signifikan dari pemanfaatan energi surya sebagai sumber energi potensial dan menjanjikan. Photovoltaic (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar Matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan
kumpulan photovoltaic telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini. Produksi photovoltaic telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.
Sel surya, atau sel photovoltaic, adalah peralatan yang menggubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek photovoltaic. Sel
photovoltaic pertama dibuat oleh Charles Fritts pada tahun 1880an. Pada
tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel
photovoltaic menggunakan perak selenida ketimbang tembaga oksida.
Walaupun sel selenium purwa rupa ini mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini. Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940an, peneliti Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin membuat sel surya silikon pada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan mencapai efisiensi 4,5 – 6 %. Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20% dan efisiensi maksimum
B. Solar 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 – karena baterai sudah ‘penuh’) dan kelebihan voltase dari panel surya atau solar cell. 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.
Solar Charger Controller pada sistem panel surya (atau sering kali
disebut SCC atau Battery Control Unit (BCU) atau Battery Control Regulator (BCR) ) adalah bagian yang cukup penting. Peran utama SCC adalah melindungi dan melakukan otomatisasi pada pengisian baterai. Hal ini bertujuan untuk mengoptimalkan sistem dan menjaga agar masa pakai baterai dapat dimaksimalkan.
1. Ada tiga kondisi yang dapat dilakukan oleh Solar Charger
Controller pada sistem panel surya :
a) Mengendalikan tegangan panel surya anda
Tanpa fungsi kontrol pengendali antara panel surya dan baterai, panel akan melakukan pengisian baterai melebihi tegangan daya yang dapat ditampung baterai, sehingga dapat merusak sel yang terdapat di dalam baterai. Mengisi daya baterai secara berlebihan dapat mengakibatkan baterai meledak.
b) Mengawasi tegangan baterai anda
SCC dapat mendeteksi saat tegangan baterai anda terlalu rendah. Bila tegangan baterai turun di bawah tingkat tegangan tertentu, SCC akan memutus beban dari baterai agar daya baterai tidak habis. Penggunaan baterai dengan kapasitas daya yang habis, akan merusak baterai. Bahkan baterai dapat menjadi tidak dapat digunakan kembali.
c) Menghentikan arus terbalik pada saat malam hari
Pada malam hari, panel surya tidak menghasilkan arus, karena tidak terdapat lagi sumber energi, yaitu matahari. Alih-alih arus berhenti mengalir, arus yang terdapat dalam baterai dapat mengalir terbalik ke panel surya, dan hal ini dapat merusak sistem panel surya anda.
2. Beberapa fungsi detail dari solar charge controller : a) Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari
overcharging, dan overvoltage.
b) Mengatur arus yang dibebaskan atau diambil dari baterai agar baterai tidak ‘full discharge’, dan overloading.
c) Monitoring temperatur baterai 3. Jenis solar charge controller :
a) PWM (Pulse Wide Modulation), seperti namanya menggunakan ‘lebar’ pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form.
b) MPPT (Maximun Power Point Tracker), yang lebih efisien konversi DC to DC (Direct Current). MPPT dapat mengambil maximun daya dari PV. MPPT charge controller dapat menyimpan kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban ke dalam baterai, dan apabila daya yang dibutuhkan beban lebih besar dari daya yang dihasilkan oleh PV, maka daya dapat diambil dari baterai.Kelebihan MPPT dalam ilustrasi ini adalah panel surya atau solar cell ukuran 120 Watt, memiliki karakteristik Maximun Power
Voltage 17.1 Volt, dan Maximun Power Current 7.02 Ampere.
Dengan solar charge controller selain MPPT dan tegangan batere 12.4 Volt, berarti daya yang dihasilkan adalah 12.4 Volt x 7.02 Ampere = 87.05 Watt. Dengan MPPT, maka Ampere yang bisa diberikan adalah sekitar 120W : 12.4 V = 9.68 Ampere.
C. Relay
Cara kerja relay adalah memutus dan menyambung aliran listrik dalam rangkaian. Bisa dibilang, fungsi relay yaitu sebagai sakelar otomatis. Modul relay adalah salah satu piranti yang beroperasi berdasarkan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontaktor guna memindahkan posisi ON ke OFF atau sebaliknya dengan memanfaatkan tenaga listrik. Peristiwa tertutup dan terbukanya kontaktor ini terjadi akibat adanya efek induksi magnet yang timbul dari kumparan induksi listrik. Perbedaan yang paling mendasar antara relay dan sakelar adalah pada saat pemindahan dari posisi ON ke OFF. Relay melakukan pemindahan-nya
secara otomatis dengan arus listrik, sedangkan sakelar dilakukan dengan cara manual.
Pada dasarnya, fungsi modul relay adalah sebagai saklar elektrik. Dimana ia akan bekerja secara otomatis berdasarkan perintah logika yang diberikan. Kebanyakan relay 5 volt DC digunakan untuk membuat project yang salah satu komponennya butuh tegangan tinggi atau yang sifatnya AC (Alternating Current).
1. Kegunaan relay secara lebih spesifik adalah sebagai berikut: a) Menjalankan fungsi logika dari mikrokontroler Arduino
b) Sarana untuk mengendalikan tegangan tinggi hanya dengan menggunakan tegangan rendah
c) Meminimalkan terjadinya penurunan tegangan
d) Memungkinkan penggunaan fungsi penundaan waktu atau fungsi
time delay function
e) Melindungi komponen lainnya dari kelebihan tegangan penyebab korsleting
Untuk dapat memahami prinsip kerja relay terlebih dahulu kita wajib tahu kelima fungsi komponen relay berikut ini.
a) Penyangga (Armature) b) Kumparan (Coil) c) Pegas (Spring)
d) Saklar (Switch Contact) e) Inti Besi (Iron Core)
Adapun untuk penempatan-nya, kira-kira gambarnya seperti di bawah ini.
Gambar 2.1 Skema relay
Berdasarkan gambar komponen relay tersebut kita dapat memahami bahwa relay dapat bekerja karena adanya gaya elektromagnetik. Ini tercipta dari inti besi yang dililitkan kawat kumparan dan dialiri aliran listrik. Saat kumparan dialiri listrik, maka otomatis inti besi akan jadi magnet dan menarik penyangga sehingga kondisi yang awalnya tertutup jadi terbuka (Open). Sementara pada saat kumparan tak lagi dialiri listrik, maka pegas akan menarik ujung penyangga dan menyebabkan kondisi yang awalnya terbuka jadi tertutup (Close).
a) NC (Normally Close) adalah kondisi awal atau kondisi dimana
relay dalam posisi tertutup karena tak menerima arus listrik.
b) NO (Normally Open) adalah kondisi dimana relay dalam posisi terbuka karena menerima arus listrik.
D. Baterai (accu)
Baterai (Accu/Aki) merupakan suatu komponen elektrokimia yang menghasilkan tegangan dan menyalurkannya ke rangkaian listrik. Dewasa ini baterai merupakan sumber utama energi listrik yang digunakan pada kendaraan dan alat-alat elektronik. Sebagai catatan bahwa baterai tidak menyimpan listrik, tetapi menampung zat kimia yang dapat menghasilkan energi listrik. Dua bahan timah yang berbeda berada di dalam asam yang bereaksi untuk menghasilkan tekanan listrik yang disebut tegangan. Reaksi elektrokimia ini mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
1. Tipe Baterai
a) Baterai tipe timah-asam (lead acid). Pada baterai tipe ini suatu logam (timah) direndam dalam suatu larutan elektrolit. Tegangan atau energi listrik dihasilkan dari reaksi kimia antara logam dan larutan elektrolitnya. b) Baterai berventilasi. Pada baterai ini, terdapat tutup ventilasi yang dapat
dibuka untuk mengecek elektrolit atau untuk menambahkan air suling jika diperlukan untuk mengembalikan kondisinya. Tutup ini juga berfungsi untuk mengeluarkan gas hidrogen yang dihasilkan selama proses pengisian.
c) Baterai rapat (sealed baterai). Baterai ini menggunakan juga timah-asam tetapi tidak mempunyai tutup yang dapat dilepas untuk mengecek elektrolit atau menambah elektrolit. Pada beberapa tipe baterai ini, mempunyai mata kecil untuk menunjukkan tingkat isi dari baterai.
d) Baterai bebas perawatan. Pada baterai jenis ini larutan elektrolit tidak dapat ditambahkan sehingga tidak diperlukan perawatan baterai secara khusus.
2. Konstruksi Baterai
Konstruksi baterai digambarkan dengan iliustrasi pada gambar bagian-bagian baterai. Berikut adalah penjelasan dari tiap-tiap bagian-bagian baterai.
Gambar 2.2 Bagian-bagian baterai
a) Kotak baterai
Bagian ini dapat memberikan ruang untuk pengecekan ketinggian larutan elektrolit pada baterai.
Gambar 2.3 Kotak dan katup baterai 1) Tutup baterai
Bagian ini secara permanen menutup bagian atas baterai (gambar kotak dan tutup) untuk perawatan, seperti pengecekan larutan elektrolit atau penambahan air.
2) Plat Baterai
Jumlah dan ukuran plat mempengaruhi kemampuan baterai mengalirkan arus. Baterai yang mempunyai plat yang besar atau banyak dapat menghasilkan arus yang lebih besar dibanding baterai dengan ukuran pl at yang kecil atau jumlahnya lebih sedikit.
Beberapa macam bahan yang banyak digunakan untuk plat baterai di antaranya adalah antimoni timah (lead antimony), kalsium timah (lead
calcium), rekombinasi (gel cell). Macam-macam bahan plat baterai dan
elektrolit yang digunakan akan menghasilkan karakteristik baterai yang berbeda. Bahan plat antimoni timah banyak digunakan pada baterai asam timah (lead acid) pada umumnya. Keuntungan baterai ini adalah :
Umur servis yang lebih panjang dibanding baterai kalsium, lebih mudah di charge atau diisi ulang pada saat baterai benar-benar sudah kosong, harganya lebih murah. Baterai yang menggunakan plat berbahan kalsium timah adalah baterai asam timah bebas perawatan (maintanance free lead
acid battery). Keuntungan baterai tipe ini yaitu : tempat cadangan
elektrolit di atas plat baterai lebih besar, kemampuan menghasilkan arus untuk starter dingin (cold cranking amper rating) lebih tinggi.
Gambar 2.5 Bateray gel cell 3. Separator atau penyekat
Penyekat yang berpori ini ditempatkan di antara plat positif dan plat negatif. Pori-pori yang terdapat pada penyekat tersebut memungkinkan larutan elektrolit melewatinya. Bagian ini juga berfungsi mencegah hubungan singkat antar plat
Gambar 2.6 Penyekat atau separator di antara plat baterai
Separator disisipkan diantara pelat positif dan negatif untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat antara kedua plat tersebut. Apabila pelat mengalami hubung singkat karena kerusakan separator maka energi yang dihasilkan akan bocor. Bahan yang dipakai untuk separator adalah resin fiber yang diperkuat karet atau plastik. Permukaan separator yang berpori menghadap ke plat positif untuk melindungi karat dari plat positif agar tidak berhamburan. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh separator adalah bukan konduktor, harus cukup kuat, tidak mudah berkarat oleh elektrolit, dan tidak menimbulkan bahaya terhadap elektroda.
4. Sel
Satu unit plat positif dan plat negatif yang dibatasi oleh penyekat di antara kedua plat posotif dan negatif disebut dengan sel atau elemen. Sel-sel baterai dihubungkan secara seri satu dengan lainnya, sehingga jumlah sel baterai akan menentukan besarnya tegangan baterai yang di hasilkan. Satu buah sel di dalam
baterai menghasilkan tegangan kira-kira sebesar 2,1 volt, sehingga untuk baterai 12 V akan mempunyai 6 sel.
Gambar 2.7 Sel baterai 5. Penghubung sel (cell connector)
Merupakan plat logam yang dihubungkan dengan plat-plat baterai. Plat penghubung ini untuk setiap sel ada dua buah (lihat gambar sel baterai), yaitu untuk plat positif dan plat negatif. Penghubung sel pada plat positif dan negatif disambungkan secara seri untuk semua sel.
6. Pemisah sel (cell partition)
Ini merupakan bagian dari kotak baterai yang memisahkan tiap sel (lihat gambar kotak dan tutup baterai).
7. Terminal baterai
Ada dua terminal pada baterai, yaitu terminal positif dan terminal negatif yang terdapat pada bagian atas baterai. Saat terpasang pada kendaraan, terminal-terminal ini dihubungkan dengan kabel besar positif (ke terminal positif baterai) dan kabel massa (ke terminal negatif baterai).
Gambar 2.8 Terminal baterai 8. Tutup ventilasi
Komponen ini terdapat pada baterai basah untuk menambah atau memeriksa air baterai. Lubang ventilasi berfungsi untuk membuang gas hidrogen yang dihasilkan saat terjadi proses pengisian.
Gambar 2.9 Tutup ventilasi 9. Larutan Elektrolit
yaitu cairan pada baterai merupakan campuran antara asam sulfat (H 2SO4) dan air (H 2O). Secara kimia, campuran tersebut bereaksi dengan bahan aktif pada plat baterai untuk menghasilkan listrik. Baterai yang terisi penuh mempunyai kadar 36% asam sulfat dan 64% air. Larutan elektrolit mempunyai berat jenis (specific gravity) 1,270 pada 20 0C (68 0F) saat baterai terisi
penuh. Berat jenis merupakan perbandingan antara massa cairan pada volume tertentu dengan massa air pada volume yang sama. Makin tinggi berat jenis, makin kental zat cair tersebut. Berat jenis air adalah 1 dan berat jenis asam sulfat adalah 1,835. Dengan campuran 36% asam dan 64% air, maka berat jenis larutan elektrolit pada baterai sekitar 1,270.
Gambar 2.10 Campuran asam dan air pada larutan elektrolit
C. DOD (Depth of Discharge)
Depth of Discharge (DoD) adalah metode alternatif untuk
menunjukkan status baterai pengisian (SoC). DoD adalah pelengkap SoC: sebagai satu meningkat, penurunan lainnya. Sementara unit SoC persen poin (0% = kosong; 100% = penuh) DoD dapat menggunakan unit Ah (misalnya: 0 = penuh, 50 Ah = kosong) atau poin persentase (100% = kosong; 0% = penuh). Seperti baterai mungkin benar-benar memiliki kapasitas yang lebih tinggi daripada nominal rating, mungkin untuk nilai DoD melebihi nilai penuh (misalnya: 55 Ah atau 110%).
Setidaknya dalam beberapa teknologi baterai seperti baterai timbal-asam AGM ada korelasi antara kedalaman debit dan siklus hidup baterai.
Depth of Discharge (DOD) didefinisikan sebagai: kapasitas dalam Ampere
jam (Ah) yang dibuang dari baterai yang terisi, dibagi dengan kapasitas nominal baterai (C20). DOD biasanya disajikan dalam persen (%). Contoh: jika 100Ah terputusnya selama 20 menit pada 50A, Depth of Discharge adalah: 50 *(20/60)/100 = 16,7%
Gambar 2.11 Skema penggunaan baterai
Karena DOD dan siklus hidup baterai yang erat, penting untuk mengetahui bahwa semakin Anda sepenuhnya discharge baterai Anda, semakin kemungkinan bahwa itu akan menurunkan dengan cepat. Demikian pula semakin discharge siklus yang mengalami baterai semakin cepat akan menurunkan. Oleh karena itu, DOD maksimum untuk siklus hidup baterai penting dalam nilai keseluruhan. Hal ini sangat advisably untuk menjaga DOD maksimum untuk baterai Anda pada kedalaman yang diijinkan yaitu 80% untuk mempertahankan kehidupan Anda baterai deep
E. Arduino UNO
Arduino adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus untuk memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali. Arduino UNO merupakan sebuah board mikrokontroler yang dikontrol penuh oleh ATmega328. Seperti yang ditunjukan pada gambar 1 dibawah, Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Gambar 2.12 Arduino uno ATMega328
Skematik arduino board yang telah disederhanakan seperti pada gambar 2.13 Shield merupakan sebuah papan yang dapat dipasang diatas arduino board untuk menambah kemampuan dari arduino board. Bahasa pemograman
yang dipakai dalam Arduino bukan bahasa assembler yang relatif sulit, melainkan bahasa pemograman mirip dengan bahasa pemrograman C++ yang disederhanakan dengan bantuan pustaka-pustaka (libraries) Arduino.
Gambar 2.13 Diagram Skematik Arduino Uno
Adapun spesifikasi data teknis yang terdapat pada board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut:
1. Mikrokontroler: ATmega328 2. Tegangan Operasi: 5V
3. Tegangan Input (recommended): 7 - 12 V 4. Tegangan Input (limit): 6-20 V
5. Pin digital I/O: 14 (6 diantaranya pin PWM) 6. Pin Analog input: 6 input pin 21
7. Arus DC per pin I/O: 40 mA 8. Arus DC untuk pin 3.3 V: 150 mA
9. Flash Memory: 32 KB dengan 0.5 KB digunakan sebagai bootloader 10. SRAM: 2 KB
11. EEPROM: 1 KB 12. Clock Speed: 16 Mhz
Arduino Uno R3 menggunakan mikrokontroler yang dikontrol secara penuh oleh mikroprosesor ATmega328P. Mikroprosesor yang digunakan ini sudah dilengkapi dengan konverter sinyal analog ke digital (ADC) sehingga tidak diperlukan penambahan ADC eksternal. Pada Gambar 3 dibawah ini merupakan penjelasan melalui gambar mengenai konfigurasi pin-pin yang merupakan bagian dari mikrokontoller ATMega328 yang digunakan didalam modul board arduino, sebagai berikut ini :
Gambar 2.14 Konfigurasi pin ATMega328
Arduino yang dikontrol penuh oleh mikrokontroler ATmega328, banyak hal yang bisa dilakukan itu semua tergantung kreatifitas anda. Arduino dapat disambungkan dan mengontrol led, beberapa led, bahkan banyak led, motor DC, relay, servo, modul dan sensor-sensor, serta banyak lagi komponen lainnya. Platform Arduino sudah sangat populer sekarang ini, sehingga tidak akan kesulitan untuk memperoleh informasi, tutorial dan berbagai eksperimen yang menarik yang tersedia banyak di internet. Dengan Arduino, dunia hardware bisa bekerja sama dengan dunia software. Anda bisa mengontrol
hardware dari software dan hardware bisa memberikan data kepada software.
Semuanya bisa dilakukan dengan relatif mudah, murah, dan menyenangkan.
Gambar 2.15 Arduino yang digunakan membaca sensor
F. Sensor kelembaban Tanah
Gambar 2.16 Sensor kelembaban tanah
Soil Moisture Sensor merupakan module untuk mendeteksi
kelembaban tanah, yang dapat diakses menggunakan microcontroller seperti arduino.Sensor kelembaban tanah ini dapat dimanfaatkan pada sistem pertanian, perkebunan, maupun sistem hidroponik mnggunakan hidroton.
Soil Moisture Sensor dapat digunakan untuk sistem penyiraman
otomatis atau untuk memantau kelembaban tanah tanaman secara offline maupun online. Sensor yang dijual pasaran mempunyai 2 module dalam
paket penjualannya, yaitu sensor untuk deteksi kelembaban, dan module elektroniknya sebagai amplifier sinyal.
1. Bagian-Bagian Pin Sensor
Gambar 2.17 Bagian-bagian pin sensor
Jika menggunakan pin digital output maka keluaran hanya bernilai 1 atau 0 dan harus inisalisasi port digital sebagai Input (pinMode(pin,
INPUT)). Sedangkan jika menggunkan pin Analog Output maka keluaran
yang akan muncul adalah sebauah angka diantara 0 sampai 1023 dan inisialisasi hanya perlu menggunkan analogRead(pin).
2. Cara Kerja Sensor
Pada saat diberikan catudaya dan disensingkan pada tanah, maka nilai Output analog akan berubah sesuai dengan kondisi kadar air dalam tanah.
Pada saat kondisi tanah :
a) Basah : tegangan output akan turun b) Kering : tegangan output akan naik
Tegangan tersebut dapat dicek menggunakan voltmeter DC. Dengan pembacaan pada pin ADC pada microcontroller dengan tingkat ketelitian 10 bit, maka akan terbaca nilai dari range 0 – 1023. Sedangkan untuk
output digital dapat diliat pada nyala led digital output menyala atau tidak
dengan mensetting nilai ambang pada potensiometer.
a) Kelembaban tanah melebihi dari nilai ambang maka led akan padam
b) Kelembaban tanah kurang dari nilai ambang maka led akan menyala
3. Baca Nilai Sensor
G. Lampu LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan 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 perangkat elektronik lainnya.
Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (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 (Light Emitting
Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu
penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube. 1. Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode)
2. Cara Kerja 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-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif
(P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.
3. Cara Mengetahui Polaritas LED
Gambar 2.22 Polaritas LED
Untuk mengetahui polaritas terminal anoda (+) dan katoda (-) pada LED. Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. Ciri-ciri terminal anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga
Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri terminal katoda adalah
kaki yang lebih pendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.
4. Warna-warna LED (Light Emitting Diode)
Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti warna merah, kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. keanekaragaman warna pada LED tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Berikut ini adalah tabel senyawa semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED :
Tabel 2.1 Warna-warna LED
Bahan Semikonduktor Wavelength Warna
Gallium Arsenide (GaAs) 850-940nm Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) 630-660nm Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) 605-620nm Jingga
Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N) 585-595nm Kuning
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) 550-570nm Hijau
Silicon Carbide (SiC) 430-505nm Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN) 450nm Putih
5. Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (forward bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi arus dan tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan maju biasanya dilambangkan dengan tanda VF
Tabel 2.2 Tegangan Maju LED Warna Tegangan Maju @20Ma Infra Merah 1,2V Merah 1,8V Jingga 2,0V Kuning 2,2V Hijau 3,5V Biru 3,6V Putih 4,0V
6. Kegunaan LED dalam Kehidupan sehari-hari
Teknologi LED memiliki berbagai kelebihan seperti tidak menimbulkan panas, tahan lama, tidak mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta bentuknya yang kecil ini semakin popular dalam bidang teknologi pencahayaan. Berbagai produk yang memerlukan cahaya pun mengadopsi teknologi Light Emitting Diode (LED) ini. Berikut ini beberapa pengaplikasiannya LED dalam kehidupan sehari-hari:
1. Lampu penerangan rumah 2. Lampu penerangan jalan
3. Backlight LCD (TV, Display Handphone, Monitor) 4. Lampu dekorasi Interior maupun Exterior
5. Lampu indikator
H. Pompa
Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang akan dipindahkan dan akan dilakukan secara terus menerus.
Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Derngan kata lain Pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis( kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.
1. Jenis jenis Pompa a) Pompa sentrifugal
Sifat dari hidrolik ini adalah memindahkan energi pada daun/kipas pompa dengan dasar pembelokan/pengubah aliran (fluid dynamis). Kapasitas yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan outaran, sedangkan total head (tekanan) yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan pangkat dua dari kecepatan putaran.
b) Pompa desak
Sifat dari pompa desak adalah perubahan periodic pada isi dari ruangan yang terpisah dari bagian hisap dan tekan yang dipisahkan oleh bagian dari pompa.
c) Jets pump
Sebagai pendorang untuk mengangkat cairan dari tempat yang sangat dalam.
d) Pompa mini
Pompa mini merupakan sebuah pompa air mini yang memiliki banyak fungsi untuk kebutuhan pompa air dirumah. Cocok untuk projek
controller atau arduino.
e) Air lift pumps
Cara kerja pompa ini sangat tergantung pada aksi dari campuran antara cairan dan gas (two phase flow).
f) Hidraulik pumps
Pompa ini menggunakan kinetic energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba – tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan).
g) Elevator pump
Sifat dari pompa ini mengangkat cairan ketempat yang lebih tinggi
dengan menggunakan roda timbah. Salah satunya yang dipakai disini adalah pompa air mini, pompa
air ini termasuk dalam kategori pompa air fleksibel karena memiliki desain yang cukup kecil yakni berukuran sekitar 92 x 46 x 35 mm serta juga proses pemasangan yang juga cukup mudah dan praktis sehingga kita tidak perlu memancing hisapan awal pompa ini dengan menggunakan air.
Pompa air ini memang tidak membutuhykan daya listrik yang cukuo besar, tercatat pomp air minio 12 V ini hanya membutuhkan daya listrik sekitar 12 volt ketika bekerja dan 6 volt ketika tidak digunakan dan juga hanya membutuhkan sekitar 0,5 hingga 0,7 ampere ketika p[ompa air sedang bekerja dan bilamana pompa air sedang bekerja dan bilamana pompa air ini tidak bekerja hanya membutuhkan daya sekitar 0,18 mpere.
Pompa air mini memiliki fiungsi yang cukup banyak. Pompa ini ndapat digunakan sebagai pompa air rumah tangga, pompa air untuk akuarium, pompa untuk pancuran kolam, pompa untuk taman dan juga untuk kebutuhan yang memanfaatkan pompa air lainnya.
Spesifikasi :
1. Rekomendasi tegangan : 4,5-6 volt 2. Voltage : 6-12 volt DC
3. Debit air : 80-100 ltr/h
4. Ketinggian angkat air : 40-110 cm 5. Konsumsi arus : 120-250 mA 6. Daya pompa : 0,4-1,5 watt 7. Diameter pompa : 23,5 mm 8. Tinggi pompa : 45 mm
I. Median Jalan
Merupakan suatu bagian tengah badan jalan yang secara fisik memisahklan arus lalu lintas yang berlawanan arah. Median jalan (pemisah tengah) dapat berbrntuk median yang ditinggikan (raised), median yang diturunkan (depressed), atau median rata (flush).
1. Fungsi Median Jalan
Median jalan direncanakan dengan tujuan untuk meningkatkan keselamatan, kelancaran dan kenyamanan bagi pemakai jalan maupun lingkungan. Median jalan hanya berfungsi sebagai berikut :
a) Memisahkan dua aliran lalulintas yang berlawanan arah. b) Untuk menghalangi lalu lintas beloki kanan.
c) Lapak tunggu bagi penyebrang jalan d) Penempatan fasilitas pendukung jalan. e) Cadangan jalur (jika cukup luas)
f) Tempat prasarana kerja sementara g) Dimanfaatkan sebagai jalur hijau.
J. Hari Otonom
Dalam pengoprasian sistem ini murni mengandalkan energi matahari. Artinya adalah sistem ini tidak bergantung pada listrik yang disediakan oleh PLN. Jumlah hari otonom untuk sistem seperti ini adalah lima hari, lima hari otonom artinya energi yang dihasilkan oleh sistem harus bisa mencukupi kebutuhan lima hari tersebut.
BAB III
METODE PENELITIAN
BAB III METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen menggunakan arduino sebagai mikrokontroler dan pemanfaatan energi matahari sebagai sumber energinya. Pemanfaatan sistem otomatis ini dapat diaplikasikan pada taman median jalan raya sebagai bentuk modefgsrnisasi dari sumber energi terbarukan. Penggunaan pompa sebagai pengelola air agar dapat menyirami tanaman dengan benar dan sensor kelembaban tanah yang dapat mendeteksi intensitas air dalam tanah
A. Waktu dan Tempat Penelitian
1. Waktu : Februari 2021 hingga Juli 2021
2. Tempat : a) Universitas Muhammadiyah Makassar Jalan Sultan Alauddin No.259 Makassar
b) Dimensi Median jalan Makassar
B. Alat dan Bahan 1. Alat
Beberapa alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a) Tool Kit
b) Multitester c) Ampere meter d) Tang ampere e) Komputer/Laptop
2. Bahan
Tabel 3.1 Bahan yang digunakan dalam model sistem
No Bahan Jumlah
1 Solar panel surya 10 WP, 12 V 1 2 Solar charger controller 10 A, 12V 1 3 Pompa air celup DC 5 – 12 1
4 Arduino uno 1
5 Sensor kelembaban tanah 1
6 Baterai 3000 mAh 3,7 V 3
7 Breadboard atau Projectboard 1
8 Lampu LED 1 set
9 Resistor 1 set
10 Relay 1
11 Kabel jamper/penghubung Secukupnya
12 Pipa air Secukupnya
13 Tiang penyangga photovoltaic 1
Tabel 3.2 Bahan yang digunakan dalam desain aktual
No Bahan Jumlah
1 Solar panel surya 200 WP, 12 V 1 2 Solar charger controller 10 A, 12V 1 3 Pompa air celup AC 220 V 100 watt 1
4 Arduino uno 1
5 Sensor kelembaban tanah 1
6 Baterai 6 - 9 Ah 12 V 3
7 Breadboard atau Projectboard 1
8 Lampu LED 1 set
9 Resistor 1 set
10 Relay 1
11 Kabel jamper/penghubung Secukupnya
12 Pipa air Secukupnya
13 Tiang penyangga photovoltaic 1
C. Skema Penelitian
Adapun garis besar dari sistem penyiram taman median jalan raya otomatis dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1 berikut
.
Gambar 3.1. Gambar rangkaian penelitian.
Berikut penjelasan tentang konfigurasi dari sistem diagram balok diatas :
Panel surya berfungsi sebagai sumber energi berupa tegangan yang dihasilkan dari sinar matahari, lalu tegangan yang dihasilkan panel surya akan melewati
solar charge controller untuk mengontrol kebutuhan baterai agar tidak terjadi over charging, setelah dari baterai maka tegangan akan diturukan dari 12 volt
menjadi 5 volt untuk memenuhi kebutuhan tengangan arduino uno. setelah mengaktifkan sistem maka sensor akan membaca nilai kelembaban tanah yang akan diproses oleh arduino uno, setelah itu nilai kelembaban yang dibaca oleh
sensor soil moisture dapat dilihat pada pemograman arduino dikomputer apakah
(tanah kering atau lembab) dan lampu merah menyala menandakan sistem siap bekerja, pada tanah yang kering maka secara otomatis arduino akan mengirim
Solar controller Relay
Arduino uno Sensor kelembaban Pompa air Panel surya Baterai(accu) Lampu indicator(LED) Penyemprot Median jalan
sinyal ke relay untuk membuat pompa bekerja yang mana relay disini berufungsi sebagai saklar otomatis, setelah pompa bekerja lampu hijau juga ikut menyala, untuk menyirami tanaman sampai kelembaban tanah mencapai nilai yang telah diprogramkan, ketika kelembaban tanah mencapai nilai yang telah diprogramkan maka secara otomatis relay akan mematikan pompa dan lampu hijau pun ikut mati setelah lampu hijau mati lampu merah akan menyala menandakan pompa tidak bekerja.
D. Langkah Penelitian
Secara garis besar tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini di tunjukkan pada bagan alir berikut.
Gambar 3.2. Bagan alir proses penelitian
Mulai
Mengidentifikasi masalah
1. Bagaimana perancangan sistem penyiram taman median jalan raya menggunakan sumber energy photovoltaic?
2. Berapa lama ketahanan dari sistem penyiram taman otomatis ini?
Studi Pustaka
Mencari dan menganalisis jurnal dan buku terkait sistem penyiram otomatis yang dapat diaplikasikan pada taman atau
kebun.
Perencanaan teknik dan metode yang akan digunakan dalam penelitian
Perancangan dan pembuatan modul penelitian
Menganalisa proses kerja dari setiap komponen yang dibutuhkan dalam perancangan sistem penyiram taman otomatis
Pengujian modul penelitian
1. Penggunaan panel surya sebagai pembangkit listrik dalam penelitian ini 2. Penggunaan arduino ATMega328
3. Penggunaan sensor kelembaban tanah 4. Penggunaan pompa air mini
5. Penggunaan baterai 6-9 Ah, 12 Volt 6.
Kesimpulan dan Saran
Selesai Mulai
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Model dan pengujian
1. Model
Gambar 4.2 Skema Rangkaian Listrik
Gambar 4.4 Sistem Hasil pengujian alat yag telah dirakit
Tabel 4.1 Pengukuran tegangan mikrokontroller
Ports Logic Voltage (V) 1 2 3 Arduino H 4,73 4,73 4,67 L 0,59 0,60 0,58 Relay H 4,79 4,77 4,80 L 0,02 0,00 0,02
Gambar 4.5 Nilai sensor kelembaban tanah saat kering
Gambar 4.6 Nilai sensor kelembaban tanah saat masih cukup air
B. Flowchart sistem arduino
Gambar 4.8 Diagram alir program arduino Mulai
Sensor kelembaban (pin A0)
Data serial monitor
Jika nilai < 800 Jika nilai < 500 Kering Lampu hijau hidup Pompa Hidup Basah Cukup Lampu merah hidup
Pompa Mati Lampu
kuning hidup
Pompa Mati Median
Kering
Selesai
Diagram alir diatas menjelaskan tentang proses perancangan dan pembuatan program yang secara singkat uraiannya sebagai berikut :
1. Sensor Kelembaban Tanah
Soil Moisture Sensor merupakan module untuk mendeteksi kelembaban
tanah, yang dapat diakses menggunakan microcontroller seperti arduino.Sensor kelembaban tanah ini dapat dimanfaatkan pada sistem pertanian, perkebunan, maupun sistem hidroponik mnggunakan hidroton. Soil Moisture Sensor dapat digunakan untuk sistem penyiraman otomatis atau untuk memantau kelembaban tanah tanaman secara offline maupun online. Sensor yang dijual pasaran mempunyai 2 module dalam paket penjualannya, yaitu sensor untuk deteksi kelembaban, dan modu`le elektroniknya sebagai amplifier sinyal.
2. Data Serial Monitor
Komunikasi serial arduino adalah komunikasi antara arduino dan komputer dapat dilakukan melalui port USB. Dalam hal ini, arduino tidak hanya bisa mengolah data dari pin I/O secara sendiri, tetapi dapat juga dikomunikasikan dengan komputer untuk ditampilkan hasil dari pengolahan datanya sehingga komunikasi yang dilakukan bersifat dua arah. Serial Monitor pada IDE Arduino adalah sebuah fasilitas yang dapat digunakan untuk mengontrol ataupun memonitor yang sedang terjadi pada mainboard arduino melalui komputer. Sebagai contoh untuk memonitor kelembaban tanah yang dideteksi sensor kelembaban tanah di serial monitor. Berikut beberapa tampilan umum pemograman arduino yang digunakan dalam tugas akhir ini :
a) Void setup : kata kunci (keyword) atau kode fungsi yang hanya berjalan satu kali yaitu pada awal atau pertama kali program dijalankan. Fungsi void setup yaitu untuk mendeklarasikan perintah pada setiap variabel, menentukan pin mode, menentukan boudread pada serial monitor dan lain-lain. Intinya void setup yaitu pengaturan awal pada setiap proram arduino ide yang dibuat.
b) Void loop : kata kunci (keyword) atau kode fungsi untuk melaksanakan atau mengeksekusi perintah dari program yang dibuat secara berulang dan berjalan terus menerus selama board arduino aktif (program berjalan).Void loop akan mengontrol setiap perintah input pada program dan akan menjalankan setiap perintah output pada program selama program berjalan. Lebih jelasnya, void loop yaitu fungsi untuk menjalankan setiap perintah program yang dibuat dalam arduino ide. 3. Nilai Sensor
Tegangan tersebut dapat dicek menggunakan voltmeter DC. Dengan pembacaan pada pin ADC pada microcontroller dengan tingkat ketelitian 10 bit, maka akan terbaca nilai dari range 0 – 1023. Sedangkan untuk output digital dapat diliat pada nyala led digital output menyala atau tidak dengan mensetting nilai ambang pada potensiometer.
a) Kelembaban tanah melebihi dari nilai ambang maka led akan padam
b) Kelembaban tanah kurang dari nilai ambang maka led akan Menyala.
Sebanyak 87,5% tanaman hias yang ditanam pada median jalan yang diamati didominasi oleh tanaman semak tahunan dan 12,5% sisanya adalah tanaman semak musiman. Sebanyak 37,5% berupa tanaman hias berbunga indah dan sebanyak 62,5% berupa tanaman berdaun indah. Tanaman hias berdaun indah adalah Syzygium oleina, Cordyline fruticosa, Iresine herbstii, Tabernae
corymbosa, Tabernae corymbosa var., Codiaeum variegatum, Excoecaria cochinchinensis, Dracaena marginata, Osmoxylum lineare, dan Dracaena reflexa.
Sedangkan yang termasuk tanaman hias berbunga indah adalah Rhododendron
obtusum, Bougainvillea sp, Pachystachys lutea, Pseuderanthemum reticulatum, Jasminum multiflorum, dan Plumbago auriculata. Jika dilihati dari kondisi umum
tanaman semak yang ada di median Jalan Pengayoman, pemilihan tanaman sudah sesuai dengan syarat tumbuh yang diperlukan tanaman karena secara umum tanaman dapat tumbuh dengan baik. Sebanyak lebih dari 80% tanaman semak yang ditanam pada median jalan adalah tanaman yang membutuhkan cahaya matahari 100% serta penyiraman yang tidak terlalu sering. Median jalan pengamatan adalah lokasi terbuka tanpa naungan dengan penyiraman tanaman yang dilakukan sehari sekali pada sore atau pagi hari. Menurut Lawalata (2011), tanaman yang ditanam di jalan harus memiliki karakter khusus sesuai dengan kondisi jalan selain memiliki daun atau bunga yang indah. Hal ini disebabkan karena kondisi jalan yang panas karena paparan sinar matahari dan padatnya lalu lintas kendaraan bermotor, berangin, dan juga udara telah tercemar asap knalpot kendaraan bermotor. Untuk itu, tanaman di jalan perlu dipilih secara hati-hati.
Menurut Indah (2014), penataan jalur hijau sepanjang median jalan didasarkan pada tujuan yang akan dicapai dan disesuaikan dengan karakter lingkungan setempat sehingga terbentuk lanskap jalan raya. Penataan lansekap jalan diprioritaskan agar menunjang fungsi kelancaran dan keselamatan jalan. Pemilihan jenis dan penataan tanaman pada median jalan sebaiknya tetap memperhatikan aspek hortikultura dan agronomi yang meliputi ruang dan syarat tumbuh,morfologi,fungsi,pemeliharaan.
D. Model sistem aktual
Tabel 4.2 Keterangan daya sistem aktual
No Bahan Keterangan daya
1 Panel surya 200 WP
2 SCC (solar charge controller 10 ampere
3 Baterai 12 v, 18 Ah
4 Arduino 5 volt
5 Modul relay 5 volt DC/10A250VAC
6 Sensor kelembaban 5 volt
7 Pompa air 35 l/m 220 watt
Gambar 4.9 Desain sistem aktual Panel Surya 200 wp Pipa penyemprot Pompa 100 watt 35 L/m Sensor C Sensor B Sensor A
SPTO
Dimensi Median jalan Makassar
Gambar 4.10 SPTO Berikut penjelasan tentang desain aktual diatas :
Panel surya berfungsi sebagai sumber energi berupa tegangan yang dihasilkan dari sinar matahari, lalu tegangan yang dihasilkan panel surya akan melewati
solar charge controller untuk mengontrol kebutuhan baterai agar tidak terjadi over charging, setelah dari baterai maka tegangan akan diturukan dari 12 volt
menjadi 5 volt untuk memenuhi kebutuhan tengangan arduino uno. setelah mengaktifkan sistem maka sensor akan membaca nilai kelembaban tanah yang akan diproses oleh arduino uno, setelah itu nilai kelembaban yang dibaca oleh
sensor soil moisture dapat dilihat pada pemograman arduino dikomputer apakah
bekerja, pada tanah yang kering maka secara otomatis arduio akan mengirim sinyal ke relay untuk membuat pompa bekerja yang mana relay disini berufungsi sebagai saklar otomatis, setelah pompa bekerja lampu hijau juga ikut menyala. Dan untuk membuat pompa bekerja, kita disini membutuhkan inverter sebagai pengubah arus DC ke arus AC. Cara yang harus kita lakukan adalah dengan memasukkan arus 12 volt dari baterai ke input inverter dan output inverter atau positif dari inverter masuk ke COM relay, setelah itu negatif dari inverter masuk ke negatif pompa dan positif pompa masuk ke NO relay. Setelah semua cara telah selasai pompa siap untuk menyirami tanaman sampai kelembaban tanah mencapai nilai yang telah diprogramkan, ketika kelembaban tanah mencapai nilai yang telah diprogramkan maka secara otomatis relay akan mematikan pompa dan lampu hijau pun ikut mati setelah lampu hijau mati lampu merah akan menyala menandakan pompa tidak bekerja.
Data desain aktual : 1. Luas Medan
Medan yang akan digunakan mempunyai spesifikasi ukuran 10 meter x 2 meter.
Jadi luas medan = P xL
= 10 m x 2m = 20 m2
2. Spesifikasi volume air yang dibutuhkan
Penentuan debit air dapat diketahui dari luas medan median jalan dikalkulasikan dengan volume kenaikan tanah. Asumsi keadaan tanah yang dibaca oleh sensor kelembaban tanah sekitar 10 cm (0,1 m)
Volume air = L median x t air
= 20 meter x 0,1 meter = 2 m3
3. Penentuan waktu pompa dalam bekerja
t pompa = volume air
1 m3 Jam = 2 m3 2,1 m3/jam = 0,9 jam = 54 menit 4. Spesifikasi energi
Energi = daya pompa x waktu menyiram = 220 watt x 0,9 jam
= 198 watt/jam = 198 x 10-3 kwh = 0,198 kwH
Energi total yang dibutuhkan untuk hari otonom. Etotal = Energi x hari otonom
= 198 watt/jam x 5 hari = 990 wh = 0,99 kwH 5. Depth Off Dicharge
Dengan DOD 70% kapasitas energi yang bisa diambil dalam baterai hanya sekitar 1,3 maka:
Kapasitas baterai = DOD x Etot
= 1,3 x 0,99 kwH = 1,287 kwH Jumlah baterai yang digunakan
a) Spesifikasi kapasitas baterai teoritis = 12 volt dan 18 Ah
= 12 x 18 Ah
= 216 wh = 0,216 kwH Jumlah baterai = Energi
Kapasitas baterai
= 0,99 kwh 0,216 kwh
= 4,58 = 5 baterai
b) Spesifikasi kapasitas aktual baterai :
Kapasitas aktual = kapasitas standar x DOD
= 216 x 0,7 = 151,2 wH
Jumlah baterai yang digunakan dalam kapasitas aktual baterai : = Etotal Kapasitas aktual = 6,54 = 7 baterai 7. Ukuran Panel tinsolasi = 5 jam
Energi yang dibutuhkan = 0,99 kwH Daya panel = 0,99 kwH
5 hs = 0,198 kwp = 200 wp
BAB V
PENUTUP
BAB V PENUTUP
A. KESIMPULAN
Atas dasar penjelsan mengenai tugas akhir kami diatas maka dapat dirumuskan kesimpulan dari tugas akhir kami sebagai berikut :
1. Mendapatkan desain dari model sistem penyiram taman- median-jalan
raya dengan sumber energi photovoltaic dengan menggunakan komponen panel surya, Solar Charge Controller, relay, baterai, pompa, sensor kelembaban tanah, led serta arduino sebagai mikrokontroller dalam sistem ini
2. Dari hasil penelitian kinerja dari model sistem penyiram
taman-median-jalan raya dengan sumber energi photovoltaic sistem bekerja dengan baik karena pada saat nilai sensor mencapai <500 maka otomatis sensor akan membaca bahwa median basah, apabila nilai sensor <800 maka otomatis sensor membaca bahwa kadar air dalam median masih cukup dan sistem tidak bekerja, sedangkan apabila nilai sensor selain dari kedua nilai tersebut maka sensor akan membaca bahwa median jalan kering dan secara otomatis sistem akan bekerja.
3. Model sistem penyiram taman-median- jalan raya dengan sumber energi
photovoltaic dapat menjadi purwarupa untuk purwarupa suatu sistem
aktual, untuk mengurangi kemacetan lalu-lintas jalan raya yang diakibatkan oleh mobil penyiram taman-median-jalan, baik mobil yang membawa pompa air maupun yang membawa air tangki.
4. Model sistem penyiram taman-median-jalan yang telah dirakit
menggunakan panel surya 10 wp, microcontroller arduino 5 volt, relay sebagai sakelar otomatis dengan ukuran 12 volt, dan penggunaan baterai 3000 mA dengan jumlah 5 baterai seta pemanfaatan SCC untuk menghindari terjadinya overcharging.
5. Pembuatan model sistem penyiram taman-median-jalan raya dengan
sumber energi fotovoltaik dapat menjadi acuan pemerintah untuk mengurangi terjadinya kemacetan jalan raya karna sistem ini berkerja dan berhenti secara otomatis. Selain itu, sistem ini juga termasuk dalam salah satu bentuk dari energi terbarukan dalam dunia elektro.
B. SARAN
Kami menyadari bahwa sistem penyiram taman median jalan raya yang kami buat ini belum sempurna, sehingga pengembangan dan riset dapat terus dilakukan guna mewujudkan sistem yang lebih baik, kompleks, dan memiliki kemampuan yang lebih
