PANEL SURYA MEMANFAATKAN ACS712 BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO PRO MINI
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
CINDY SYAHYA 172411028
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2020
PERANCANGAN MONITORING PEMAKAIAN ARUS LISTRIK PADA CHARGER HANDPHONE DENGAN MENGGUNAKAN
PANEL SURYA MEMANFAATKAN ACS712 BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO PRO MINI
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
CINDY SYAHYA 172411028
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2020
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN MONITORING PEMAKAIAN ARUS LISTRIK PADA CHARGER HANDPHONE DENGAN MENGGUNAKAN
PANEL SURYA MEMANFAATKAN ACS712 BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO PRO MINI
ABSTRAK
Banyak sekali sumber energi yang telah terbaharui sesuai dengan kebutuhan dalam menunjang teknologi. Terutama energi listrik yang menjadi kebutuhan penting dalam kehidupan sehari-hari. Handphone adalah teknologi yang bukan awam lagi bagi manusia, dengan segala kecerdasannya terdapat dalam fitur-fitur yang disebut dengan smartphone. Pemakaian daya smartphone tergantung oleh daya listrik, namun yang kita ketahui bahwa pemakaian arus pada handphone biasanya tidak lebih dari 1 A saja, bagaiamana jika pemakaian pengisian baterai handphone itu tidak sesuai ketentuan kapasitas dari handphone itu sendiri maka akan merusak baterai handphone. Untuk itu peneliti berusaha mengembangkan inovasi tentang monitoring pemakaian arus listrik pada charger handphone dengan menggunakan panel surya memanfaatkan ACS712 berbasis mikrokontroler arduino pro mini. Alat ukur ini dapat membantu masyarakat dari lingkungan sekitar dalam memonitoring pemakaian arus listrik pada charger handphone. Pengisian baterai handphone dengan tenaga panel surya yang dihasilkan, dalam keadaan baterai handphone tidak penuh yang dilakukan tidak selalu menetap kira-kira 300 menit dan jumlah listrik yang tidak mencapai 1 A. Perancangan alat ukur ini terdiri atas perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras terdiri atas sensor arus, solar cell, rangkaian prototyping, mikrokontroler. Perangkat lunak terdiri atas program menggunakan bahasa C yang diimplementasikan pada mikrokontroler. Monitoring ini dapat mengukur arus yang di sambungkan pada charger handphone. Alat ini telah terealisasi dan dapat mendeteksi adanya jumlah dan besaran arus listrik yang di konsumsi oleh peralatan- peralatan listrik semisalnya handphone.
Kata kunci: sensor ACS712, Solar Cell, Arduino Pro Mini, LCD
iv
DESIGN OF ELECTRICITY CURRENT MONITORING
ON HANDPHONE CHARGER USING SOLAR PANEL UTILIZING ACS712 BASED ON ARDUINO PRO MINI MICROCONTROLLER
ABSTRACT
Lots of renewable energy sources according to the needs in supporting technology.
Especially electrical energy is an important requirement in everyday life. Mobile is a technology that is no longer common to humans, with all its intelligence found in features called smartphones. The use of smartphone power depends on the electric power, but what we know is that the current usage on mobile phones is usually not more than 1 A only, how if the use of mobile phone battery charging does not match the capacity requirements of the cellphone itself it will damage the cellphone battery.
For this reason, researchers are trying to develop innovations about monitoring the use of electric current on a cellphone charger by using a solar panel utilizing the Arduino Pro Mini microcontroller based ACS712. This measurement tool can help the community from the surrounding environment in monitoring the use of electric current on a cellphone charger. Charging a cellphone battery with solar panel power generated, in a state of a cellphone battery that is not full which is done does not always settle for about 300 minutes and the amount of electricity that does not reach 1 A. The design of this measuring device consists of hardware and software.
The hardware consists of current sensors, solar cells, prototyping circuits, microcontrollers. The software consists of programs using C language which are implemented on the microcontroller. This monitoring can measure the current connected to the cellphone charger. This tool has been realized and can detect the amount and amount of electric current consumed by electrical equipment such as mobile phones.
Keywords: ACS712 sensor, Solar Cell, Arduino Pro Mini, LCD
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, dengan limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini. Sholawat dan salam juga penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW, semoga kita semua memperoleh syafaat di Yaumil Akhir kelak.
Laporan Tugas Akhir ini berjudul “PERANCANGAN MONITORING PEMAKAIAN ARUS LISTRIK PADA CHARGER HANDPHONE DENGAN MENGGUNAKAN PANEL SURYA MEMANFAATKAN ACS712 BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO PRO MINI”
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis tidak dapat lepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin memberikan rasa hormat dan mengucapkan terima kasih kepada,
1. Bapak Prof. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
2. Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc sekalu Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi.
3. Bapak Prof. Dr. Nasruddin M. Noor, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
4. Bapak Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc selaku Dosen Penguji yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
5. Kedua Orang Tua yang selalu mendoakan dan memberi dukungan moril maupun materil.
6. Abang dan Kakak kandung saya yang selalu memberikan dukungan kepada adiknya.
7. Seluruh sahabat dan teman-teman yang senantiasa memberikan semangat kepada penulis.
Akhirnya diharapkan semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pembaca khusunya dan perkembangan dunia teknologi.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN TUGAS AKHIR i
PERNYATAAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sensor Arus ACS712 4
2.1.1 Spesifikasi ACS712 6
2.2 USB Port 6
2.2.1 Kelajuan Pemindahan Port USB 7
2.2.2 Sejarah Versi Port USB 7
2.3 Baterai Handphone 7
2.4 Charger 10
2.5 Mikrokontroler 11
2.5.1 Fitur ATMega 328 12
2.5.2 Arduino Pro Mini 14
2.5.3 Open Source Hardware 15
2.5.4 Pemrograman 15
2.5.5 Memori 17
2.5.6 Input dan Output (I/O) 17
2.6 LCD (Liquid Crystal Display) 18
2.7 Power Supply 21
2.7.1 Prinsip Kerja DC Power Supply 22
Universitas Sumatera Utara
2.7.2 Regulator Tegangan pada Power Supply 23
2.7.3 Jenis-jenis Regulator Tegangan 24
2.8 Panel Surya 25
2.9 Sensor Tegangan 26
BAB 3 PERANCANGAN ALAT DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem 27
3.2 Fungsi Tiap Blok 27
3.3 Rangkaian Sensor ACS712 28
3.4 Rangkaian Power Supply Adaptor 28
3.5 Mikrokontroler Arduino Pro Mini 29
3.6 LCD 16x2 Sebagai Penampilan Karakter 30
3.7 Rangkaian Sensor Tegangan 31
3.8 Flowcart Sistem 32
BAB 4 METODE PENGUJIAN
4.1 Pengujian Mikrokontroler Arduino Pro Mini 33
4.2 Pengujian Power Supply 33
4.3 Pengujian LCD 34
4.4 Pengujian ACS712 35
4.5 Pengujian Rangkaian Sensor Voltage 36
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 38
5.2 Saran 38
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Daftar Terminal Sensor Arus ACS712 5
2.2 Spesifikasi Arduino Pro Mini 14
4.1 Pengujian Vin dan Vot 34
4.2 Pembacaan Hasil Sensor ACS712 dan Multimeter 36
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Sensor Arus ACS712 4
2.2 Pin Out ACS712 5
2.3 Blok Diagram ACS712 6
2.4 Connector Standard USB dan Kabel 7
2.5 Architecture ATMega 328 13
2.6 Papan Pengembangan 14
2.7 Pemrograman 16
2.8 Bentuk LCD 19
2.9 Blok Diagram DC Power Supply 23
2.10 Regulator 23
2.11 Sensor Tegangan 26
3.1 Diagram Blok Sistem 27
3.2 Rangkaian Sensor ACS712 28
3.3 Rangkaian PSA 28
3.4 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Pro Mini 30
3.5 Sistem Kerja Rangkaian LCD 31
3.6 Rangkaian Sensor Tegangan 31
3.7 Flowcart Cara Kerja Sistem 32
4.1 Pengujian Mikrokontroler Arduiono Pro Mini 33
4.2 Pengujian Tegangan PSA 34
4.3 Tampilan Awal LCD 35
4.4 Pengujian Blok Sensor Arus ACS712 35
4.5 Rangkaian Pengukuran Tegangan pada Panel Surya (PV) 37
4.6 Pengujian Sensor Voltage 37
x
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1. Rangkaian Arduino Pro Mini 40
2. Program Arduino 41
Universitas Sumatera Utara
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negara-negara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi utama. Oleh karena itu dibutuhkan sumber energi lain yang dapat diperbaharui.
Dalam upaya pencarian sumber energi baru sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan.
Hampir seluruh peralatan rumah tangga menggunakan listrik, dan dalam hal ini, PT. PLN (Persero) sendiri membatasi pasokan daya dalam suatu rumah.
Sehingga saat beban puncak, sering terjadi trip pada MCB (Miniature Circuit Breaker) di kwh meter. Hal ini di akibatkan karena saat semua peralatan rumah tangga yang menggunakan listrik bekerja secara bersamaan. Untuk mengatasinya, maka beberapa peralatan elektronik akan dimatikan secara manual untuk sementara dan dilakukan pemakaian secara bergantian.
Kondisi tersebut berbanding lurus dengan penggunaan energi listrik yang berlebihan pada kehidupan sehari-hari. Masalah yang sering terjadi pengguna lupa mematikan daya listrik saat meninggalkan rumah. Sehingga energi listrik yang digunakan tidak bermanfaat dan sangat rentan terhadap hubungan arus pendek. Pada sebuah lampu, listrik yang dipasok dari sumber listrik (mains) membutuhkan kurang lebih sepertiga amp untuk menjadikannya bersinar terang.
Pada suatu tegangan listrik adanya gaya listrik yang menggerakkan arus untuk mengalir di sepanjang sebuah rangkaian listrik tersebut. Di zaman modern ini, selain lampu kebutuhan barang elektronik yang sering digunakan seperti alat komunikasi yaitu handphone.
Hampir setiap orang menggunakan Handphone. Namun handphone membutuhkan energi listrik dari baterai dalam pengoprasiannya. Sering
2
pengguna lupa untuk mencabut charge baterai, dan tidak mengtahui kapasitas arus yang digunakan. Pemakaian arus pada handphone biasanya tidak lebih dari 1 A saja, jika pemakaian pengisian baterai handphone itu tidak sesuai ketentuan kapasitas dari handphone itu sendiri maka akan merusak baterai handphone.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, maka permasalahan yang akan dibahas adalah
“PERANCANGAN MONITORING PEMAKAIAN ARUS LISTRIK PADA CHARGER HANDPONE DENGAN MENGGUNAKAN PANEL SURYA MEMANFAATKAN ACS712 BERBASIS MIKROKONTROLLER ARDUINO PRO MINI”
1. Bagaimana merancang dan membangun prototyping sistem monitoring pemakaian arus listrik pada charger handphone.
2. Bagaimana pengimplementasian prototyping tersebut pada charger handphone.
1.3 Batasan Masalah
Untuk menyederhanakan dan mengarahkan pembahasan pada laporan ini di butuhkan beberapa batasan-batasan masalah sebagai berikut:
1. Prinsip kerja dari hal effect pada sensor arus untuk menghitung penggunaan arus listrik.
2. Perancangan dan pembuatan alat dan sistem pemakaian daya listrik ini hanya dalam bentuk prototyping.
3. Hasil pembacaan akan ditampilkan pada Liquid Crystal Display (LCD).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan daripada penulisan dan penyusunan tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui dan memahami mikrokontroller Arduino Pro mini secara umum, sensor yang digunakan, serta komponen yang terdapat pada pembuatan alat.
2. Membantu dan mempermudah masyarakat umum untuk mengetahui jumlah dan besaran arus listrik yang dikonsumsi oleh peralatan-peralatan listrik semisalnya handphone.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diambil daripada penulisan dan penyusunan tugas akhir ini adalah:
1. Membantu masyarakat dari lingkungan sekitar dalam menghemat dan membantu penggunaan arus listrik.
2. Membantu dan mempermudah masyarakat umum khususnya untuk mengetahui besaran arus listrik yang dikonsumsi khususnya handphone.
1.6 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini terdiri dari 5 bab dimana sistematika yang diterapkan dalam skripsi ini menggunakan urutan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang dasar teori yang mendukung tugas akhir dan teori yang melandasi proses pembuatan
BAB 3 ANALISA SISTEM
Membuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen dan perangkat penelitian, prosedur kerja, perancangan dan pengujian bahan.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dan membahas terhadap data-data hasil pengujian yang diperoleh.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran untuk mengembangkan alat lebih lanjut dalam penelitian serupa dimasa yang akan datang.
DAFTAR PUSTAKA
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sensor Arus ACS712
ACS712 adalah Hall Effect Current sensor atau sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Hall effect ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current) dalam pembacaan arus didalam aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih, Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional, sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus yang kecil. Sensor ini digunakan pada aplikasi-aplikasi di bidang industri, komersial, maupun komunikasi. Bentuk fisik dari sensor arus ACS712 dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah ini.
Gambar 2.1 Sensor Arus ACS712
Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.
Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang 7 didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik. Berikut bagian dari terminal list dan gambar pin out ACS712.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Pin Out ACS712
Table 2.1 Daftar Terminal Sensor Arus ACS712.
Nomor Nama Keterangan
1 dan 2 IP + Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya
3 dan 4 IP - Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya
5 GND Terminal sinyal ground
6 FILTER Terminal untuk kapasitor eksternal yang berfungsi sebagai pembatasbandwith
7 VOUT Terminal keluaran sinyal analog 8 VCC Terminal masukan catu daya
Pada gambar 2.2 pin out dan tabel 2.1 terminal list diatas dapat kita lihat tata letak posisi I/O dari sensor arus dan kegunaan dari masing-masing pin dari sensor arus ACS712. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leads/mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada bagian aplikasi-aplikasi yang akan membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal.
IC ACS712 tipe 5A IC ini mempunyai sensitivitas sebesar 185mV/A. Saat arus yang mengalir 0A IC ini mempunyai output tegangan 2,5V. Oleh karena itu data sensitivitas masing-masing sensor arus ACS712 yang berbeda-beda, maka untuk pemrogramannya juga harus disesuaikan dengan tipe ACS712 yang digunakan dengan mengacu pada sensitivitas tersebut. Nilai tegangan akan bertambah berbanding lurus dengan nilai arus. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2.3 blok diagram sensor arus ACS712.
6
Gambar 2.3 Blok Diagram ACS712
2.1.1 Spesifikasi ACS712
Spesifikasi dari Sensor Arus ACS712:
1. Berbasis ACS712 dengan fitur:
Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 μs.
Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.
Total kesalahan luaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.
Tahanan konduktor internal 1,2 mΏ.
Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin1-4 dan pin 5-8.
Sensitivitas luaran 185 mV/A.
Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A.
Tegangan luaran proporsional terhadap masukan arus AC atau DC.
2. Tegangan kerja 5 VDC.
3. Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas luaran.
2.2 USB Port
Port USB terdiri dari dua kata, yang pertama port adalah tempat untuk memasukkan kabel atau peripheral lainnya ke komputer kita, serta USB merupakan singkatan dari Universal Serial Bus dengan makna lain dapat dikatakan standard interface sebuah device, dengan kata lain pengertian dari Port USB adalah hubungan serial antara peripheral dengan komputer. Port USB merupakan suatu teknologi yang memungkinkan kita untuk menghubungkan alat eksternal (peripheral) seperti scanner, printer, mouse, papan ketik (keyboard), alat penyimpanan data (zip drive), flash disk, kamera digital atau perangkat lainnya ke komputer. Komputer saat ini,
Universitas Sumatera Utara
umunya sudah memiliki port USB. Biasanya disediakan minimal 2 port. Konektivitas antara PC (Personal Computer) dengan perangkat USB dihubungkan dengan kabel khusus. Sebuah kabel berisi empat buah kawat menghubungkan periferal ke PC melalui port USB yang terdapat pada keduanya. Di dalam kabel tersebut, dua kawat akan menangani transmisi data, sebuah lagi menangani ground dan sebuah lagi memasok daya sebesar lima volt ke periferal.
Gambar 2.4 Connector Standard USB dan Kabel
2.2.1 Kelajuan Pemindahan Port USB
USB menyokong 3 kadar pemindahan data
Kadar Kelajuan Rendah selaju 1.5 Mbit/s (183 KiB/s) yang biasanya digunakan oleh peranti antarmuka manusia (HID).
Kadar Kelajuan Penuh salaju 12 Mbit/s (1.4 MiB/s). Kedar kelajuan penuh adalah kelajuan tertinggi USB sebelum piawaian USB 2.0.
Kadar Kelajuan Tinggi selaju 480 Mbit/s (57 MiB/s).
2.2.2 Sejarah Versi Port USB
Ada beberapa sejarah versi port USB, diantaranya:
USB 1.0 FDR: Dilancarkan pada November 1995, pada tahun yang sama Apple menggunakan piawaian IEEE 1394 dikenali sebagai FireWire.
USB 1.0: Dilancarkan pada Januari 1996.
USB 1.1: Dilancarkan pada September 1998.
USB 2.0: Dilancarkan pada April 2000. Ciri-ciri utama piwaian ini adalah tambahan mode kelajuan tinggi, diperbarui Desember 2002.
2.3 Baterai Handphone
Baterai yang digunakan untuk ponsel, yaitu jenis baterai rechargeable (dapat diisi kembali). Hingga saat ini baterai yang umumnya digunakan pada peralatan portable adalah:
8
1. Nickel-Cadmium (NiCd) Baterai
Diproduksi pertama kali tahun 1994, terbuat dari campuran Nikel dan Cadmium. Baterai NiCd adalah tipe rechargeable, baterai paling lama yang ada di dunia dan karena kapasitasnya yang besar, maka baterai ini dipilih untuk ponsel- ponsel lama yang menggunakan tenaga besar. Saat ini sudah jarang menggunakan baterai jenis ini, tidak lain karena ukuran dan beratnya yang besar, juga proses pengisiannya yang merepotkan seperti: a. Baterai baru harus di charge selama 12 jam nonstop, dan selanjutnya pengisian dilakukan pada saat baterai NiCd sudah benar-benar habis. b. Baterai NiCd mempunyai permanen mempry effect, bila diisi pada saat tidak benar-benar habis. Maka baterai semakin lama kapasitasnya semakin menurun dan akhirnya mati total. Karakteristik baterai NiCd:
a. Nominal satu sel baterai NiCd adalag 1,2V.
b. Baterai bertegangan nominal lebih tinggi beberapa sel yang dihubungkan seri.
c. Kelebihan baterai NiCd dibandingkan ketiga jenis lainnya adalah kemampuannya dalam menangani beban tinggi, selalu itu baterai NiCd 5 kali lebih cepat di charge dibandingkan dengan baterai NiMH atau 20 kali lebih cepat dibandingkan baterai Lithium, karena bisa menggunakan fast charger.
d. Kelemahan baterai ini dibandingkan dengan baterai Lithium adalah kapasitas simpan rendah, ratio daya/ berat yang lebih rendah dan adanya efek memori.
Selain itu, baterai NiCd yang telah di charge dapat kosong sendiri (self discharging) walaupun tidak dipakai energinya hilang 22% dalam 24 jam.
e. Baterai NiCd yang sudah lemah tidak bisa langsung di charge, harus kosong dulu smapai benar-benar habis sebelum di charge.
f. Jika diisi lebih dari 10 jam dengan arus rendah akan cepat lemah, karena ada efek memori.
2. Nickel Metal Hydribe (NiMH)
Baterai Nickel Metal Hydride (NiMH) yang dikembangkan akhir tahun 1980 adalah pengembangan baterai NiCd dan merupakan generasi baru dari rechargeable baterai, keuntungannya adalah beratnya yang lebih ringan serta memori effect yang bersifat temporary, tetapi memori effect ini bisa menjadi permanen bilamana proses charging yang dilakukan tidak benar. Selain itu, baterai NiMH lebih ramah terhadap
Universitas Sumatera Utara
lingkungan karena menggunakan bahan nikel metal hydribe. Karakteristik baterai NiMH:
a. Tegangan nominal satu sel baterai NiMH adalah 1,2V.
b. Self discharcgingnya lebih kecil dibandingkan baterai NiCd tergantung dari tipenya sekitar 6-16% energi akan hilang dalam 24 jam.
c. Cara charging-nya yang salah akan mengakibatkan baterai tidak bekerja normal, meskipun baterai terisi penuh tetapi akan menyatakan habis walaupun digunakan sebentar.
d. Baterai NiMH dapat menyimpan energi 2 kali lebih banyak dibandingkan dengan baterai NiCd.
3. Lithium Ion (Li-Ion)
Baterai ini adalah baterai generasi ke-3 dari rechargeable baterai, dan keuntungannya terhadap baterai NiMH maupun NiCd adalah berat dan ukurannya yang ringan, sehingga bisa membuat ponsel yang keluar sekarang sudah menggunakan baterai jenis ini. Keunggulan baterai ini adalah tidak adanya memori efek pada saat charging, sehingga tidak perlu menunggu baterai ini habis baru melakukan charge. Karakteristik baterai Li-Ion:
a. Tegangan nominal baterai Li-Ion adalah 3,6V.
b. Elektrolit dalam baterai Li-Ion sangat reaktif, bocornya dapat mengakibatkan karat pada perlatan. Elekrolit dalam baterai Li-Ion ditempatkan dalam casing logam yang stabil dan kuat.
c. Mikrokontroler dan sensor-sensor di pasang pada casing untuk mencegah panas berlebih dan overcharging.
d. Kerapatan energi baterai Li-Ion mampu menyimpan energi 3 kali lebih banyak dibandingkan dengan baterai NiCd.
e. Baterai Li-Ion tidak memiliki efek memori maupun lazy baterai, sehingga baterai tidak perlu dikosongkan sebelum di charge.
f. Self discharging juga lebih kecil yaitu sekitar 10% dalam 24 jam. Impedansi (tahanan dalam) baterai Li-Ion lebih tinggi dibandingkan dengan NiCd dan NiMH yaitu 200-250 mili Ohm, akibatnya baterai cepat menjadi panas dan tegangannya drop jika dibebani terlalu berat.
10
g. Litium sangat reaktif, bahan kimia di dalam baterai akan terurai dengan sendirinya dan setelah 2 tahun baterai menjadi tidak dapat digunakan lagi walau pun baterai tersebut disimpan saja.
4. Lithium Polymer (Li-Polymer)
Baterai ini adalah generasi terbaru dari rechargeable baterai, keunggulannya adalah ramah terhadap lingkungan, sedangkan kemampuan lainnya sama persis dengan baterai Lithium Ion. Perawatan baterai Lithium Polymer ini sama persis dengan baterai Lithium Ion, hanya saja handling baterai Li-Polymer harus sedikit hati-hati mengingat sifatnya yang liquid, sehingga bisa mengakibatkan bentuk baterai bisa berubah karena tekanan. Karakteristik baterai Li-Polymer:
a. Nominal tegangan baterai Li-Polymer adalah 3,6V.
b. Elekrolit dalam baterai Li-Polymer berbentuk padat dan tidak reaktif sehingga menyederhanakan casing baterai.
c. Baterai Li-Polymer dapat dibuat pada peralatan ukuran yang sangat tipis dan fleksibel sehingga cocok digunakan dalam berukuran mini.
d. Dibandingkan dengan baterai Li-Ion dengan kapasitas yang sama, baterai Li- Polymer bobotnya lebih ringan 10-15%.
e. Baterai Li-polymer lebih cepat kehilangan kapasitasnya.
5. Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)
Baterai ini merupakan baterai yang materialnya menggunakan fuel cell, yaitu berupa cairan dimana komposisinya berupa fuel hidrogen dengan campuran oksigen untuk memproduksi elektrik power, panas dan cair. Hasil dari kimia tadi menghasilkan kepadatan energi yang tinggi. Hal inilah yang menjadi keuntungan DMFC di banding dengan baterai Lithium Ion. Baterai DMFC memiliki 10x improvement dalam kepadatan volumetric energi.
2.4 Charger
Charger merupakan alat untuk mengisi baterai. Misalnya pada baterai ponsel dan sejenisnya. Melalui charger energi listrik untuk baterai dialirkan, mengingat tidak mungkin listrik secara langsung ditransfer ke baterai tanpa alat perantara
Universitas Sumatera Utara
bernama charger. Arus listrik yang dimasukkan tergantung pada teknologi dan kapasitas baterai. Jenis charger sendiri bermacam-macam tergantung dengan spesifikasi baterai yang digunakan, alhasil charger dan baterai saling berhubungan.
Chager yang ada di pasaran memiliki harga yang berbeda-beda dan itu tergantung pada kualitas dan kebutuhannya. Kualitas charger akan berefek pada kualitas baterai, jika charger yang digunakan berkualitas dengan kata lain mampu mentransfer listrik dengan baik, maka kualitas dan daya tahan baterai pun akan ikut digunakan tidak mengirimkan listrik dengan baik, maka bisa berakibat pada kerusakan baterai, terutama baterai yang dapat diisi ulang, seperti baterai litium dan sejenisnya. Jadi, setiap charger umumnya memiliki bentuk port yang berbeda serta kriteria tersendiri yang telah disesuaikan dengan spesifikasi pada handphone dari charger tersebut.
2.5 Mikrokontroler
Gambaran umum mikrontroller, tahun 1976 intel meluncurkan mikrokontroller pertama yang disebut seri MCS-48 yang berisi lebih dari 17.000 transistor, hingga saat ini masih digunakan untuk aplikasi khusus. Tahun 2005, prosecor canggih dari intel adalah Pentium IV yang berisi jutaan transistor didalamnya dan dengan kecepatan orde gigahertz, disamping itu banyak yang membuat kompatibelnya, seperti propesor AMD. Dunia mikrokontroler juga berkembang pesat dengan hadirnya ratusan jenis mikrokontroller dan kompatiblenya, seperti turunan dari MCS-51, 68HC11, PIC mikrokontroller, Fujitsu dan sebagainya.
Mikrokontroller adalah mikroprosesor yang dikhususkan untuk instrumentasi dan kendali. Contoh aplikasi pada kendali motor, berperan seperti PLC (Programmable Logic Controller). Pengaturan penggapaian dan injeksi bahan bakar pada kendaraan bermotor atau alat mengukur suatu besaran, seperti suhu, tekanan, kelembapan arus dan lain-lain. Mikrokontroller merupakan suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran I/O serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroller sebenarnya membaca dan menulis data. Begitu pula jika anda sudah mahir membaca dan menulis data maka anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroller sesuai keinginan anda.
12
Mikrokontroller merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efesiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektonik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/ diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroller ini. Dengan penggunaan mikrokontroller ini maka:
Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
Rancang bangun sistem elekronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah dilengkapi dengan CPU (Central Prosessing Unit); RAM (Random Acces Memory);
ROM (Readonly Memory), Input, dan Output, Timer/ Counter, Serial comport secara spesifik digunakan untuk aplikasi-aplikasi control dan buka aplikasi serbaguna.
Mikrokontroler umunya bekerja pada frekuensi 4MHZ – 40 MHZ. Perangkat ini sering digunakan untuk kebutuhan kontrol tertentu seperti pada sebuah penggerak motor. Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, sesuai dengan susunan MCS-51.
Memori penyimpanan program dinamakan sebagai memori program. Random Acces Memory (RAM) dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. (Sumardi, 2013)
2.5.1 Fitur ATMega 328
ATMega 328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitekture CISC (Completed Instruction Set Computer).
Mikrokontroller ini memiliki beberapa ficture antara lain:
1. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
2. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2 KB.
Universitas Sumatera Utara
3. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
4. 32 x 8-bit register serba guna.
5. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.
6. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
7. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksukusi dalam satu siklus clock.
Mikrokontroller ATMega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic Unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register sebaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.
Berikut ini adalah tampilan architecture ATMega 328:
Gambar 2.5 Architecture ATMega 328
14
2.5.2 Arduino Pro Mini
Arduino Pro Mini adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroller yang berbasis chip ATMega 328P dengan bentuk yang sangat mungil. Secara fungsi tidak ada bedanya dengan Arduino Uno. Perbedaan utama terletak pada ketiadaan jack power DC dan penggunaan konektor Mini-B USB.
Disebut sebagai papan pengembangan karena board ini memang berfungsi sebagai arena prototyping sirkuit mikrokontroller. Dengan menggunakana papan pengembangan, anda akan lebih mudah merangkai rangkaian elektronika mikrokontroller dibandingkan jika anda memulai merakit ATMega 328 dari awal di breadboard.
Gambar 2.6 Papan Pengembangan
Dimana arduino pro mini memiliki 14 digital pin input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator on-board, tombol reset, dan lubang untuk pemasangan pin header. Header enam pin dapat dihubungkan ke kabel FTDI atau Sparkfun board breakout untuk memberikan daya USB dan komunikasi untuk board. Arduino Pro Mini dimaksudkan untuk instalasi semi permanen di suatu objek. Dengan Pro Mini memungkinkan penggunaan berbagai jenis konektor atau solder langsung kabel. Pin tata letak kompatibel dengan Arduino Mini. Ada dua versi Pro Mini. Satu berjalan pada 3.3V dan 8 MHz, yang lainnya di 5V dan 16 MHz. Arduino Pro Mini dirancang dan diproduksi oleh SparkFun Electronics.
Tabel 2.2 Spesifikasi Arduino Pro Mini
Chip mikrokontroller Arduino Pro Mini
Tegangan operasi 5V
Universitas Sumatera Utara
Tegangan input (yang
direkomendasikan) 7V - 12V
Digital I/O pin 14 buah, 6 diantaranya menyediakan PWM
Analog input pin 6 buah
Arus DC per pin I/O 40 Ma
Memori Flash 32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk bootloarder
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Clock speed 16 Mhz
Dimensi 45 mm x 18 mm
Berat 5 g
Arduino Pro Mini dapat didukung dengan kabel FTDI atau board breakout terhubung ke enam pin header, atau dengan tegangan 3.3V atau 5V (tergantung pada model) pada pin Vcc. Ada tegangan regulator di papan sehingga dapat menerima tegangan sampai 12VDC. Jika Anda memasok listrik diatur ke board, pastikan untuk terhubung ke “RAW” pin pada tidak VCC. Pinnya adalah sebagai berikut:
RAW berfungsi untuk memasok tegangan baku untuk papan.
VCC mempunyai tegangan 3,3 atau 5 volt.
GDN sebagai ground.
2.5.3 Open Source Hardware
Arduini Nano adalah hardware open source (OSH – Open Source Hardware).
Dengan demikian anda dan siapapun diberikan kebebasan untuk dapat membuat sendiri arduino nano.
2.5.4 Pemrograman
Pemrograman board Arduino Nano dilakukan dengan menggunakan Arduino Software (IDE). Chip ATMega 328 yang terdapat pada arduino nano telah diisi program awal yang sering disebut bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas
16
untuk memudahkan untuk melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan arduino dengan kabel USB ke PC, Mac, atau Linux akan jalankan software. Arduino software (IDE), dan anda sudah bisa mulai memrogram chip ATMega 328.
Untuk pengguna mikrokontroller yang sudah lebih mahir, kita dapat tidak menggunakan bootloader dan melakukan pemrograman langsung via header ICSP (In Circuit Serial Programming) dengan menggunakan Arduino ISP. Development Board Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel Mini-B USB, atau via power sumpply ekternal. External power supply dapat dihubungkan langsung ke pin 30 atau vin (unregulated 6V – 20V), atau ke pin 27 (regulated 5V). Sumber tenaga akan otomatis dipilih mana yang lebih tinggi tegangannya. Beberapa pin power pada Arduino Uno:
GND ini adalah ground atau negatif.
Vin ini adalah pin yang digunakan jika anda ingin memberikan power langsung ke board arduino dengan rentang tegangan yang disarankan 7V – 12V
Pin 5V ini adalah pin output dimana pada pin tersebut mengalir tegangan 5V yang telah memulai regulator.
3V3 ini adalah pin output dimana pada pin tersebut disediakan tegangan 3.3V yang telah melalui regulator.
Gambar 2.7 Pemrograman
Universitas Sumatera Utara
2.5.5 Memori
Chip ATMega 328 pada Arduino Uno R3 memiliki memori 32 KB, dengan 0.5 KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2 KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan EEPROM library saat melakukan pemrograman.
2.5.6 Input dan Output (I/O)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Nano memiliki 14 buah digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pin Mode, digital Write, dan digital (Read). Pin-pin tersebut bekerja pada tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi discconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk menghindari kerusakan chip mikrokontroller.Beberapa pin memiliki fungsi khusus:
1. Serial, terdiri dari 2 pin : pin 0 (RX) dan pin 1 (TX) yang digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) data serial.
2. External Interrups, yaitu pin 2 dan pin 3. Kedua pin tersebut dapat digunakan untuk mengaktifkan interrups. Gunakan fungsi attach Interrupt.
3. PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan output PWM 8-bit dengan menggunakan fungsi analog Write.
4. SPI : Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK) mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI Library.
5. LED : Pin 13. Pada pin 13 terhubung built-in led yang dikendalikan oleh digital pin no 13.
Arduino Pro Mini memiliki 8 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0 hingga A7. Masing-masing pin analog tersebut memiliki resolusi 1024 bits (jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin REF dengan menggunakan fungsi analog Reference. Pin Analog A6 dan A7 tidak bisa dijadikan sebagai pin digital, hanya sebagai analog. Beberapa pin lainnya pada board ini adalah :
I2C : Pin A4 (SDA) dan A5 (SCL). Pin ini mendukung komunikasi I2C (TWI) dengan menggunakan Wire Library.
18
AREF. Sebagai referensi tegangan untuk input analog.
Reset. Hubungkan ke LOW untuk melakukan reset terhadap mikrokontroller.
Biasanya digunakan untuk dihubungkan dengan switch yang dijadikan tombol reset.
Arduino Pro Mini memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. The ATmega328 menyediakan UART TTL komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).
Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data tekstual sederhana yang akan dikirim ke dan dari papan Arduino melalui koneksi USB.
Sebuah perpustakaan Software Serial memungkinkan untuk komunikasi serial pada salah digital pin Pro Mini. The ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan komunikasi SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan kawat untuk menyederhanakan penggunaan bus I2C; melihat referensi untuk rincian. Untuk menggunakan komunikasi SPI, silakan lihat datasheet ATmega328.
2.6 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid cristal display) adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Jenis LCD yang dipakai pada alat ini adalah LCD M1632. LCD terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik.
LCD yang umum, ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2x40 dan 4x40), dimana kita menggunakan DDRAM untuk mengatur tempat penyimpanan tersebut.
Pada sebuah LCD (Liquid Crystal Display) dapat ditampilkan angka-angka, huruf- huruf, bahkan symbol tertentu. LCD mempunyai kegunaan yang lebih dibandingkan dengan sevensegment LED. Ada banyak variasi bentuk dan ukuran LCD yang tersedia jumlah baris 1-4 dengan jumlah karakter per baris 8, 16, 20,40, dll. Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). (Gamayel.Rizal, 2007).
Di bawah ini adalah gambar LCD 2x16 karakter:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Bentuk LCD
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan kode – kode ASCII dari informasi yang ditampilkan. Spesifikasi LCD M1632:
Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
ROM pembangkit karakter 192 jenis.
RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai ).
RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter ).
Duty ratio 1/16.
RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikroprosesor.
Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display clear), posisi kursor awal ( crusor home ), tampilan karakter kedip (display character blink), penggeseran kursor ( crusor shift ) dan penggeseran tampilan (display shift).
Rangkaian pembangkit detak.
Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan.
Catu daya tunggal +5 volt.
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horizontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan
20
membentuk karakter data yang ingin ditampilkan. Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Microntroller pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register.
1. Memori yang digunakan microcontroller internal LCD adalah :
DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
2. Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah:
Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
3. Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah:
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Universitas Sumatera Utara
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
2.7 Power Supply
Power Supply atau sering disebut dengan catu daya adalah perangkat elektronika yang berguna sebagai sumber daya untuk perangkat lain. Secara umum istilah catu daya berarti suatu sistem penyearah – filter yang mengubah AC menjadi DC murni. Sumber DC seringkali dapat menjalankan peralatan-peralatan elektronika secara langsung, meskipun mungkin diperlukan beberapa cara untuk meregulasi dan menjaga suatu gaya gerak listrik agar tetap meskipun beban berubah-ubah. Energi yang paling mudah tersedia adalah arus bolak-balik, arus diubah atau disearahkan menjadi DC berpulsa (pulsating DC), yang selanjutnya arus diratakan atau disaring menjadi tegangan yang tidak berubah-ubah.
Tegangan DC juga memerlukan regulasi tegangan agar dapat menjalankan rangkaian dengan sebaiknya. Secara garis besar, power supply (pencatu daya listrik) dibagi menjadi dua macam, yaitu pencatu daya tak distabilkan dan pencatu daya distabilkan. Pencatu daya tak distabilkan merupakan jenis pencatu daya yang paling sederhana.Pada pencatu daya jenis ini, tegangan maupun arus keluaran dari pencatu daya tidak distabilkan, sehingga berubah-ubah sesuai keadaan tegangan masukan dan beban pada keluaran.
Pencatu daya jenis ini biasanya digunakan pada peranti elektronika sederhana yang tidak sensitif akan perubahan tegangan. Pencatu jenis ini juga banyak digunakan pada penguat daya tinggi untuk mengkompensasi lonjakan tegangan keluaran pada penguat. Pencatu daya distabilkan pencatu jenis ini menggunakan suatu mekanisme lolos balik untuk menstabilkan tegangan keluarannya, bebas dari variasi tegangan masukan, beban keluaran, maupun dengung. Ada dua jenis yang digunakan untuk menstabilkan tegangan keluaran, antara lain pencatu daya linier dan pencatu daya skelar:
22
Pencatu daya linier, merupakan jenis pencatu daya yang umum digunakan. Cara kerja dari pencatu daya ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC lain yang lebih kecil dengan bantuan Transformator. Tegangan ini kemudian disearahkan dengan menggunakan rangkaian penyearah tegangan, dan di bagian akhir ditambahkan kondensator sebagai penghalus tegangan sehingga tegangan DC yang dihasilkan oleh pencatu daya jenis ini tidak terlalu bergelombang.
Selain menggunakan diode sebagai penyearah, rangkaian lain dari jenis ini dapat menggunakan regulator tegangan linier sehingga tegangan yang dihasilkan lebih baik daripada rangkaian yang menggunakan dioda. Pencatu daya jenis ini biasanya dapat menghasilkan tegangan DC yang bervariasi antara 0 - 60 Volt dengan arus antara 0 - 10 Ampere.
Pencatu daya Sakelar, pencatu daya jenis ini menggunakan metode yang berbeda dengan pencatu daya linier. Pada jenis ini, tegangan AC yang masuk ke dalam rangkaian langsung disearahkan oleh rangkaian penyearah tanpa menggunakan bantuan transformer. Cara menyearahkan tegangan tersebut adalah dengan menggunakan frekuensi tinggi antara 10KHz hingga 1MHz, dimana frekuensi ini jauh lebih tinggi daripada frekuensi AC yang sekitar 50Hz.Pada pencatu daya sakelar biasanya diberikan rangkaian umpan balik agar tegangan dan arus yang keluar dari rangkaian ini dapat dikontrol dengan baik (Shrader, 1991, hal:200- 201).
2.7.1 Prinsip kerja DC power supply
Arus Listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dan pabrik pada umumnya adalah dibangkitkan, dikirim dan didistribusikan ke tempat masing-masing dalam bentuk Arus Bolakbalik atau arus AC (Alternating Current). Hal ini dikarenakan pembangkitan dan pendistribusian arus Listrik melalui bentuk arus bolak-balik (AC) merupakan cara yang paling ekonomis dibandingkan dalam bentuk arus searah atau arus DC (Direct Current). Hampir setiap peralatan Elektronika memiliki sebuah rangkaian yang berfungsi untuk melakukan konversi arus listrik dari arus AC menjadi arus DC dan juga untuk menyediakan tegangan yang sesuai dengan rangkaian Elektronika-nya. Rangkaian yang mengubah arus listrik AC menjadi DC ini disebut dengan DC power supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan
Universitas Sumatera Utara
Catu daya DC. DC power supply atau catu daya ini juga sering dikenal dengan nama
“Adaptor”. Sebuah DC power supply atau Adaptor pada dasarnya memiliki 4 bagian utama agar dapat menghasilkan arus DC yang stabil. Keempat bagian utama tersebut diantaranya adalah Transformer, Rectifier, Filter dan Voltage Regulator. Dibawah ini adalah Diagram Blok DC power supply (adaptor) pada umumnya.
Gambar 2.9 Blok Diagram DC Power Supply
2.7.2 Regulator tegangan pada power supply
Gambar 2.10 Regulator Tegangan Pada Power Supply
Rangkaian pencatu daya (power supply) dengan regulator diode zener pada gambar rangkaian diatas, merupakan contoh sederhana cara pemasangan regulator tegangan dengan diode zener. Diode zener dipasang paralel atau shunt dengan L dan R . Regulator ini hanya memerlukan sebuah diode zener terhubung seri dengan resistor RS . Perhatikan bahwa diode zener dipasang dalam posisi reverse bias.
Dengan cara pemasangan ini, diode zener hanya akan berkonduksi saat tegangan reverse bias mencapai tegangan breakdown dioda zener. Penyearah berupa rangkaian diode tipe jembatan (bridge) dengan proses penyaringan atau filter berupa filter-RC.
Resistor seri pada rangkaian ini berfungsi ganda. Pertama, resistor ini menghubungkan C1 dan C2 sebagai rangkaian filter. Kedua, resistor ini berfungsi sebagai resistor seri untuk regulator tegangan (dioda zener). Diode zener yang dipasang dapat dengan sembarang dioda zener dengan tegangan breakdown misal dioda zener 9 volt. Tegangan output transformer harus lebih tinggi dari tegangan breakdown dioda zener, misalnya untuk penggunaan dioda zener 9 volt maka gunakan output transformer 12 volt.
24
2.7.3 Jenis- jenis regulator tegangan
Fixed Voltage Regulator (Pengatur Tegangan Tetap)
IC jenis Pengatur Tegangan Tetap (Fixed Voltage Regulator) ini memiliki nilai tetap yang tidak dapat disetel (di-adjust) sesuai dengan keinginan rangkaiannya.
Tegangannya telah ditetapkan oleh produsen IC sehingga tegangan DC yang diatur juga tetap sesuai dengan spesifikasi IC-nya. Misalnya IC Voltage Regulator 7805, maka output tegangan DC-nya juga hanya 5 Volt DC. Terdapat 2 jenis pengatur tegangan tetap yaitu Positive Voltage Regulator dan Negative Voltage Regulator. Jenis IC Voltage Regulator yang paling sering ditemukan di pasaran adalah tipe 78XX. Tanda XX dibelakangnya adalah kode angka yang menunjukan tegangan output DC pada IC Voltage Regulator tersebut.
Contohnya 7805, 7809, 7812 dan lain sebagainya.
Adjustable Voltage Regulator (Pengatur Tegangan yang dapa di setel) IC jenis Adjustable Voltage Regulator adalah jenis IC pengatur tegangan DC yang memiliki range tegangan output tertentu sehingga dapat disesuaikan kebutuhan rangkaiannya. IC Adjustable Voltage Regulator ini juga memiliki 2 jenis yaitu Positive Adjustable Voltage Regulator dan Negative Adjustable Voltage Regulator. Contoh IC jenis Positive Adjustable Voltage Regulator diantaranya adalah LM317 yang memiliki range atau rentang tegangan dari 1.2 Volt DC sampai pada 37 Volt DC. Sedangkan contoh IC jenis Negative Adjustable Voltage Regulator adalah LM337 yang memiliki range atau jangkauan tegangan yang sama dengan LM317. Pada dasarnya desain, konstruksi dan cara kerja pada kedua jenis IC Adjustable Voltage Regulator adalah sama.
Switching Voltage Regulator ini memiliki Desain, Konstruksi dan cara kerja yang berbeda dengan IC Linear Regulator (Fixed dan Adjustable Voltage Regulator). Switching Voltage Regulator memiliki efisiensi pemakaian energi yang lebih baik jika dibandingkan dengan IC Linear Regulator. Hal ini dikarenakan kemampuannya yang dapat mengalihkan penyediaan energi listrik ke medan magnet yang memang difungsikan sebagai penyimpan energi listrik.
Oleh karena itu, untuk merangkai Pengatur Tegangan dengan sistem Switching Voltage Regulator harus ditambahkan komponen Induktor yang berfungsi sebagai elemen penyimpan energi listrik.
Universitas Sumatera Utara
2.8 Panel Surya
Listrik dapat dihasilkan dengan menggunakan berbagai metode. Efek fotovoltage adalah metode yang paling popular digunakan untuk menghasilkan listrik. Efek fotovoltaik adalah fenomena mengubah energi matahari menjadi arus listrik. Para ilmuan mengembangkan panel surya berdasarkan prinsip konversi energi cahaya menjadi energi lisrik melalui hukum kekalan energi. Perlu kita ketahui, bahwa pengertian panel surya adalah suatu alat yang terdiri dari sel surya yang dapat digunakan untuk mengubah cahaya menjadi listrik. Sel surya ini perlu dilindungi dari kelembaban dan kerusakan yang bisa saja terjadi. Hal ini dilakukan agar tidak merusak efesiensi panel surya secara signifikan dan agar tidak menurunkan masa pakainya. Biasanya panel surya memiliki umur sekitar 20 tahun. Biasanya dalam jangka waktu tersebut pemakaian panel surya tidak akan mengalami penurunan efesiensi yang signifikan. Sekarang ini, meskipun sudah menggunakan komersial hanya mampu mencapai efesiensi sekitar 15%. Panel surya komersial sangat jarang yang bisa melampaui efesiensi 20%.
Keunggulan panel surya:
Panel surya termasuk ramah lingkungan karena tidak memancarkan emisi gas rumah kaca yang berbahaya, seperti karbon dioksida. Panel surya juga tidak memberikan konstribusi terhadap perubahan iklim.
Panel surya memanfaatkan energi matahari, dan matahari adalah sumber energi yang paling berlimpah di planet bumi.
Panel surya mudah dipasang dan juga memiliki biaya pemeliharaan yang rendah.
Kelemahan panel surya:
Saat ini, panel surya masih relative mahal. Meskipun panel surya banyak mengalami penurunan harga, harga panel surya masih cenderung mahal, yaitu sekitar $ 12000-18000.
Panel surya masih perlu meningkatan efesiensi secara signifikan. Rata-rata panel surya saat ini mencapai efesiensi kurang dari 20%. Hal inilah yang menjadi salah satu penyebab banyak orang tidak memilih panel surya.
Penel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.
Contohnya terbuat dari material silicon, selenium dan lainnya.
26
2.9 Sensor Tegangan
Sensor tegangan (digital voltmeter) merupakan sebuah instrument yang dapat mengukur tegangan Dc atau AC dalam bentuk angka diskrit. Voltmeter digital terbuat dari rangkaian-rangkaian yang menggunakan IC tertentu seperti ICL7107 / ICL7106 atau juga bisa menggunakan IC controller dengan memanfaatkan ADC (Analog to Digital Converter). Tegangan yang sampai ke ADC0 atau Vs harus < 5 volt (bila > 5 volt akan merusak mikrokontroler) untuk mengukur tegangan AC maka tegangan harus diubah menjadi tegangan DC. Untuk mengukur teganagan yang besar maka dibutuhkan rangkaian pembagi tegangan sesuai dengan gambar sebelumnya dengan ketentuan tegangan yang masuk ke Vs harus < 5 volt.
Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli. Bentuk modul sensor tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 2.11 berikut:
Gambar 2.11 Sensor Tegangan
Fitur-fitur dan kelebihannya:
- Variasi tegangan masukan: DC 0 – 25 V
- Detetksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V – 25 V - Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
- Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
- Output interface: “+” koneksi 5 / 3.3 V, “-“ terhubung GND, “s” terhubung arduino pin A0
- DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
PERANCANGAN ALAT DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem
Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen yang lainnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan cara kerja dari suatu sistem.
Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Adapun diagram blok dari sistem yang rancang, seperti yang di perlihatkan pada gambar 3.1
PANEL SURYA
PORT USB SENSOR ARUS
ACS712
ARDUINO PRO MINI
PSA 5V
LCD 16X2 SENSOR VOLTAGE
BATERAI
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 3.1 Fungsi Tiap Blok
1. Blok PSA 5 V : Sebagai sumber tegangan DC pada rangkaian.
2. Blok Sensor ACS712 : Sebagai sensor untuk membaca jumlah elektron dan arus yang mengalir.
3. Blok Sensor Tegangan : Sebagai sensor untuk membaca pembacaan tegangan yang mengalir dari panel surya 4. Blok Panel Surya : Sebagai sumber listrik.
5. Baterai : Sebagai penyimpan energi listrik.
6. Blok Arduino Pro Mini : Sebagai pengolah data dari sensor,
memberi output dan pembacaan hasil dari sensor, mengkalibrasi pembacaan sensor.
7. Blok LCD : Sebagai pembacaan besaran arus dan tegangan dari mikrokontroller.
8. Blok Port USB : Sebagai konektor untuk kabel Handphone.
28
3.3 Rangkaian Sensor ACS712
Sensor arus digunakan untuk mengukur arus beban. Saat ini arus ini digunakan untuk menghitung daya beban dan energi. Saya menggunakan sensor arus aula efek (ACS712-20A)
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor ACS712
Sensor dikalibrasi dengan mengasumsikan referensi arduino Vcc = 5V.
Tetapi praktis tidak selalu 5V. Jadi mungkin ada peluang untuk mendapatkan nilai yang salah dari nilai yang sebenarnya. Ini dapat dipecahkan dengan cara berikut:
Ukur tegangan antara arduino 5V dan GND dengan multimeter. Gunakan voltase ini sebagai ganti 5V untuk Vcc di kode Anda. Hit dan coba edit nilai ini hingga cocok dengan nilai yang sebenarnya.
3.4 Rangkaian Power Supplay Adaptor (PSA)
Ketika switch (s1) ditutup (On), arus dari sumber DC 12Volt akan mengalir menuju diode yang berfungsi sebagai pengaman polaritas. Kondensator C5 yang berfungsi sebagai filter dapat dihilangkan jika tegangan input merupakan tegangan DC stabil misalnya dari sumber baterai (Accu/Aki).
Gambar 3.3 Rangkaian PSA
Universitas Sumatera Utara
Pada power supply ini menggunakan IC LM7805. IC LM7805 merupakan salah satu tipe regulator tetap. Regulator tegangan tipe ini merupakan salah satu regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin, Gnd, Vout. Setelah melalui IC 7805, tegangan akan diturunkan menjadi 5 Volt stabil. Fungsi C6 adalah sebagai filter terakhir yang berfungsi mengurangi noice(ripple tegangan) sedangkan LED yang dipasang dengan resistor berfungsi sebagai indicator.
Pada umumnya power supply selalu dilengkapi dengan regulator tegangan.
Tujuan pemasangan regulator tegangan pada power supply adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada power supply. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. IC LM7805 mampu mengeluarkan tegangan +5V dengan memberikan kapasitor pada masing-masing kakinya.
Rangkaian penyearah gelombang penuh kemudian dilanjutkan dengan filter kapasitor C yang dipasang setelah diode bridge. Dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata atau terjadinya pengosongan dan pengisian terhadap kapasitor yang disebut tegangan rippel. Rangkaian regulator ini dapat dipakai untuk menurunkan tegangan 12 volt pada sebuah perangkat elektronika atau pada sebuah kendaraan menjadi stabil.Power supply ini juga menggunakan IC LM 7805 yang berfungsi sebagai regulator.
Regulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC (integrated circuit) mempunyai keuntungan karena lebih kompak (praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, sampling, komparator, referensi, dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen diskrit, sekarang semuanya dirangkai dan dikemas dalam IC. Regulator yang menggunakan IC LM 7805 selalu menghasilkan keluaran yang bernilai positif.
3.5 Mikrokontroller Arduino Pro Mini
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. Berikut ialah gambar 3.4 rangakaian mikrokontroler arduino pro mini.
30
Gambar 3.4 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Pro Mini
Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler Arduino Pro Mini328 dengan compiler Arduino. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler Arduino Pro Mini 328 digunakanlah pin Tx, Rx pada kaki mikrokontroler dihubungkan ke USB via programmer. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer atau terjadi error sehingga port nya tidak terhubung, maka pemrograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.6 LCD 16x 2 sebagai penampil karakter
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 20 x 4. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter.
Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Gambar 3.4 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.Merupakan output yang berfungsi untuk menampilkan nilai pembacaan pada sensor.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 Sistem Kerja Rangkaian LCD
Dari gambar 3.6, rangkaian ini terhubung ke PC.0... PC.5, yang merupakan pin I/O dua arah dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller Arduino Pro Mini. Modul LCD terdiri dari sejumlah memory yang digunakan untuk display. Semua teks yang kita tuliskan ke modul LCD akan disimpan didalam memory ini, dan modul LCD secara berturutan membaca memory ini untuk menampilkan teks ke modul LCD itu sendiri.
3.7 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan digunakan untuk merasakan tegangan panel surya dan baterai. Ini diimplementasikan dengan menggunakan dua rangkaian pembagi tegangan. Ini terdiri dari dua resistor R1 = 100k dan R2 = 20k untuk merasakan tegangan panel surya dan juga R3 = 100k dan R4 = 20k untuk tegangan baterai. Put out dari R1 dan R2 terhubung ke pin analog arduino A0 dan out put dari R3 dan R4 terhubung ke arduino analog pin A1. Prinsip kerja modul sensor tegangan ini dapat membuat tegangan input mengurangi 5 kali dari tegangan asli. Sehingga, sensor hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila diinginkan Arduino analog input dengan tegangan 5 V, dan jika untuk tegangan 3,3 V, tegangan input harus tidak lebih dari 16.5 V. Pada dasarnya pembacaan sensor hanya dirubah dalam bentuk bilngan dari 0 sampai 1023.
Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Tegangan
