ALAT PENGENDALI BEBAN LISTRIK MENGGUNAKAN SENSOR ARUS ACS712 YANG MAMPU MEMONITORING ARUS DAN
MENCEGAH CUT-OFF
SKRIPSI
EDI SAPUTRA TAMBUNAN 100801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2017
YANG MAMPU MEMONITORING ARUS DAN MENCEGAH CUT-OFF
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas dan Memenuhi Syarat Mencapai Gelar Sarjana Sains
EDI SAPUTRA TAMBUNAN 100801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2017
PERNYATAAN
ALAT PENGENDALI BEBAN LISTRIK MENGGUNAKAN SENSOR ARUS ACS712 YANG MAMPU MEMONITORING ARUS DAN MENCEGAH CUT-OFF
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
MEDAN, MEI 2017
EDI SAPUTRA TAMBUNAN 100801034
PENGHARGAAN
Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Alat Pengendali Beban Listrik Menggunakan Sensor Arus ACS712 yang mampu Memonitoring Arus dan Mencegah Cut-Off.
Terima kasih Penulis sampaikan kepada Dr. Tulus Ikhsan Nasution, S.Si., M.Sc selaku pembimbing 1 dan Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc selaku pembimbing 2. Terima kasih kepada Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku Ketua Departemen dan Sekretaris Departemen Fisika S1 FMIPA-USU Medan, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA-USU, seluruh staf dan dosen Fisika S1 FMIPA-USU, Pegawai FMIPA-USU dan rekan-rekan kuliah. Akhirnya tidak terlupakan kepada Bapak, Ibu dan keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan. Semoga Tuhan Yang Maha Esa akan membalasnya.
Medan, Mei 2017
Edi Saputra Tambunan
ALAT PENGENDALI BEBAN LISTRIK MENGGUNAKAN SENSOR ARUS ACS712 YANG MAMPU MEMONITORING ARUS DAN MENCEGAH CUT-OFF
ABSTRAK
Perkembangan teknologi dan gaya hidup saat ini menunjukkan semakin pentingnya kepraktisan yang menyebabkan kebutuhan untuk mengendalikan berbagai alat listrik rumah maupun kantor. Dengan berkembangnya alat elektronik, maka permintaan konsumen terhadap alat elektronik semakin besar sesuai dengan kebutuhan. Namun belakangan ini sering terjadi pemutusan listrik secara tiba tiba karena kelebihan daya yang digunakan.
Sehingga alat elektronik juga ikut mati. Alat elektronik yang seharusnya hidup tiba tiba mati tidak sesuai prosedur, dapat mempengaruhi kinerja dan ketahanan alat tersebut. Dengan alasan inilah penulis membuat alat pengendali beban listrik. Metode yang digunakan ini bertujuan untuk menghindari cut-off secara tiba tiba karena kelebihan daya yang digunakan.
Metode ini bebasis ATMega8535 dengan sensor arus ACS712. Pada proyek ini alat mampu menghasilkan arus rata-rata 0,5 A ± 5A.
Kata kunci: Mikrokontroler ATMega8585, Sensor Arus ACS712.
ELECTRICAL LOAD CONTROLLER USING ACS712 TYPE CURRENT SENSOR CAPABLE OF MONITORING CURRENT AND AVOIDING CUT-OFF
ABSTRACT
Development of technology and life style recently show that how significant and simple in order to cause need to handle every electronic good of home well in office developly. With the development of electronic, so demand of consumer toward the electronic good is more higher. Recently, it’s so often called cut-off suddenly, because too much power used that make electronic off. The electronic that must be on become off suddenly, affect the performance and resilience good. With the reason, writer would make electrical load controller. The methode intend to avoid cut-off suddenly caused of over power used. The methode based on ATMega8535 with current sensor of ACS712. This project has the average current 0,5 A ± 5A.
Keywords: Microcontroller of ATMega8535, current sensor ACS712.
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK iv
ABSTRACT v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
DAFTAR SINGKATAN xi
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 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Meteran Listrik 3
2.2 Daya 3
2.3 Mikrokontroller ATMega8535 4
2.3.1 Konfigurasi PIN ATMega8535 8
2.3.2 Peta Memory ATMega8535 10
2.3.3 Program memory 10
2.3.4 EEPROM Data Memori 10
2.3.5 Pemograman ATMega8535 dengan Bahasa C 11
2.4 Relay 12
2.4.1 Dasar Dasar Relay 13
2.4.2 Prinsip Kerja Relay 14
2.4.3 Cara Kerja Relay 14
2.4.4 Jenis Jenis Dan Simbol Relay 15
2.4.5 Fungsi Relay 19
2.4.6 Aplikasi Relay 21
2.5 Sensor Arus ACS712 21
2.5.1 Karakteristik sensor 22
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Diagram blok 24
3.2 Perancangan Sistem dan Realisasi Rangkaian 25
3.2.1 Rangkaian mikrokontroler ATMega8535 25
3.2.2 Rangkaian ACS712 26
3.2.3 Rangkaian pada LCD 26
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pegujian/ pengukuran sensor arus ACS712 28
4.2 Menghitung konstanta konversi arus 29
4.3 Pemrograman Bahasa C Codevision AVR 30
4.4 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535 31
4.5 Isi Program Pada Codevision AVR 32
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 36
5.2 Saran 36
DAFTAR PUSTAKA 37
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
4.1 Tabel Percobaan Sensor Arus ACS712 28
4.2 Tabel Persentase Error 29
4.3 Tabel Konstanta Konversi Arus 30
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Diagram Blok ATMega8535 7
2.2 Konfigurasi Pin ATMega8535 9
2.3 Peta Memori Program 10
2.4 EEPROM Data Memori 11
2.5 Gambar Relay 13
2.6 Cara Kerja Relay 14
2.7 Relay Segi 15
2.8 Relay SPST 16
2.9 Relay SPDT 16
2.10 Relay DPST 17
2.11 Relay DPDT 17
2.12 Relay QPDT 18
2.13 Timing Relay 18
2.14 Latcing Relay 19
2.15 Gambar Rangkaian Sensor Arus 22
3.1 Diagram Blok Rangkaian 24
3.2 Mikrokontroler ATMega8535 25
3.3 Rangkaian Sensor Arus ACS712 26
3.4 LCD16x2 26
4.1 Tampilan Awal Editor dan Compiler Code Vision AVR 30
4.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 31
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
7.1 Data sheet ATMega8535 38
7.2 Data sheet LM324 48
7.3 Data sheet sensor arus ACS712 55
DAFTAR SINGKATAN
RISC = Reduce Instruction Set Computing
EEPROM = Electrically Eresable Programmable Read-Only Memory ADC = Analog to Digital Converter
AVR = Alf and Vegard’s RISC ACS = Alternating Current Sensor OP-Amp = Operational Amplifier IC = Integrated Circuit NO = Normally Opened NC = Normally Closed
SPST = Single Pole Single Throw SPDT = Single Pole Double Throw DPST = Double Pole Single Throw DPDT = Double Pole Double Throw QPDT = Quadruple Pole Double Throw
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik merupakan sumber utama yang yang berperan aktif dalam kehidupan masyarakat, baik dari segi akademik, sosial, kesehatan dan lain-lain. Masyarakat diberikan oleh PLN daya sesuai tarif yang telah disepakati bersama. PLN memberikan daya dengan meletakkan bargainser sebagai pembatas daya. Sehingga masyarakat yang berperan sebagai konsumen dapat memakai listrik dari PLN. Hal yang paling sering diketahui tetapi tidak disadari adalah konsumen memakai daya yang berlebih sehingga menyebabkan Cut-Off. Cut- Off disini dalam artian pemutusan hubungan listrik. Ini bisa terjadi karena pemakaian daya secara berlebih. Sehingga memungkinkan terjadinya kerusakan pada alat-alat elektronik seperti komputer, AC, dan lain lain. Selain itu juga dapat menyebabkan pemborosan arus apabila sering terjadi pemutusan listrik tiba-tiba.
Sebelumnya sudah ada penelitian dari mahasiswa dari perguruan tinggi, yaitu membuat suatu alat yang bisa menampilkan arus yang terpakai. Dimana arus itu ditampilkan di LCD. Hanya saja LCD tersebut tidak selalu diperhatikan oleh konsumen, bisa jadi disebabkan karena kesibukan dalam kerja, sehingga memungkinkan untuk terjadinya cut-off (pemutusan listrik tiba-tiba).
Dari permasalahan di atas, penulis memberikan gagasan untuk membuat alat yang berfungsi untuk menampilkan arus dan mengendalikan listrik secara berprioritas. Adapun judul dari alat ini adalah “ALAT PENGENDALI BEBAN LISTRIK MENGGUNAKAN SENSOR ARUS ACS712 YANG MAMPU MEMONITORING ARUS DAN MENCEGAH CUT- OFF”. Alat ini menggunakan sensor di tiap-tiap prioritas beban untuk mendeteksi arus dan menampilkan data ke LCD melalui mikrokontroler. Selain itu, mikrokontroler akan mengaktifkan relay dari satu atau sebagian beban ketika akan terjadi kelebihan daya.
Sehingga tidak terjadi cut-off (pemutusan listrik secara tiba-tiba).
1.2 Rumusan Masalah
Dari pembahasan di atas, rumusan masalah dari penelitian dan rancangan mencakup : 1. Seberapa besar kemampuan mikrokontroler ATMega8535 membaca keluaran sensor
ACS712.
2. Merancang logika sistematik pengendalian arus berprioritas.
3. Merancang program untuk mengendalikan sistem dengan menggunakan bahasa C.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan yang dibuat untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas penulisan dibatasi pada :
1. Pembahasan tentang prinsip kerja dan karakteristik sensor arus ACS712 tipe 5 Ampere.
2. Pembahasan tentang cara kerja rangkaian mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengendali arus.
3. Pembahasan tentang pemrograman bahasa C untuk mengendalikan beban arus berprioritas.
1.4 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan untuk, yaitu :
1. Merancang suatu suatu sistem pengatur arus beban dengan metode prioritas beban.
2. Menguji alat pengendali arus berprioritas untuk mendapatkan data.
3. Menganalisa data yg didapat dari pengujian.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat mengatur penggunaan arus agar tidak terjadi Cut-Off.
2. Mempertahankan beban arus berprioritas tinggi tetap hidup sehingga aktivitas kerja tidak terganggu.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Meteran listrik
Setiap rumah milik penduduk yang berlangganan listrik dengan PLN dipasangkan alat yang disebut bargainser atau yang biasa dikenal umum meteran listrik. Alat ini adalah batas antara PLN dengan pelanggan. Lepas dari alat ini adalah tanggung jawab pelanggan. Posisi pemasangan bargainser di depan rumah akan lebih memudahkan pencatatan pemakaian listrik oleh petugas PLN. Bargainser memilki fungsi-fungsi, yaitu:
1. Pembatas daya yang digunakan oleh pelanggan 2. Mencatat daya yang dipakai oleh konsumen.
3. Saklar utama pemutusan aliran listrik saat terjadi kelebihan pemakaian daya.
Bargainser sebagai pembatas jumlah daya yang disepakati antara konsumen dengan PLN. Dalam artian konsumen tidak bisa menggunakan daya yang melebihi dari yang telah disepakati. Karena ketika menggunakan daya yang melebihi, maka akan terjadi pemutusan arus secara tiba-tiba (cut-off). Sehingga memungkinkan terjadinya kerusakan pada alat elektronik.
2.2 Daya
Daya adalah sebuah kuantitas yang penting dalam rangkaian-rangkaian praktis. Daya merupakan ukuran disipasi energi di dalam sebuah alat. Karena tegangan dan arus dapat berubah sebagai fungsi dari waktu. Berdasarkan defenisi, daya sesaat adalah perkalian antara tegangan dan arus sesaat.
𝑝(𝑡) = 𝑣(𝑡)x 𝑖(𝑡) (1)
Dapat menggunakan 𝑝(𝑡) untuk mempelajari intensitas disipasi energi pada setiap saat waktu tertentu (C.K. Tse,1998).
Daya lisrik dapat didefenisikan sebagai ukuran (rate) pada saat energi listrik dikonversi. Misalnya bola lampu 150-W merubah energi dua kali dengan ukuran lampu 75- W. Dapat diingat bahwa watt (W) adalah ukuran dasar dari daya listrik. Kesimpulan rumus untuk daya pengukuran pada rangkaian dc dan ac adalah sebagai berikut:
Rangkaian DC
𝑃 = 𝑉 x 𝐼 (2)
𝑃 = 𝑉2 / 𝑅 (3)
𝑃 = 𝐼2 𝑥 𝑅 (4) Rangkaian ac satu-fase
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 𝑃𝐹 (5)
Rangkaian ac tiga-fase
𝑃 = 𝑉𝑖𝑛 𝑥 𝐼𝑖𝑛 𝑥 1,73 𝑥 𝑃𝐹 (6)
Dengan P = Daya dalam watt (W) V = Tegangan dalam volt (V) I = Arus dalam amperer (I) R = Tahanan dalam ohm (Ω) PF = Faktor daya
Untuk pemakaian industri kecil, watt adalah satuan yang terlalu kecil sehingga kilowatt(kW) yaitu 1000 W, digunakan sebagai satuan standar. Untuk pemakaian industri besar, satuan kilowatt adalah terlalu kecil untuk pengukuran, sehingga megawatt (MW) yaitu 1000 kW atau 1.000.000 W digunakan sebagai satuan pengukuran.
Wattmeter memperhitungkan semua faktor arus, tegangan dan faktor daya pada waktu yang sama dan menunjukkan daya yang sungguh-sungguh terpakai. Wattmeter ada yang berupa konfigurasi analog atau digital.
Wattmeter mempunyai empat terminal: dua untuk tegangan dan dua untuk arus.
Terminal tegangan dihubungkan ke Iin dan ujung-ujung arus dihubungkan seri dengan beban.
Meskipun banyak beban diseluruh pabrik adalah satu-fase, daya yang mengoperasikan datang dari sistem distribusi satu-fase milik sistem distribusi banyak fase. Umumnya wattmeter fase banyak digunakan untuk mengukur daya pada rangkaian tiga-fase. (Petruzella,2001).
2.3 Mikrokontroler ATMega8535
Mikrokontroler adalah mikrokomputer chip-tunggal yang dirancang secara spesifik untuk aplikasi-aplikasi kontrol dan bukan untuk aplikasi-aplikasi serbaguna. Aplikasi-aplikasi yang tipikal meliputi kontrol perangkat-perangkat peripheral seperti motor, penggerak, printer, dan komponen-komponen subsistem minor. (Tooley, 2003)
Mikrokontroler sesuai dengan namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroler jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan diantaranya :
1. Tersedianya Input/Output
I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia, sementara pada mikroprosesor dibutuhkan IC
tambahan untuk menangani I/O tersebut, IC yang dimaksud adalah PPI 8255.
2. Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal.
Dengan kelebihan-kelebihan diatas mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroler. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai pegendali suatu sistem.
Dengan menggunakan mikrokontroler maka:
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa bagian yang langsung dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit.
Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena di dalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega8535 juga memiliki fasilitas yang lebih lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lainnya seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMega8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega8535 sebagai mikrokontroler yang
powerfull. Adapun diagram blok ATMega8535 adalah sebagai berikut:
Gambar 2.1 Diagram blok ATMega8535
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut : 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
2. Kapasitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.3.1 Konfigurasi PIN ATMega8535
Mikrokontroler ATMega8535 mempunyai pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin diantaranya untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output sesuai konfigurasi.
Pada 32 tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masing-masing terdiri dari 8 pin. Pin lainya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supplay tegangan, reset, serta tegangan reverensi untuk ADC. Konfigurasi pin ATMega8535 digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATMega8535
Dari gambar diatas dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 adalah sebagai berikut :
• VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
• GND merupakan pin ground.
• Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
• Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
• Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator.
• Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
• RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
• XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
• AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
• AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.3.2 Peta Memori ATMega8535
ATMega memiliki dua jenis memori yaitu Data Memory dan Program Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk menyimpan data.
2.3.3 Program Memory
ATMega memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyampaikan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.
Application Flash Section digunakan untuk menyampaikan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Berdasarkan memori Boot Flash Section dapat deprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2.3 Peta Memori Program
2.3.4 EEPROM Data Memori
ATMega8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data.
Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
EEPROM
$000
$01FF Gambar 2.4 EEPROM Data Memori
2.3.5 Pemograman ATMega8535 dengan Bahasa C
Bahasa C adalah bahasa pemograman yang dapat dikatakan berada pada bahasa pemograman tingkat rendah (bahasa yang berorientasi pada mesin). Pembuat bahasa C adalah Brian W. Kernighan dan Dennis M. Ritchie pada tahun 1972. C adalah bahasa pemigraman terstruktur, yang membagi program dalam bentuk blok. Tujuannya adalah untuk memudahkan dalam pembuatan dan pengembangan program. Program yang ditulis dengan menggunakan bahasa C mudah sekali dipindahkan dari satu jenis program ke bahasa program lain. Hal ini karena adanya standarisasi bahasa C yaitu berupa standar ANSI (American National Standart Institut) yang dijadikan acuan oleh para membuat kompiler.
Pengembangan sebuah sistem menggunakan mikrokontroler AVR buatan ATMEL menggunkan software AVR STUDIO dan CodeVision AVR. AVR STUDIO merupakan software yang digunakan untuk bahasa assembly yang mempunyai fungsi yang sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program, kompilasi, simulasi dan download program ke IC mikrokontroler AVR. Sedangkan CodeVisionAVR merupakan software C-cross compiler, dimana program dapat ditulis dengan menggunakan bahasa C,CodeVision memiliki IDE (Integrated Development Environment) yang lengkap, dimana penulisan program, compile, link, pembuatan code mesin (assembler) dan dowwnload program ke chip AVR dapat dilakukan dengan CodeVision, selain itu ada fasilitas terminal, yaitu melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah diprogram. Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan System Programmable Flash on-Chip mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
Pengembangan sebuah sistem menggunakan mikrokontroler AVR buatan ATMEL menggunakan software AVR Studio dan Code Vision AVR. AVR Studio merupakan
software yang digunakan untuk bahasa assembly yang mempunyai fungsi yang sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program, kompilasi, simulasi dan download program ke IC mikrokontroler AVR.
Sedangkan Code Vision AVR merupakan software C-cross Complier, dimana program dapat ditulis dalam bahasa C, CodeVision memiliki IDE (Integrated Development Environment) yang lengkap dimana penulis program, compile, link, pembuatan kode mesin (assembler) dan download program ke chip AVR dapat dilakukan dengan menggunakan Code Vision, selain itu ada fasilitas terminal, yaitu melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah diprogram. Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan System Programmable Flash On. Chip mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
2.4 Relay
Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusun atau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik.
Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut.
• Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup atau membuka kontak saklar.
• Saklar yang digerakkan secara mekanis oleh daya atau energi listrik.
Sebagai komponen elektronika, relay mempunyai peran penting dalam sebuah sistem rangkaian elektronika dan rangkaian listrik untuk menggerakan sebuah perangkat yang memerlukan arus besar tanpa terhubung langsung dengan perangakat pengendali yang mempunyai arus kecil. Dengan demikian relay dapat berfungsi sebagai pengaman.
Relay terdiri dari 3 bagian utama, yaitu:
1. Common, merupakan bagian yang tersambung dengan Normally Close (dalam keadaan normal).
2. Koil (kumparan), merupakan komponen utama relay yang digunakan untuk menciptakan medan magnet.
3. Kontak, yang terdiri dari Normally Close dan Normally Open.
Gambar 2.5 Gambar Relay
2.4.1 Dasar-Dasar Relay
Penemu relay pertama kali adalah Joseph Henry pada tahun 1835. Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang diparalel dengan lilitannya dan dipasang terbalik yaitu anoda pada tegangan () dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.
Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang dililitin kawat.
Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on. Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off).
2.4.2 Prinsip Kerja Relay
Relay merupakan komponen listrik yang memiliki prinsip kerja magnet dengan induksi listrik. Relay terdiri atas bagian-bagian utama sebagai berikut.
1. Coil atau kumparan, merupakan gulungan kawat yang mendapat arus listrik. adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil.
2. Contact atau penghubung, adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).
Cara kerja relay adalah sebagai berikut :
Gambar 2.6 Cara Kerja Relay
1. Saat coil mendapatkan energi listrik (energized) akan menimbulkan gaya elektromanetik 2. Gaya magnet yang ditimbulkan akan menarik plat/lengan kontak (armature) berpegas
(bersifat berlawanan), sehingga menghubungkan 2 titik kontak.
2.4.3 Cara Kerja Relay
Cara kerja relay sangat sederhana. Di sini kita akan membahas relay pada umumnya.
Gambar 2.7 Relay Segi
Relay terdiri dari 2 terminal trigger, 1 terminal input dan 1 terminal output.
1. Terminal trigger : yaitu terminal yang akan mengaktifkan relay, seperti alat electronik lainya relay akan aktif apabila di aliri arus (+) dan arus (-). Pada contoh relay yang kita gunakan terminal trigger ini adalah 85 dan 86.
2. Terminal input : yaitu terminal tempat kita memberikan masukan, pada contoh adalah terminal 30
3. Terminal output : yaitu tempat keluarnya output pada contoh adalah terminal 87.
2.4.4 Jenis-Jenis dan Simbol Relay
Ada beberapa jenis relay berdasarkan cara kerjanya yaitu:
1. Normaly On
Kondisi awal kontaktor tertutup (On) dan akan terbuka (Off) jika relay diaktifkan dengan cara memberi arus yang sesuai pada kumparan atau koil relay. Istilah lain kondisi ini adalah Normaly Close (NC).
2. Normaly Off
Kondisi awal kontaktor terbuka (Off) dan akan tertutup jika relay diaktifkan dengan cara memberi arus yang sesuai pada kumparan atau koil relay. Istilah lain kondisi ini adalah Normaly Open (NO).
3. Change-Over (CO) atau Double-Throw (DT)
Relay jenis ini memiliki dua pasang terminal dengan dua kondisi yaitu Normaly Open (NO) dan Normaly Close (NC).
Selain itu, seperti saklar, relay juga dibedakan berdasar pole dan throw yang dimilikinya. Pole adalah banyaknya kontak yang dimiliki oleh relay. Sedangkan throw adalah banyaknya kondisi (state) yang mungkin dimiliki kontak. Berikut ini penggolongan relay berdasar jumlah pole dan throw atau disebut juga sebagai simbol relay.
1. SPST (Single Pole Single Throw)
Relay ini memiliki empat terminal yaitu, dua terminal kumparan atau koil dan dua terminal saklar (A dan B) yang dapat terhubung dan terputus.
Gambar 2.8 Relay SPST
2. SPDT (Single Pole Double Pole)
Relay ini memiliki lima terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan tiga terminal saklar (A,B, dan C) yang dapat terhubung dan terputus dengan satu terminal pusat. Jika suatu saat terminal (misal A) terputus dengan terminal pusat (C) maka terminal lain (B) terhubung dengan terminal pusat tersebut (C), demikian juga sebaliknya.
Gambar 2.9 Relay SPDT
3. DPST (Double Pole Single Throw)
Relay ini mempunyai enam terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan empat terminal, merupakan dua pasang saklar yang dapat terhubung dan terputus (A1 dan B1 serta A2 dan B2).
Gambar 2.10 Relay DPST
4. DPDT (Double pole Double Throw)
Relay ini mempunyai delapan terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil, enam terminal merupakan dua set saklar yang dapat terputus dan terhubung (A1,B1,C1 dan A2, B2, C2).
Gambar 2.11 Relay DPDT
5. QPDT (Quadruple Pole Double Throw)
QPDT sering disebut sebagai Quad Pole Double Throw atau 4PDT (Four Pole Double Throw). Relay ini setara dengan 4 buah saklar atau relay SPDT atau dua buah relay DPDT dan terdiri dari 14 pin (termasuk 2 buah untuk koil). 6.3PDT (Three Pole Double Throw)
Gambar 2.12 Relay QPDT
Selain itu terdapat jenis-jenis relay lainnya. Relay juga diaplikasi untuk berbagai keperluan, sehingga dianggap relay tersebut memiliki fungsi khusus, seperti contoh berikut.
1. Timming Relay
Relay yang bekerja untuk sebuah pewaktuan. Di mana koil relay akan dianggap ON, jika memenuhi beberapa waktu tertentu (misal 5 detik). Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya ialah, jika koildari timing relayON, maka beberapa detik kemudian, baru kontak relayakan ON atau OFF (sesuai jenis NO/NC contact).
Gambar 2.13 Timing Relay
2. Latching Relay
Relay ini dipergunakan untuk menahan atau latch atau jenis relay yang digunakan untuk latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah mati.
Cara kerjanya ialah, jika latch coil diaktifkan, ia tidak akan bisa dimatikan kecuali unlatch coil diaktifkan.
Gambar 2.14 Latcing Relay
3. Reed Relay
Relay ini memiliki seperangkat kontak di dalam vakum atau gas inert untuk mengisi tabung gelas, yang melindungi kontak terhadap korosi atmosfer. Kontak tertutup oleh medan magnet yang dihasilkan ketika arus mengalir melalui kumparan di sekeliling tabung gelas. Reed relay mampu switching kecepatan lebih cepat daripada jenis relay yang lebih besar, tetapi beralih rendah arus dan tegangan peringkat.
2.4.5 Fungsi Relay
Fungi atau kegunaan relay dalam dunia elektronika sebenarnya juga sama seperti dalam teknik listrik. Hanya saja kebanyakan relay yang digunakan dalam teknik elektronik adalah relay dengan voltase kecil seperti 6 Volt, 12 Volt, 24 Volt berbeda dengan teknik listrik yang memakai relay 220 Volt dan 110 Volt. Namun ada juga dalam teknik elektronik yang memakai relay dengan voltase tinggi. Walau ada perbedaan pemakaian voltase pada relay, sebenarnya relay memiliki fungsi atau kegunaan yang sama yakni sebagai alat pengganti saklar yang bekerja untuk mengontrol atau membagi arus listrik ataupun sinyal lain ke sirkuit rangkaian lainnya.
Secara garis besar, fungsi relay adalah sebagai berikut.
• Kontrol tegangan tinggi rangkaian dengan sinyal bertegangan rendah, seperti dalam beberapa jenis modem atau audio amplifier.
• Kontrol sebuah rangkaian arus tinggi dengan sinyal arus rendah, seperti pada solenoid starter dari sebuah mobil.
• Mendeteksi dan mengisolasi kesalahan pada jalur transmisi dan distribusi dengan membuka dan menutup pemutus rangkaian (perlindungan relay).
• Sebuah kumparan relay DPDT AC dengan kemasan “ice cube”.
• Isolasi mengendalikan rangkaian dari rangkaian yang dikontrol ketika kedua berada pada potensi yang berbeda, misalnya ketika mengendalikan sebuah perangkat bertenaga utama dari tegangan rendah switch. Yang terakhir ini sering digunakan untuk mengontrol pencahayaan kantor sebagai kawat tegangan rendah dapat dengan mudah diinstal di partisi, yang dapat dipindahkan sesuai kebutuhan sering berubah. Mereka mungkin juga akan dikendalikan oleh hunian kamar detektor dalam upaya untuk menghemat energi.
• Logika fungsi. Sebagai contoh, DAN fungsi boolean direalisasikan dengan menghubungkan relay normal kontak terbuka secara seri, maka fungsi ATAU dengan menghubungkan normal kontak terbuka secara paralel. Perubahan atas atau Formulir C kontak melakukan XOR fungsi. Fungsi yang sama untuk NAND dan NOR yang dicapai dengan menggunakan kontak normal tertutup. Tangga bahasa pemrograman yang sering digunakan untuk merancang jaringan logika relay.
• Awal komputasi. Sebelum tabung vakum dan transistor, relay digunakan sebagai unsur- unsur logis dalam komputer digital.
• Safety logika kritis. Karena relay jauh lebih tahan daripada semikonduktor radiasi nuklir, mereka banyak digunakan dalam keselamatan logika kritis, seperti panel kontrol penanganan limbah radioaktif mesin.
• Waktu tunda fungsi. Relay dapat dimodifikasi untuk menunda pembukaan atau penutupan menunda satu set kontak. Yang sangat singkat (sepersekian detik) penundaan ini akan menggunakan tembaga disk antara angker dan bergerak blade perakitan. Arus yang mengalir dalam disk mempertahankan medan magnet untuk waktu yang singkat, memperpanjang waktu rilis. Untuk sedikit lebih lama (sampai satu menit) keterlambatan, sebuah dashpot digunakan. Sebuah dashpot adalah sebuah piston diisi dengan cairan yang diperbolehkan untuk melarikan diri perlahanlahan. Jangka waktu dapat divariasikan dengan meningkatkan atau menurunkan laju aliran. Untuk jangka waktu lebih lama, mesin jam mekanik timer diinstal.
2.4.6 Aplikasi Relay
Relay umumnya digunakan untuk hal-hal di bawah ini, yaitu :
1. Untuk mengendalikan rangkaian tegangan tinggi melalui sinyal tegangan rendah.
2. Untuk mengendalikan rangkaian dengan arus yang tinggi melalui sinyal arus kecil.
3. Untuk mendeteksi dan mengisolasi kegagalan pada jalur transmisi dan distribusi dengan membuka atau menutup circuit breaker.
4. Untuk mengisolasi rangkaian pengendali dari rangkaian yang dikendalikan jika potensial yang digunakan berbeda. Misalnya untuk mengendalikan rangkaian daya tegangan tinggi melalui switch tegangan rendah.
5. Untuk merepresentasikan fungsi-fungsi logika. Misalnya fungsi AND didapat dengan menserikan dua kontak NO dan sebagainya.
6. Relay juga dapat digabungkan fungsinya dengan sebuah timer untuk mendapatkan fungsi penunda waktu.
2.5 Sensor Arus ACS712
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu bentuk besaran fisik menjadi suatu bentuk besaran listrik sehingga dapat dianalisa menggunakan rangkaian listrik tertentu. Dalam bentuk rangkaian elektronik terdapat tegangan, arus dan hambatan yang saling berhubungan. Ampere meter adalah alat untuk mengukur arus yang mengalir pada suatu rangkaian elektronik. Arus listrik yang mengalir pada suatu konduktor menimbulkan medan magnet. Oleh sebab itu arus listrik dapat diukur dengan besarnya medan magnet.
Untuk pengukuran arus, digunakan IC ACS712-30A. IC tersebut merupakan sensor arus berkapasitas maksimum 30 Ampere. IC ACS712-30A memiliki rate tegangan yang linier terhadap arus input. Pada 0 ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5 DC pada input 0A.
Untuk arus AC. Untuk arus AC, tegangan output ACS memilki output sinyal sinus dengan DC refference sebesar ½ Vcc. Dengan kondisi tersebut, digunakan rangkaian pengkondisian sinyal seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.15 Gambar Rangkaian Sensor arus
Pada rangakaian di atas terdapat coupling kapasitif yang dapat menghilangkan DC refrensi dari sinyal output ACS. Selanjutnya sinyal tersebut dikuatkan dengan OP-Amp tanpa
dl+IP
Vcc VI Out Filter Ground AC
ACS 712-30A
+5V
0,1 uf
0,1 uf
ADC AVR
c
R R
catu daya negatif. Sehingga sinyal sinus terpotong pada setiap tegangan negatifnya. Sinyal outputnya masih memiliki ripple sehingga pembacaan melalui ADC akan sulit dilakukan.
Sinyal tersebut difilter dengan kapasitor sehingga ripple faktor dapat dihilangkan.
2.5.1 Karakteristik Sensor
Dalam suatu instrumentasi atau pengontrol, karakteristik sensor harus diketahui lebih dahulu. Hal ini bertujuan agar sistem instrumentasi yang digunakan tidak menyimpang dari karakteristiknya dan hasil yang dicapai benar-benar akurat. Sensor merupakan awal permulaan dari sistem instrumentasi, sehingga mempunyai peran yang sangat penting.
Apabila terjadi kesalahan pada suatu sensor maka seterusnya sistem instrumentasi akan terjadi kesalahan. Karakteristik sensor juga menunjukkan kualitas dari sensor tersebut.
(Cooper. 1999)
Dari pemasukan (input) ke pengeluaran (output), sebuah sensor harus sudah terkonversi sebelum menghasilkan suatu sinyal elektrik. Hubungan antara masukan dengan keluaran di gambarkan sebagai karakteristik sensor. Salah satu karakteristik sensor adalah fungsi transfer yaitu suatu fungsi hubungan ideal antara masukan dan keluaran. Fungsi transfer bergantung pada sinyal listrik (S) yang dihasilkan oleh sensor dan disimulasikan s:S = f(s). Fungsi tersebut memungkinkan adanya hubungan linier atau tidak linier. Pada hubungan linier dinyatakan dengan S = a + bs dimana a adalah sinyal keluaran pada masukan nol (mengintrupsi) dan b adalah gradien yang biasanya disebut sensitivitas. S adalah suatu Karakteristik keluaran sinyal elektrik yang digunakan untuk data yang diperoleh dari keluaran sensor. (Fraden. 2003)
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
Gambar di atas merupakan rancang bangun dari konfigurasi sistem input sistem.
Rangkaian bekerja berdasarkan program yang telah diunggah ke ic mikrokontroler ATMega8535. Pada saat diaktifkan program akan melakukan inisialisasi dan nilai awal. Setelah itu program mulai membaca input yaitu arus yang mengalir pada beban melalui sensor arus ACS712. Arus yg terbaca oleh sensor dikonversi menjadi data digital 10bit. Untuk mengetahui arus sebenarnya maka data digital tersebut harus dikalibrasi.
Kalibrasi dilakukan dengan mengalikan sebuah konstanta sehingga sama dengan arus sebenarnya yang sedang mengalir. Hasil kalibrasi ditampilkan pada display LCD dan dijadikan pembanding dengan batas arus yang ditentukan. Batas arus pada rancangan ini ditentukan 5A, sehingga jika arus mendekati 5A yaitu sekitar 4A lebih maka program akan mulai melakukan pemutusan beban. Mulai dari prioritas rendah. Jika pemutusan beban rendah telah mengurangi arus sehingga dibawah batas maka pemutusan hanya pada titik itu saja. Akan tetapi jika setelah pemutusan beban prioritas rendah, arus yang terdeteksi masih cukup tinggi maka pemutusan prioritas berikutnya dibutuhkan. Demikian seterusnya jika arus
RELAY 1
RELAY 2
RELAY 3
RELAY 4
RELAY 5
BEBAN 1
BEBAN 2
BEBAN 3
BEBAN 4
BEBAN 5 ACS712
LCD DISPLAY
ATMEGA 8535
masih terus tidak turun, pemutusan akan dilakukan sampai beban prioritas 2. Sedangkan prioritas 1 tetap dipertahankan. Setelah arus kembali turun dibawah batas maka beban akan dihidupkan kembali mulai dari prioritas tinggi ke rendah. Demikianlah cara kerja rangkaian sesuai program yang telah dibuat.
3.2 Perancangan Sistem dan Realisasi Rangkaian 3.2.1 Rangkaian mikrokontroler ATMega8535
ATMega8535 berfungsi sebagai pengontrol kuota untuk pemakaian listrik. Peran penting ATMega8535 untuk membaca inputan dari sensor arus ACS712 dan mengaktifkan relay saat terjadi kelebihan arus yg terpakai. Adapun rangkaian ATMega8535 adalah,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 40
38 39 PA.0 PB.0
PB.1 PB.2 PB.3
PD.2
PC.0 PC.1 PC.2 PC.4 PC.5 PC.6 PC.7
ATMEGA 8535
Gambar 3.2 Mikrokontroler ATMega8535
3.2.2 Rangkaian ACS712
Sebagaimana diketahui fungsi sensor arus ACS712 disini yaitu untuk mendeteksi arus dari beban yang digunakan. Metode pemasangan dari beban ke sensor ACS712 dipasang secara seri.
ATMega8535 ACS 712
V out Sensor Arus
LM 324
10K 100K
10 µF/25V Arus Beban
+ -
Gambar 3.3 Rangkaian ACS712
Arus beban dideteksi oleh sensor arus melalui pin 1 dan 2 sebagai sumbu positif. 3 dan 4 dihubungkan ke beban. kemudian outputnya pada pin 7 akan di kuatkan oleh ic lm324 melalui pin 2 dan 3 agar data dapat dibaca oleh ATMega8535. Selanjutnya outputnya pada pin 1 distabilkan oleh kapasitor sebesar 10 µF/25V. Selanjutnya data dibaca oleh ATMega8535.
3.2.3 Rangkaian pada LCD
LCD berfungsi sebagai display karakter dari sistem. Agar kuat arus dapat dilihat, maka mikrokontroler diprogram untuk menampilkan hasilnya di LCD
.
RS RW GLK
PC.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+5V PC.2
PC.1
PC.0 PC.4
PC.5PC.6
LCD DISPLAY
+5V
Gambar 3.4 LCD16x2
LCD 16×2 adalah salah satu penampil yang sangat populer digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan usernya. Dengan penampil LCD 16×2 ini user dapat melihat/memantau keadaan sensor ataupun keadaan jalannya program. Penampil LCD 16×2 ini bisa dihubungkan dengan mikrokontroler apa saja. Salah satunya dari keluarga AVR
ATMega baik ATMega32, ATMega16 ataupun ATMega8535 dan ATMega 8. Adapun pengkabelan LCD 16×2 adalah sebagai berikut:
1. Kaki 1 dan 16 terhubung dengan Ground (GND) 2. Kaki 2 dan 15 terhubung dengan VCC (+5V)
3. Kaki 3 dari LCD 16×2 adalah pin yang dihubungkan ke ground 4. Pin 4 (RS) dihubungkan dengan PC.2 mikrokontroler
5. Pin 5 (RW) dihubungkan dengan PC.1 mikrokontroler 6. Pin 6 (E) dihubungkan dengan PC.0 mikrokontroler
7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroler sebagai jalur datanya.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada pengujian alat ini dilakukan dengan menghitung arus beban dan tegangan beban dengan menggunakan multimeter digital dan membandingkannya dengan hasil tampilan pada LCD dengan menggunakan sensor arus ACS712. Hal ini dilakukan untuk mengetahui error atau ralat masing-masing lampu pada ketiga parameter yang ditampilkan. Dalam hal ini lampu yang digunakan adalah lampu Philips dengan daya 100 watt sebanyak sepuluh buah untuk mendapatkan daya sebanyak 1000 watt.
4.1 Pegujian/ pengukuran sensor arus ACS712 Tabel 4.1 Tabel Percobaan Sensor Arus ACS712
Lampu (W)
I teori (A)
Voltmeter (V)
I display ACS712
(A)
100 0,45 0,23 0,53
200 0,90 0,52 0,91
300 1,36 0,91 1,34
400 1,81 1,30 1,80
500 2,27 1,72 2,26
600 2,72 2,14 2,64
700 3,18 2,64 3,08
800 3,63 2,99 3,54
900 4,09 3,50 3,95
1000 4,54 3,90 4,31
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼1 = [𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖1− 𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘1
𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖1 ] 𝑥100% = [0,45 − 0,53
0,45 ] 𝑥100% = 1,7%
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼2 = [𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖2− 𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘2
𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖2 ] 𝑥100% = [0,90 − 0,91
0,90 ] 𝑥100% = 1,1%
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼1 = [𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖3− 𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘3
𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖3 ] 𝑥100% = [1,36 − 1,34
1,36 ] 𝑥100% = 1,4%
Untuk perhitungan selanjutnya dapat digunakan rumus, 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐼𝑖 = [𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑖−𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘𝑖
𝐼𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑖 ] 𝑥100%.
Tabel 4.2 Tabel Persentase Error Lampu
(W)
I teori (A)
I display ACS712
(A)
%Error
100 0,45 0,53 1,7
200 0,90 0,91 1,1
300 1,36 1,34 1,4
400 1,81 1,80 0,5
500 2,27 2,26 0,5
600 2,72 2,64 2,9
700 3,18 3,08 3,2
800 3,63 3,54 2,5
900 4,09 3,95 3
1000 4,54 4,31 5
Dari tabel di atas terlihat nilai I yang dihasilkan ACS712 tidak berbeda jauh dari I teorinya. Kemudian diperoleh % Eror 0,5 % sampai 5%, menunjukkan bahwa penggunaan ACS712 memiliki persen error yang sangat kecil sehingga ACS712 sangat efektif dalam artian sangat akurat dalam pembacaan data, respon dari ACS712 sangat cepat, dan sensor ini bisa digunakan untuk alat pengendali beban listrik berprioritas.
4.2 Menghitung konstanta konversi arus
Penghitungan ini dilakukan untuk mengetahui berapa besar tegangan yang digunakan dalam 1 ampere.
𝐾1 = 𝑉𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟1
𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘1 =0,23𝑉
0,53𝐴 = 0,43 𝑉 𝐴⁄ 𝐾2 = 𝑉𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟2
𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘2 = 0,52𝑉
0,91𝐴= 0,57 𝑉 𝐴⁄ 𝐾3 = 𝑉𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟3
𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘3 = 0,91𝑉
1,34𝐴= 0,67 𝑉 𝐴⁄ 𝐾4 = 𝑉𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟4
𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘4 = 1,30𝑉
1,80𝐴= 0,72 𝑉 𝐴⁄
Untuk satuannya diartikan sebagai berapa banyak tegangan yang dipakai dalam 1 ampere.
Untuk penghitungan selanjutnya, dapat digunakan rumus 𝐾𝑖 = 𝑉𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟𝑖
𝐼𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘𝑖,
Tabel 4.3 Tabel Konstanta Konversi Arus Lampu
(W)
V Voltmeter
(V)
I display ACS712
(A)
%Error (%)
K (V/A)
100 0,23 0,53 1,7 0,43
200 0,52 0,91 1,1 0,57
300 0,91 1,34 1,47 0,67
400 1,30 1,80 0,5 0,72
500 1,72 2,26 0,5 0,76
600 2,14 2,64 2,9 0,81
700 2,64 3,08 3,2 0,86
800 2,99 3,54 2,5 0,84
900 3,50 3,95 3 0,89
1000 3,90 4,31 5 0,90
𝑥̅𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 2,18 𝑥̅𝐾 = 0,74
Dari perhitungan konstanta konversi arus yang didapat nilai yang diperoleh untuk konversi arus berkisar dari 0,43 V/A sampai 0,90 V/A. Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa semakin besar daya beban yang diberikan maka nilai konversi arusnya juga semakin meningkat. Ini menjelaskan bahwa banyaknya tegangan yang terpakai dalam setiap 1 ampere, dapat diambil rata-rata konstantanya sebesar 0,74 V/A.
4.3 Pemrograman Bahasa C CodeVision AVR
Untuk membaca besaran arus untuk menampilkannya pada komputer diprogram aplikasi dengan menggunakan bahasa C Codevision avr.
Gambar 4.1 Tampilan Awal Editor Dan Compiler CodeVision AVR
Sebuah berkas program C terdiri dari beberapa unsur, yaitu dokumentasi program, pengarah prapengolahan, bagian deklarasi global, sebuah fungsi main (), dan fungsi-fungsi
buatan pemrogram. Masing-masing fungsi ini terdiri dari badan fungsi yang memuat deklarasi local dan kode program yang dapat dieksekusi.
Dalam mengolah kode-kode program, compiler C melaksanakan beberapa tahapan yaitu melakukan prapengolahan untuk melakukan persiapan yang diperlukan sebuah berkas program kompilasi. Di dalam program pengarah prapengolahan diawali oleh karakter # yang dituliskan pada baris-baris pertama program. Secara garis besar pelayanan prapengolah dibagi dalam tiga kelompok :
1) Penyisipan berkas (#include), 2) Pendefenisian makro (#define), dan
3) Pengarah kendali compiler (#ifdef, #ifndef, dll)
4.4 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Gambar 4.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Tegangan yang dikeluarkan dari catudaya sebesar 5V untuk memperoses kinerja ATMega8535 (pada kaki 10 ATMega8535) dan LCD display (pada kaki 2 LCD display), dan 12V di hubungkan ke ACS712 (kaki 8), dan relay(kaki 3). ATMega8535 PortB.0, PortB.1, PortB.2, PortB.3, dan PortD.2 di hubungkan ke Tr BD 139 sebagai kontrol beban. PortA.0 sebagai input dari sensor ACS712 (data analog). PortC.0 sampai PortC.7 di hubungkan ke LCD display sebagai Output ( data Digital) tampilan digital. Sumber beban di hibungkan pada PB- dan PB+ ACS712 untuk membaca arus yang melaluinya. Pembacaan arus oleh ACS712 di kuatkan menggunakan IC LM 324 agar dapat di baca oleh ATMega8535.
ATMega 8525 di program untuk mengontrol Relay dengan ketentuan Arus di batasi sebesar
5A. Ketika Penggunaan Arus melabihi 5A maka ATMega8535 akan menghidupkan relay prioritas terendah. ATMega8535 akan tetap mempertahankan Arus di bawah 5A.
4.5 Isi Program Pada Codevision avr Adapun isi program nya sebagai berikut,
#include <io.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
// Alphanumeric LCD functions
#include <aLCD.h>
// Voltage Reference: AREF pin
#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR)) // Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);
// Start the AD conversion ADCSRA|=(1<<ADSC);
// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0);
ADCSRA|=(1<<ADIF);
return ADCW;
}
unsigned long I;
unsigned int iRata2,Data[30];
unsigned char Limit,x,k,g,h,j;
char buf[33];
void Display_Current(void) {
if (I < 100){
LCD_gotoxy(0,1);LCD_putsf(" Current : 0. A");
LCD_gotoxy(13,1);
LCD_putchar(I/10 %10 + 0x30);
LCD_putchar(I %10 + 0x30);
} if (I >= 100){
LCD_gotoxy(0,1);LCD_putsf(" Current : A");
LCD_gotoxy(11,1);
LCD_putchar(I/100 %10 + 0x30);
LCD_putchar('.');
LCD_putchar(I/10 %10 + 0x30);
LCD_putchar(I %10 + 0x30);
} }
void main(void) {
// Alphanumeric LCD initialization // Characters/line: 16
LCD_init(16);
LCD_gotoxy(0,0);
LCD_putsf(" PRIORITY");
LCD_gotoxy(0,1);
LCD_putsf("LOADING CONTROL");
delay_ms(2000);
LCD_clear();
Limit = 50;
PORTB = 15 ;PORTD.2 = 1;
while (1) {
I = read_adc(0);
iRata2 = 0; //nilai awal
for (j=1;j<21;j++){I = read_adc(0);Data[j]=I;delay_ms(10);} //membaca sensor ping sebanya 10x dan simpan di data array
for (j=1;j<21;j++){iRata2 = iRata2+Data[j];}
I = (iRata2/20);
if (I < 50) {k = 88;}
if (I >= 50) {if (I < 80){k = 94;}}
if (I >= 80){if (I < 150){k = 130;}}
if (I >= 150){if (I < 220){k = 154;}}
if (I >= 220){if (I < 300){k = 161;}}
if (I >= 300){if (I < 420){k = 166;}}
if (I >= 420) {if (I < 500){k = 174;}}
if (I >= 500){if (I < 560){k = 178;}}
if (I >= 560){if (I < 700){k = 179;}}
if (I >= 700) {if (I < 770){k = 184;}}
if (I >= 770) {if (I < 900){k = 190;}}
if (I >= 900) {k = 200;}
I = (I * 100)/k;
Display_Current();
if (I/10 > (Limit-10)){if (x < 50){x=x+5;}}
if (I/10 < (Limit-40)){if (x > 0){x=x-5;}}
if (x == 0){PORTB = 15 ;PORTD.2 = 1;LCD_gotoxy(0,0);LCD_putsf(" NORMAL LOADING");}
if (x == 20){PORTB.3 = 0;LCD_gotoxy(0,0);LCD_putsf(" PRIORITY 5 OFF");}
if (x == 30){PORTD.2 = 0;LCD_gotoxy(0,0);LCD_putsf(" PRIORITY 4 OFF");}
if (x == 40){PORTB.2 = 0;LCD_gotoxy(0,0);LCD_putsf(" PRIORITY 3 OFF");}
if (x == 50){PORTB.1 = 0;LCD_gotoxy(0,0);LCD_putsf(" PRIORITY 2 OFF");}
delay_ms(1000);
} }
BAB V KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
1. Telah dirancang sebuah alat pengendali arus berbasis mikrokontroler ATMega8535 menggunakan sensor arus ACS712. Arus yang sibaca sensor dikonversi menjadi data digital 10bit. Untuk mengetahui arus sebenarnya maka data digital harus dikalibrasi. Batas arus pada rancangan ini ditentukan 5A, Sehingga jika arus mendekati 5A, maka program akan muulai melakukan pemutusan beban.
2. Pengukuran arus yang menggunakan sensor arus ACS712 memiliki tingkat pengukuran yang baik. Berdasarkan hasil percobaan terlihat nilai persentase error yang didapat lumayan kecil.
5.2 Saran
1. Sebaiknya alat ditambahkan dengan rangkaian untuk mengurangi lonjakan arus pada saat menghidupkan beban pertama kalinya.
2. Sebaiknya alat ditambahkan jalan pintas kalibrasi tanpa harus memprogram ulang lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Cooper, Willian David. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Terjemah oleh Ir. Sahat Pakpahan. Erlangga. Jakarta
Fauzi, Akhwaz, Trainer Mikrokontroler Atmega32 Sebagai Media Pembelajaran Pada Kelas Xi Program Keahlian Audio Video Di Smk Negeri 3 Yogyakarta. Universitas Negeri Yogyakarta.
Fraden, Jacob. 2003. Handbook of Modern Sensor, Physics, Designs, and Applications.
Springer. San Diego USA
Petruzella, Frank. 2001. Elektronika Industri. Penerbit Andi. Yogyakarta.
Sudjadi, Suryawan, 2012. Rancang Bngun Sistem Monitoring Tegangan, Arus Dan Temperatur Pada Sistem Pencatu Daya Listrik di Teknik Elektro Berbasis Mikrokontroler Atmega 128. Universitas Diponegoro: Semarang.
Tooley, Mike. 2003. Rangkaian Elektronik Prinsip dan Aplikasi. Edisi Kedua. Penerbit Erlangga. Jakarta.
http://www.Mengenal Peralatan Utama Instalasi Listrik Rumah.html http://hgenius-electrical-eng.blogspot.com/2011/03/sensor-arus.html
