TUGAS AKHIR
Oleh:
TANU DWITAMA (3210701018)
Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Program Diploma III
Program Studi Teknik Elektro
Politeknik Batam
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK BATAM
BATAM
2010
TUGAS AKHIR
Oleh:
TANU DWITAMA (3210701018)
Diajukan dan disahkan sebagai laporan Tugas Akhir
Di Program Studi Teknik Elektro Politeknik Batam
Batam, 19 Juli 2010
Pembimbing,
Daniel Sutopo Pamungkas, M.T
NIK. 100006
i
dariNya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
Penulisan laporan Tugas Akhir ini dimaksudkan untuk melengkapi persyaratan kelulusan tingkat Diploma III Program Studi Teknik Elektro Politeknik Batam. Untuk memenuhi persyaratan tersebut maka penulis mencoba mengaplikasikan ilmu yang telah didapat dalam bentuk alat pengukur arus AC, dimana alat pengukur arus ini mendeteksi medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada suatu kabel.
Penulisan laporan Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan oleh penulis, tidak terlepas dari dukungan dan bantuan semua pihak yang telah membantu penulis. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Allah SWT, atas segala nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis.
2. Kedua orangtua, atas dukungan, bimbingan, dan nasihat kepada penulis. 3. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto, selaku Direktur Politeknik Batam. 4. Bapak Iman Fahruzi, S.T, selaku Ka.Prodi Teknik Elektro Politeknik
Batam.
5. Bapak Daniel Sutopo Pamungkas, M.T, selaku dosen pembimbing laporan Tugas Akhir yang selalu sabar terhadap penulis.
6. Bapak Ahmad Riyad Firdaus, M.T, selaku dosen Teknik Elektro Politeknik Batam.
ii
9. Seluruh teman-teman yang telah membantu atas terselesaikannya laporan Tugas Akhir ini.
Semoga amal dan ibadahnya diterima disisi Tuhan Yang Maha Esa, atas dukungan moril dan spiritual sehingga terselesaikannya laporan Tugas Akhir ini. Penulis sadar masih terdapat kekurangan dalan laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun penulis harapkan dari semua pihak.
Batam, 19 Juli 2010
Penulis
iii
nilai arus AC pada suatu kabel tanpa memutus kabel tersebut. Alat ini dirancang dari tiga bagian utama, yaitu bagian mekanik, bagian elektronik, dan bagian program yang semuanya menjadi sebuah sistem yang dapat menjalankan fungsinya yaitu mendeteksi arus yang mengalir pada suatu kabel.
Desain dari Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroller ini adalah sebuah hall effect sensor yang berfungsi mendeteksi medan magnet pada kabel berarus. Medan magnet ini akan diubah menjadi tegangan oleh sensor tersebut. Besaran tegangan ini akan dikuatkan oleh sebuah penguat sinyal. Tegangan keluaran dari penguat sinyal yang berupa tegangan bolak-balik akan disearahkan oleh dioda bridge dan menjadi tegangan searah. Tegangan searah ini akan dibaca oleh mikrokontroller sebagai pengolah data. Hasil dari perhitungan data tersebut akan ditampilkan di LCD.
Setelah dilakukan pengujian dan analisa, Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroller dapat bekerja sesuai dengan diharapkan, yaitu dapat mendeteksi medan magnet yang terdapat pada kabel berarus.
Kata kunci : clamp-meter, hall effect sensor, penguat sinyal, mikrokontroller
vii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
Bab I Pendahuluan ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan dan Manfaat ... 1
1.3 Rumusan Masalah ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
Bab II Ikhtisar Sistem ... 5
2.1 Deskripsi Umum... 5
2.2 Karakteristik ... 6
2.3 Lingkungan Operasi dan Pengembangan ... 7
Bab III Landasan Teori ... 8
3.1 Hall Effect Sensor UGN 3503... 8
3.2 Operational Amplifier ... 9
3.2.1 Penguat Inverting ... 10
3.3 IC Regulator ... 11
3.4 Mikrokontroler ... 12
vii
4.1.2 Rangkaian Mikrokontroler ... 19
4.1.3 Rangkaian LCD ... 21
4.2 Perancangan Mekanik ... 22
4.3 Perancangan Software ... 23
Bab V Pengukuran, Pengujian dan Analisa Sistem ... 25
5.1 Pengukuran... 25
5.1.1 Pengukuran IC Regulator ... 25
5.1.2 Pengukuran Sensor dan Op-Amp ... 26
5.2 Pengujian... 27
5.2.1 Pengujian rangkaian mikrokontroler... 29
5.2.2 Pengujian rangkaian LCD ... 30
5.3 Analisa ... 30
5.3.1 Analisa IC Regulator ... 30
5.3.1 Analisa Sensor dan Op-Amp ... 31
Bab VI Kesimpulan dan Saran ... 32
6.1 Kesimpulan ... 32
6.2 Saran ... 32
Daftar Pustaka ... 34
vii
Gambar 3.2 Bentuk fisik Hall Effect Sensor 9
Gambar 3.3 Konstruksi IC OP77 9
Gambar 3.5 Penguat Pembalik 10
Gambar 3.7 Skematik IC Regulator 11
Gambar 3.8 Konfigurasi Pin Atmega8535 13
Gambar 3.9 Bentuk fisik LCD 15
Gambar 3.10 Konfigurasi pin LCD 16
Gambar 4.1 Rangkaian Sensor dan Op-Amp 19 Gambar 4.2 Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535 20
Gambar 4.3 Rangkaian Skematik LCD 21
Gambar 4.3 Rancangan Mekanik 22
Gambar 4.4 Peletakan Hall effect Sensor 23
Gambar 4.6 FlowChart Program 24
Gambar 5.1 Grafik Tegangan Output (DC) terhadap Arus 28
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di dalam dunia elektronika dan industri, pengukuran arus biasanya dilakukan dengan menghubungkan amperemeter secara seri. Ini tidak efektif, karena selain harus memutus kabel, kemungkinan kabel yang diputus akan mengganggu jaringan listrik ke sistem kelistrikan lain, sehingga mengganggu sistem yang lainnya.
Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler merupakan alat yang berfungsi mengukur arus tanpa harus memutus kabel. Alat ini akan mempermudah pengguna dalam mendapatkan nilai arus yang mengalir tanpa mengganggu sistem kelistrikan lainnya. Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler ini juga dapat dihubungkan ke osiloskop untuk dapat menampilkan bentuk arus yang mengalir pada suatu kabel.
1.2 Tujuan dan Manfaat
Tujuan Pembuatan dan Perancangan Tugas Akhir II : Dapat membuat alat ukur arus berbentuk clamp. Manfaat Pembuatan dan Perancangan Tugas Akhir II :
Dapat mempermudah pengguna dalam mengukur arus tanpa memutus kabel.
1.3 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang ditetapkan dalam membuat Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler adalah:
1. Bagaimana cara mendeteksi magnet pada kabel berarus.
2. Bagaimana cara mengkonversi magnet pada kabel berarus menjadi output tegangan.
3. Bagaimana cara menguatkan tegangan dan dibaca oleh mikrokontroler, kemudian ditampilkan di LCD dan osiloskop.
1.4 Batasan Masalah
Dalam proses pembuatan alat ini penulis mempunyai batasan masalah yang menurut penulis sulit untuk dikerjakan, maka dalam proyek akhir ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:
Pengukuran arus dilakukan pada kabel tunggal.
Hanya dapat mengukur arus AC 0 A s/d 2,8 A.
Menggunakan mikrokontroler Atmega 8535. Arus yang ditampilkan berupa arus rms.
1.5 Metode Penulisan
Dalam pembuatan laporan ini, penulis mendapatkan data dan informasi dari dosen pembimbing tugas akhir, dosen-dosen teknik elektro, internet, serta buku-buku atau media lainnya yang menyangkut tentang materi yang dikerjakan.
Sedangkan untuk mendapatkan data dari alat yang telah penulis kerjakan, penulis menggunakan metode pengujian dan pengamatan, dengan cara melakukan pengambilan data melalui alat ukur, pengetesan dan lain–lain. Dan hasil akhir dari pengujian, penulis melakukan perbandingan antara teori dan analisa praktek.
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam penulisan suatu laporan perlu adanya sistematika penulisan, begitu juga pada laporan Tugas Akhir ini, semua isinya disusun secara sistematika. Hal ini penting untuk menghindari kekeliruan atau salah tafsir juga untuk memudahkan dalam membaca maupun menganalisa dan memahami secara keseluruhan isinya.
Penulisan laporan ini di kelompokkan menjadi beberapa bagian antara lain:
BAB I Pendahuluan berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat tugas akhir, Rumusan masalah, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II Ikhtisar Sistem berisikan deskripsi umum, karakteristik dan lingkungan operasi dan pengembangan.
BAB III Landasan Teori menerangkan teori dasar yang di gunakan untuk membuat alat beserta pendukung-pendukungnya.
BAB IV Perancangan Sistem menggambarkan desain secara lengkap. BAB V Pengujian dan Analisa Sistem menjelaskan tentang cara
pengujian dan menganalisa sistem yang dirancang.
BAB VI Kesimpulan dan Saran merupakan ringkasan dari hasil analisa yang di buat.
BAB II
IKHTISAR SISTEM
2.1 Deskripsi Umum
Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler merupakan suatu alat yang dirancang untuk mempermudah pengguna alat ini dalam mendapatkan nilai arus tanpa memutus suatu kabel. Alat ini bekerja dengan mendeteksi magnet yang dihasilkan oleh arus AC pada kabel berarus, kemudian dikonversikan menjadi tegangan. Tegangan ini akan dikuatkan oleh OpAmp, disearahkan oleh dioda bridge, dan diubah menjadi data digital oleh ADC mikrokontroler Atmega 8535 dan ditampilkan ke LCD.
Rangkaian Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler ini menggunakan hall effect sensor UGN3503 sebagai masukannya untuk mendeteksi medan magnet yang dihasilkan oleh kabel berarus. Perubahan tegangan yang keluar dari sensor sesuai dengan frekuensi dari arus yang diukur. Untuk mengolah sinyal dari sensor, penulis menggunakan OpAmp OP77. Output dari OpAmp akan langsung dapat dibaca oleh osiloskop (untuk mendapatkan nilai arus pada osiloskop, perlu dilakukan perhitungan). Berikut blok diagram secara umum tentang cara kerja alat ini :
Gambar 2.1 Blok diagram input – output
2.2 Karakteristik
Perancangan pada Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler ini memiliki beberapa karakteristik diantaranya adalah sebagai berikut:
Sensor yang di gunakan untuk mendeteksi medan magnet pada kabel adalah sensor UGN 3503.
Sebagai penguat sinyal dari sensor UGN 3503 adalah OpAmp OP77 Mikrokontroler Atmega 8535 sebagai pengolah data dan penampil ke LCD Battery sebagai power supply alat ini dengan tegangan ± 9 V DC
2.3 Lingkungan Operasi Pengembangan
Clamp-meter Pengukur Arus AC Berbasis Mikrokontroler ini dapat diaplikasikan pada laboratorium elektronika dan industri.
Kedepannya alat ini diharapkan dapat dikembangkan sehingga tidak hanya menampilkan bentuk sinyal dan dapat mengukur arus, melainkan juga dapat menampilkan bentuk sinyal sesuai dengan nilai arus, juga dapat mengukur tegangan dan tahanan.
BAB III
LANDASAN TEORI
Teori yang mendasari perubahan arus akan menimbulkan perubahan kerapatan fluks magnet adalah sebuah persamaan :
B= μ0i/ /2π d...(3.1)
Dimana B merupakan kerapatan fluks magnet atau induksi magnet (Tesla), μ0 adalah konstanta nilai sebesar 4 π x 10-7 , i merupakan arus yang mengalir pada suatu kabel, dan d merupakan jarak antara penghantar yang sejajar, dalam hal ini antara kabel berarus dan penjepit kabel. Hall efect sensor yang digunakan menggunakan satuan gauss, sedangkan pada persamaan menggunakan Tesla, sehingga digunakan konversi nilai 1 gauss= 10-4 Tesla.
3.1 Hall Effect Sensor UGN3053
Untuk mendeteksi medan magnet yang ditimbulkan oleh kabel berarus, digunakan hall effect sensor UGN3053. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah besaran fisis magnet menjadi besaran tegangan. Sensor UGN3503 dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan proporsional dengan perubahan magnet yang dideteksi.
Gambar 3.1 Cara kerja Hall Effect Sensor
Sensor UGN3503 ini terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Hal ini akan menghasilkan beda tegangan pada outputnya jika lapisan silikon dialiri arus listrik. Ketika terdapat magnet yang mempengaruhi sensor ini, maka arus mengalir akan mendekat atau menjauhi sisi sensor yang dipengaruhi oleh magnet. Semakin besar kuat magnet yang dideteksi, maka semakin jauh simpangan arus yang mengalir, sehingga ketidakseimbangan tegangan pada kedua lapisan silikon ini semakin besar. Hal ini akan menghasilkan beda tegangan yang semakin besar pada output sensor.
3.2 Operational Amplifier
Penulis menggunakan Op-Amp (Operational Amplifier) untuk memperkuat sinyal yang berasal dari hall effect sensor. IC OP77 ini mempunyai tegangan kerja hingga ± 22 Vdc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC OP77 adalah sebagai berikut :
Gambar 3.3 Konstruksi IC OP77
a. Pin 1,8 (Vos Trim) merupakan pin IC yang berfungsi mengkalibrasi Op-Amp jika terjadi error yang diakibatkan kenaikan suhu.
b. Pin 2 (Inverting Input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input.
c. Pin 3 (Non-inverting input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan).
d. Pin 4 (-Vcc) Pin ini dapat beroperasi pada tegangan hingga -22 Volt. e. Pin 6 merupakan pin output dari Op-Amp.
3.2.1 Penguat Inverting (Pembalik)
Penguatan dengan inverting amplifier menghasilkan nilai input yang akan berkebalikan dengan nilai output. Besar penguatan pada amplifier ini ditentukan oleh Rf dan Rin. Berikut adalah rangkaian inverting amplifier :
Vo
Vin
Rin
Rf
Gambar 3.5 Penguat Pembalik
Adapun rumus yang berlaku pada rangkaian ini adalah :
Av = - Rf/Rin ... ...(3.5) Vo = - (Rf/Rin) x Vin...(3.6) Keterangan : Av = penguatan tegangan Vo = tegangan output 3.3 IC Regulator
IC regulator digunakan pada rangkaian yang penulis buat sebagai penstabil tegangan Direct Current (DC). Keluaran dari IC regulator tergantung pada jenis
IC regulator yang digunakan. Misalnya IC LM7805 mempunyai keluaran 5Vdc, IC LM7812 mempunyai keluaran 12Vdc dan lain sebagainya.
Gambar 3.7 Skematik IC Regulator
3.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah chip yang mempunyai input dan output serta kendali dengan memasukkan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara di download. Dalam proyek yang penulis kerjakan penulis mengunakan mikrokontroler Atmega 8535. Pemilihan mikrokontroler Atmega 8535 dalam proyek ini tidak lain karena banyaknya kemudahan fasilitas yang didapat, yang diantaranya:
Kemudahan Program dengan menggunakan pemrograman C
Proses Download program yang cepat, antar PC terhadap Mikrokontroler Kecepatan maksimal 16 MHz
Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam Port A, Port B, Port C dan Port D Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input
Timer/Counter sebanyak 3 buah CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register
Watchdog Timer dengan osilator internal SRAM sebesar 512 byte
Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write Interrupt internal maupun eksternal
Port komunikasi SPI
EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi Analog Comparator
Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps Berikut konfigurasi pin Atmega 8535L:
Gambar 3.8 Konfigurasi Pin Atmega8535L Penjelasan masing – masing pin Atmega8535L adalah sebagai berikut:
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0 – PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. 4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu Timer0 / Counter0 pada pin PortB 0, Timer1/Counter1 pada pin
Portb 1, komparator analog dan SPI.
5. Port C (PC0 – PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Watchdog Timer,komparator analog, dan Timer Oscilator.
6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC (analogue to digital converter).
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC (analogue to
digital converter).
Kemampuan ADC Internal Atmega8535L :
Atmega8535L menyediakan fasilitas ADC dengan kemampuan sebagai berikut : - Resolusi 8 bit dan 10 bit
- Waktu konversi 65 – 260 uS - 8 jalur input single-ended - 7 jalur input differensial
- 2 jalur input differensial dengan pilihan penguatan 10x dan 200x - Rentang tegangan input adalah 0 sampai VCC ADC
- Tegangan referensi dapat dipilih secara internal atau eksternal - Mode operasi dapat dipilih mode free running atau single conversion - Start konversi dengan auto trigger dari sumber-sumber interrupt - Dapat menghasilkan interrupt ketika konversi selesai
Atmega8535 menyediakan ADC dengan resolusi 8 bit dan 10 bit. ADC ini dihubungkan dengan 8 channel Analog Multiplexer yang memungkinkan terbentuk 8 input tegangan single-ended yaitu ADC0 s/d ADC7. Dapat juga dikonfigurasi menjadi 7 jalur input differensial dengan ADC1 sebagai terminal common negative dan yang lainnya sebagai input tegangan positif. Atau menjadi 2 jalur input differensial dengan pilihan penguatan (gain) 10x atau 200x, yaitu ADC1, ADC0 dan ADC3, ADC2. ADC memiliki pin supply tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC. Besarnya tegangan AVCC adalah ±0.3V dari VCC.
3.5 LCD (Liquid Crystal Display)
Data yang telah diolah oleh mikrokontroler kemudian akan ditampilkan ke LCD. LCD yang penulis gunakan berukuran 2x16. Berikut merupakan gambar dari LCD :
Gambar 3.9 Bentuk fisik LCD
LCD ini dihubungkan ke mikrokontroler melalui konfigurasi pin yang telah ditentukan. Sebagai komponen tambahan penulis menggunakan potensiometer yang berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya dari LCD, dan sebuah dioda yang berfungsi sebagai pengurang tegangan pada backlight yang bernilai antara 4.2 V – 4.6 V. Berikut merupakan gambar konfigurasi dari LCD :
PERANCANGAN SISTEM
4.1 Perancangan Hardware
Rangkaian yang penulis buat ini terdiri dari beberapa rangkaian elektronika yang dibuat perblok dan berdasarkan fungsi masing-masing. Rangkaian tersebut terdiri dari rangkaian sensor dan Op-Amp, serta rangkaian mikrokontroler dan LCD.
4.1.1 Rangkaian Sensor dan Op-Amp
Rangkaian ini merupakan suatu rangkaian elektronika yang berfungsi mendeteksi magnet yang ada pada kabel berarus, mengubahnya menjadi tegangan, kemudian memperkuat tegangan tersebut sehingga dapat terbaca di ADC.
Catu daya dari rangkaian ini diambil dari dua buah battery 9 Vdc yang dipasang secara seri, kemudian distabilkan oleh IC regulator. IC regulator yang dipakai pada rangkaian adalah IC 7805 untuk mendapatkan output tegangan sebesar 5Vdc. Tegangan output dari IC 7805 digunakan untuk mensupply sensor UGN 3503 dan potensiometer
Adapun karakteristik dari hall effect sensor ini adalah sebagai berikut : - Tiap kenaikan 1 Gauss akan menghasilkan kenaikan tegangan output
sebesar 1,3 mV.
- Beroperasi pada tegangan hingga ±22 V 4
- Frekuensi sampai dengan 20 KHz.
Adapun prinsip kerja dari hall effect sensor adalah :
• Magnet yang berada pada kabel yang berarus di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap magnet.
• Magnet ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan magnet berbanding lurus dengan perubahan tegangan
output.
Output dari hall effect sensor ini langsung dihubungkan dengan Op-Amp,
penguatan yang digunakan adalah inverting dengan jenis IC OP77. Penguatannya sebesar 100 kali. Maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguatan inverting sebagai berikut : AV = Vo / Vi Vo / Vi = ( Rf / Ri ) 100 = ( Rf / Ri ) ) 100 = Rf / Ri Jika Ri = 1 K, maka Rf = 100 K
Berikut ini merupakan skematik rangkaian sensor dan Op-Amp yang Penulis buat:
Gambar 4.1 Rangkaian Sensor dan Op-Amp
4.1.2 Rangkaian Mikrokontroler
Pada clamp-meter AC berbasis mikrokontroler ini menggunakan IC Atmega 8535 karena banyaknya kemudahan fasilitas yang diberikan sebagaimana sudah penulis bahas pada bab sebelumnya. IC Atmega 8535 pada rangkaian ini adalah sebagai pengolah/pemroses data yang diterima dari sensor untuk ditampilkan ke LCD.
Penulis menggunakan sebuah Atmega 8535 pada rangkaian ini. Pada IC tersebut penulis hanya menggunakan 2 Port saja yaitu Port A dan Port C. Port A sebagai input data yang dikirimkan oleh sensor suhu yang berupa sinyal analog dan diolah IC Atmega8535 menjadi sinyal digital. Port C digunakan sebagai
Berikut adalah rangkaian mikrokontroler yang Penulis gunakan :
Gambar 4.2 Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535
Analog-to-Digital Converter (ADC) ATmega8535
ATmega8535 menyediakan ADC dengan resolusi 10 bit, sebagaimana sudah Penulis jelaskan pada bab sebelumnya. Adapun cara kerja ADC pada Atmega8535 ini adalah:
ADC mengkonversi tegangan input analog menjadi data digital 8 bit atau 10 bit. Data digital tersebut akan disimpan didalam ADC Data Register yaitu ADCH dan ADCL. Sekali ADCL dibaca, maka akses ke data register tidak bisa dilakukan. Dan ketika ADCH dibaca, maka akses ke data register kembali enable.
logika 1 pada bit ADC Start Conversion, ADSC. Bit ini akan tetap high selama proses konversi dan akan clear ketika proses konversi selesai. Pada mode auto trigger, proses konversi dapat dimulai dengan beberapa sumber trigger. Ini dilakukan dengan mensetting ADC Auto Trigger Enable bit, ADATE pada ADCSRA. Sumber trigger dipilih dengan melakukan setting pada ADC Trigger Select bits, ADTS pada SFIOR.
4.1.3 Perancangan Rangkaian LCD
Jenis LCD yang penulis gunakan pada alat ini berukuran 2 x 16, artinya tipe LCD ini memiliki 2 baris dimana masing–masing baris memuat 16 karakter. Fungsi LCD ini untuk menampilkan data yang telah diolah oleh mikrokontroler.
Berikut merupakan gambar rangkaian dari LCD 2 x 16 :
Gambar 4.3 Rangkaian Skematik LCD
4.2 Perancangan Mekanik
Pada rancangan sistem yang penulis buat ini tidak begitu banyak mekanik yang digunakan. Adapun mekanik yang penulis gunakan hanya kotak komponen dan mekanik sensor untuk menjepit kabel berarus yang akan diukur.
Berikut adalah gambar mekanik yang penulis maksudkan :
Gambar 4.3 Rancangan Mekanik
Alat ini berukuran 18 cm x 11.5 cm x 6 cm, dengan dimensi clamp 2,5 cm x 5 cm x 0,5 cm.
Pada desain mekanik penjepit kabel, terdapat sebuah sensor UGN3503. Bahan dari penjepit kabel ini terbuat dari inti ferit yang mempunyai sifat
magnet langsung akan dideteksi oleh sensor UGN3503.
Berikut merupakan cara peletakan sensor pada alat ini :
Gambar 4.4 Peletakan Hall effect Sensor.
4.3 Perancangan Software
Pada perancangan software, penulis menggunakan software CodeVision AVR dalam menulis program. Program yang telah ditulis di dalam CodeVision AVR kemudian di compile untuk mengecek error yang terjadi. Setelah tidak ada
BAB V
PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
5.1 Pengukuran
Tujuan dari pengukuran yang dilakukan adalah untuk mendapatkan data aktual pada rangkaian dan komponen yang dipakai, kemudian dibandingkan dengan spesifikasi alat yang ada pada datasheet setiap komponen, ini dilakukan untuk mengetahui keakuratan alat yang penulis buat.
5.1.1 Pengukuran IC Regulator
Tegangan sumber yang diinginkan memiliki satu keluaran tegangan yaitu 5 VDc. Untuk mengetahui apakah tegangan keluaran sudah sesuai dengan yang diharapkan, maka dilakukan pengukuran pada tegangan keluaran pada IC regulator tersebut. Terdapat 2 buah IC regulator pada alat ini, IC regulator (1) terdapat pada rangkaian mikrokontroler, dan IC Regulator (2) terdapat pada rangkaian sensor dan Op-Amp. Pada pengukuran tersebut penulis membandingkan dua hasil ukur yaitu tegangan IC Regulator (1) dan Tegangan IC Regulator (2) dengan nilai tegangan teori.
Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, maka didapat hasil pengukuran seperti pada tabel berikut :
Tabel 5.1 Hasil pengukuran IC regulator
Hasil Pengukuran
Output IC Regulator (1) Output IC Regulator (2)
4.91 4.93
5.1.2 Pengukuran Hall Effect Sensor dan Op-Amp
Hall effect sensor UGN 3503 diuji bersamaan dengan Op-Amp agar terlihat perubahan tegangan yang signifikan. Pengukuran ini dilakukan dengan memberikan catu daya 5V pada hall effect sensor dan memberkan catu daya ± 9 V pada Op-Amp. Tegangan keluaran dari Op-Amp langsung diamati dengan voltmeter.
Tabel 5.2 Hasil pengukuran Hall Effect Sensor dan Op-Amp Arus (AC) Tegangan Tegangan data adc persamaan
linier Arus hasil
perhitungan error Output (AC) Output (DC) y=1.572 + 0.560 X A V V V A % 0 2.667 1.706 89 1.572 0.239 -100.0 0.1 2.715 1.722 90 1.628 0.268 -62.7 0.2 2.675 1.73 90 1.684 0.282 -29.1 0.3 2.674 1.761 92 1.74 0.338 -11.1 0.4 2.674 1.819 95 1.796 0.441 -9.3 0.5 2.673 1.868 97 1.852 0.529 -5.4 0.6 2.674 1.906 99 1.908 0.596 0.6 0.7 2.679 1.966 103 1.964 0.704 -0.5 0.8 2.676 2.006 105 2.02 0.775 3.2 0.9 2.656 2.07 108 2.076 0.889 1.2 1 2.659 2.119 110 2.132 0.977 2.4 1.1 2.684 2.192 114 2.188 1.107 -0.6 1.2 2.695 2.232 116 2.244 1.179 1.8 1.3 2.7 2.304 120 2.3 1.307 -0.5 1.4 2.709 2.344 122 2.356 1.379 1.6 1.5 2.677 2.386 124 2.412 1.454 3.2 1.6 2.707 2.45 128 2.468 1.568 2.1 1.7 2.754 2.518 131 2.524 1.689 0.6 1.8 2.755 2.577 134 2.58 1.795 0.3 1.9 2.795 2.648 138 2.636 1.921 -1.1 2 2.771 2.695 141 2.692 2.005 -0.3 2.1 2.77 2.749 143 2.748 2.102 -0.1 2.2 2.794 2.801 146 2.804 2.195 0.2 2.3 2.801 2.853 149 2.86 2.288 0.5 2.4 2.836 2.924 152 2.916 2.414 -0.6 2.5 2.835 2.972 155 2.972 2.500 0.0 2.6 2.875 3.035 158 3.028 2.613 -0.5 2.7 2.894 3.107 162 3.084 2.741 -1.5 2.8 2.904 3.15 164 3.14 2.818 -0.6
Pada pengukuran ini, arus diukur dengan amperemeter digital, tegangan
output (AC) diukur dengan menggunakan osiloskop digital, dan tegangan output
(DC) diukur dengan menggunakan voltmeter digital.
Berikut merupakan grafik Tegangan Output terhadap Arus :
Grafik Tegangan Output (DC) terhadap Arus
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Arus te g a n g a n o u tp u t (D C ) Series1
Gambar 5.1 Grafik Tegangan Output (DC) terhadap Arus
Pada grafik diketahui bahwa nilai arus 0 A, 0.1 A, dan 0.2 A tidak linier, sehingga tidak diikutkan dalam pemrosesan data selanjutnya.
Hasil pengukuran tegangan (DC) yang dilakukan pada hall effect sensor dan Op-Amp kemudian penulis proses menjadi sebuah persamaan linier.
y=1.572 + 0.560 x (5.1)
Dimana y merepresentasikan tegangan keluaran (DC) dan x
merepresentasikan arus yang diukur. Persamaan linier ini kemudian dijadikan acuan dalam membuat program di dalam mikrokontroler.
5.2 Pengujian
Untuk mendapatkan hasil perancangan yang maksimal perlu adanya pengujian di beberapa sistem, baik rangkaian maupun softwarenya. Pengujian pada rangkaian sangat erat hubungannya dengan pengukuran tegangan seperti yang pada pengukuran tegangan sebelumnya dan juga dengan pengujian secara
software.
5.2.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler
Pengujian rangkaian mikrokontroler dapat dilakukan dengan mengkombinasikan rangkaian ini dengan program, sebagai contoh melakukan pengujian dengan membuat sebuah program untuk mengaktifkan port yang ada di mikrokontroler.
Berikut listing program untuk mengaktifkan port di mikrokontroler dengan menggunakan pemrograman bahasa C.
#include <mega8535.h> #include <delay.h> void main(void) { . . . while (1) {
// Place your code here
PORTC=0xFF; //Keluarkan data 0xFF ke PORTC delay_ms(1000); //Delay 1S
PORTC=0x00; //Keluarkan 0x00 ke PORTC delay_ms(1000); //Delay 1S };
Pada pengujian ini, penulis membuat program untuk menampilkan data 0xFF ke Port C selama 1 detik, kemudian data pada Port C tersebut berubah menjadi 0x00 selama 1 detik berikutnya. Demikian siklus tersebut berulang-ulang.
5.2.2 Pengujian Rangkaian LCD
Pengujian ini dilakukan untuk menguji kerja dari LCD. LCD dihubungkan dengan mikrokontroler yang telah dimasukkan program. Penulis membuat program untuk menampilkan kata dan angka pada LCD. Berikut listing program untuk menguji LCD dengan menggunakan pemrograman bahasa C.
#include <mega8535.h> #include <delay.h> #include <lcd.h> void main(void) { . . . while (1) {
// Place your code here
lcd_gotoxy(0,0); // go on the 1st LCD line lcd_putsf("Test 12321"); // display the message
}; }
5.3 Analisa
Dari hasil pengukuran dan pengujian rangkaian maka penulis dapat menganalisa apakah rangkaian yang penulis buat sesuai dengan rancangan awal ataupun sesuai dengan spesifikasi alat-alat pada komponen yang ada atau tidak.
Ada beberapa rangkaian atau komponen yang dapat penulis analisa hasil dari pengukuran dan pengujian tersebut, diantara adalah :
5.3.1 Analisa Rangkaian IC Regulator
Dari data hasil pengukuran didapatkan bahwa kedua IC Regulator mempunyai output yang sedikit berbeda dengan teori, dimana seharusnya tegangan dari output IC Regulator 7805 adalah 5 Vdc. Hal ini terjadi karena di datasheet IC 7805 mempunyai rating output tegangan 4,8 V – 5.2 V. Nilai dari keluaran tegangan IC Regulator tersebut tidak mempengaruhi kerja dari rangkaian lain, karena di dalam datasheet Atmega 8535 dan hall effect sensor memenuhi
rating tegangan tersebut.
5.3.3 Analisa Rangkaian Sensor dan Op-Amp
Dari data pengukuran rangkaian sensor dan Op-Amp didapat bahwa pada arus dibawah 0,3 A mempunyai grafik yang tidak linier. Namun pada data pengukuran diatas 0,3 A mempunyai grafik yang cukup linier. Sedangkan perbandingan antara pengukuran dan perhitungan, arus diatas 0,5 A mempunyai error yang kecil. Sehingga rangkaian ini hanya akan mempunyai output yang akurat jika arus yang dideteksi diatas 0,5 A.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1
Kesimpulan
Dari hasil riset perancangan, pembuatan dan pengujian Clamp-meter Arus AC
Berbasis Mikrokontroller ini, ada tiga perancangan ( Mekanik, Elektronik dan
Program ) yang dibuat menjadi satu kesatuan. Dari ketiga Perancangan tersebut dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
Dari hasil pengujian dan analisa didapat kesimpulan bahwa pembacaan alat ini
pada arus dibawah 0,5 A tidak akurat disebabkan oleh pembacaan hall effect sensor
yang tidak linier. Pada pengambilan data, alat ini hanya dites hingga pada nilai arus
sebesar 2,8 A, sehingga nilai arus ini dijadikan nilai arus terbesar yang penulis buat di
dalam laporan Tugas Akhir ini.
6.2
Saran
Untuk mempermudah proses perancangan dan analisa troubleshooting
Clamp-meter Arus AC Berbasis Mikrokontroller ini, maka perlu untuk mengerti dan
memahami secara jelas mengenai sistem kerja dari setiap alat, komponen atau
perangkat elektronik serta pemrograman yang digunakan pada sistem ini.
Pemahaman spesifikasi setiap komponen penting bisa diperoleh dari datasheetnya.
Maka setiap komponen yang utama dan riskan perlu ada datasheetnya.
Untuk pengembangan alat ini selanjutnya dapat dikembangkan sehingga tidak
hanya dapat menampilkan bentuk sinyal dan mengukur arus, melainkan juga dapat
menampilkan bentuk sinyal sesuai dengan nilai arus, dapat mengukur arus AC
maupun DC, juga dapat mengukur tegangan dan tahanan.
34 Teknika.
2. Soemitro, Herman Widodo. 1983. Penguat Operasional dan Rangkaian
Terpadu Linear Edisi Kedua. Jakarta : Erlangga.
3. Halliday, David and Resnick, Robert. 1990. Fisika. Jakarta : Erlangga. 4. Datasheet OP77 [online] Tersedia:
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/49061/AD/OP77.html. [02-03-2010 23.15]
5. Datasheet UGN3503. [online] Tersedia: http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/55100/ALLEGRO/UGN35 03.html. [02-03-2010 23.40]
6. Detektor medan magnet dengan hall effect sensor. [online] Tersedia: http://www.flobamor.com/forum/inovasi-teknologi/5118-detektor-medan-magnet-dengan-hall-effect-sensor.html. [02-03-2010 22.50]
35 LAMPIRAN B : Datasheet UGN3503
LAMPIRAN C : Datasheet IC OP77
LAMPIRAN D : Datasheet LCD
Project : Version : Date : 6/23/2010 Author : Company : Comments:
Chip type : ATmega8535 Program type : Application Clock frequency : 11.059200 MHz Memory model : Small
External RAM size : 0 Data Stack size : 128
*****************************************************/ #include <mega8535.h>
#include <stdio.h> #include <ctype.h>
// Alphanumeric LCD Module functions #asm
.equ __lcd_port=0x15 ;PORTC #endasm
#include <lcd.h> #include <delay.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x60
// Read the 8 most significant bits // of the AD conversion result
unsigned char read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);
// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10; return ADCH; }
// Declare your global variables here unsigned char msg1[16],msg[16],data_adc;
// Input/Output Ports initialization // Port A initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T
PORTA=0x00; DDRA=0x00;
// Port B initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T
PORTB=0x00; DDRB=0x00;
// Port C initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T
PORTC=0x00; DDRC=0x00;
// Port D initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T
PORTD=0x00; DDRD=0x00;
// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh
// OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;
TCNT0=0x00; OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh
// OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon.
TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh
// OC2 output: Disconnected ASSR=0x00;
TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off
// INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;
// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 691.200 kHz // ADC Voltage Reference: AVCC pin // ADC High Speed Mode: Off
// ADC Auto Trigger Source: None
// Only the 8 most significant bits of // the AD conversion result are used ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;
ADCSRA=0x84; SFIOR&=0xEF;
data_adc=read_adc(7); y=4.91* data_adc/256; x=(y - 1.572)/0.560; sprintf(msg,"A= %0.3f",x); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts(msg); // sprintf(msg1,"%d",data_adc); // lcd_gotoxy(13,0); // lcd_puts(msg1); // // sprintf(msg,"Vdc= %0.3f",y); // lcd_gotoxy(0,1); // lcd_puts(msg); delay_ms(100); lcd_clear(); }; }
