BAB III
PERANCANGAN SISTEM REGULASI DAYA PERANGKAT INTELLIGENT DIGITAL WHITEBOARD
3.1 Metodologi Penelitian
Pada penelitian kali ini, penulis akan membahas mengenaisistem regulasi daya yang terdiri dari studi literatur, perancangan alat, implementasi alat, dan pengujian alat. Tujuan dilakukan penelitian ini adalah untuk menghindari permasalahan pada saat sistem regulasi daya dihubungkan perangkat intelligent digital whiteboard, sehingga perangkat dapat berjalan dengan baik dan lancar. Adapun metodologi penelitian yang digunakan pada penelitian ini dengan metode waterfall yang dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian.
1. Pada tahap awal penelitian yang dilakukan penulis adalah mencari studi literatur mengenai sistem regulasi daya yang dimana melalui studi literatur ini penulis memperoleh informasi mengenai hardware yang perlu digunakan untuk merancang sistem regulasi daya.
2. Pada tahap perancangan alat, penulis menentukan rancangan dan komponen yang digunakan dari sistem regulasi daya ini.
3. Pada tahap implementasi alat, penulis melakukan implementasi yang sesuai dengan perancangan alat yang telah dibuat. Pada tahap ini telah terbentuk perangkat hardware yang telah siap digunakan dan dioperasikan untuk diuji kelayakan alat tersebut.
4. Pada tahap terakhir ini penulis melakukan pengujian alat dengan menggabungkan seluruh sistem yang telah di rancang dan di implementasikan dengan menggunakan metode pungujian yang ada. Apabila pada saat pengujian didapatkan bahwa sistem dapat berjalan dengan baik, maka pemecahan masalah telah terselesaikan dan alat tersebut sudah dapat digunakan sebagaimana mestinya.
3.2 Perancangan Sistem regulasi daya
Gambar 3.2 Diagram bloksistem intelligent digital whiteboard.
Gambar 3.2 merupakan digram blok sistem intelligent digital whiteboard secara keseluruhan yang didalamnya terdapat 3 subsistem, yaitu sistem perangkat lunak, sistem mainboard dan LCD, dan sistem regulasi daya. Perancangan dan implemetasi intelligent digital whiteboard ini menggunakan mikrokomputer Raspberry Pi 4B dan LCD touchscreen yang dilaporkan pada [11]. Selain itu, terdapat sistem perangkat lunak yang menggunakan bahasa pemograman Java Script, HTML, dan CSS yang dilaporkan pada [12].
Pada penelitian kali ini, penulis hanya membahas mengenai sistem regulasi daya. Pada sistem regulasi daya terdapat komponen utuma yang digunakan, yaitu baterai lithium 18650, modul BMS, modul DC-DC step-down converter yang berfungsi untuk menaikkan tegangan saat proses charging, dan modul DC-DC step-down converter yang berfungsi sebagai penyuplai daya pada perangkat intelligent digital
whiteboard. Untuk penyusunan diagram bloksistem regulasi daya dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Diagram blok rangkaian sistem regulasi daya.
Pada Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa pada penelitian ini terdapat sistem regulasi daya yang berfungsi untuk memberikan daya pada perangkat intelligent digital whiteboard agar perangkat dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan. Pada sistem regulasi daya terdapat komponen penunjang, seperti DC-DC step-up converter yang bertujuan menaikkan tegangan dari 5 V menjadi 9 V untuk melakukan pengisian baterai, BMS 2S 20A sebagai manajemen sistem baterai, baterai sebagai tempat penyimpanan daya, DC-DC step-down converter digunakan sebagai penurun tegangan dari 7,4 – 8,4 V menjadi 5 V agar sistem dapat berjalan dengan baik dan stabil. Pada perancangan ini, penulis menggunakan kapasitas baterai sebesar 6000 mAh. Selain itu, penulis membuat rangkaian keluaran secara terpisah yang akan dialirkan menuju beban yang dimana beban disini, yaitu mikrokontroler Raspberry Pi 4B dan LCD touchscreen. Adapun diagram alir sistem kerja dari daya yang dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 merupakan diagram alir sederhana dari sistem kerja daya yang dimana prinsip kerja dari sistem ini adalah sistem regulasi daya dihubungkan terlebih dahulu pada perangkat intelligent digital whiteboard. Apabila perangkat menyala, maka perangkat tersebut dapat digunakan sebagaimana mestinya. Sedangkan jika perangkat intelligent digital whiteboard tidak menyala, baterai harus terlebih dahulu dilakukan pengisian agar perangkat intelligent digital whiteboard dapat dinyalakan dan dapat digunakan dengan baik.
Adapun komponen dan spesifikasi yang digunakan pada sistem regulasi daya ini dapat dilihat sebagai berikut:
1. Baterai Lithium 18650
Pada penelitian kali ini, penulis menggunakan baterai lithium ion 18650 dengan kapasitas 3,7 V dan 2000 mAh dengan jumlah 6 buah, yang dimana masing-masing 3 buah baterai dirangkai secara paralel dan setelah itu dirangkai secara seri. Tegangan nominal dari satu sel baterai lithium ion adalah 3,7 V dan tegangan maksimal saat satu sel baterai lithium ion terisi penuh adalah 4,2 V. Adapun bentuk baterai lithium 18650 yang dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Baterai lithium 18650. 2. BMS atau Battery Management System
Pada penelitian ini, penulis menggunakan BMS 2S dengan arus maksimum yang diijinkan adalah 20 A dan tegangan sebesar 7,4 V – 8,4 V.
Gambar 3.6 merupakan bentuk dari modul BMS 2S 20A yang didalamnya terdapat 5 pin, yaitu:
0 V (B-) : Kutub negatif baterai
8,4 V (B+) : Kutub positif baterai
4,2 V (BM) : Titik tengah pada rakitan
P+ : Terminal charge dan discharge positif
P- : Terminal charge dan discharge negatif
Adapun spesifikasi dari modul BMS 2S 20A ini dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Spesifikasi modul BMS 2S 20A.
Spesifikasi Keterangan
Masukan 8,4 – 9,4 V (charging voltage)
Keluaran Arus maksimum 20 A dan dengan tegangan 7,4 – 8,4 V
Proteksi
Over voltage range: 4,25 – 4.35 V 0.05 V
Over discharge voltage range: 2,5 – 3,0 V 0,05V
Short protection recovery: protection, charge recovery 3. DC-DC step-down converter
Pada penelitian ini, penulis menggunakan DC-DC step-down converter yang bertipe LM2596 MP1584EN dengan tujuan untuk menurunkan tegangan pada saat proses pemakaian baterai menuju Raspberry pi dan LCD touchscreen dengan tegangan masukan sebesar 7,4 V menjadi 5 V.Adapun bentuk dan spesifikasi dari DC-DC step-up converter dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Tabel 3.3.
Tabel 3.2 Spesifikasi DC-DC step-down converter LM2596 MP1584EN. Spesifikasi Keterangan Masukan 4 – 35 VDC Keluaran 1,23 – 30 VDC Arus keluaran 3A Efisiensi 92%
Vin + Tegangan masukan kutub positif
Vin - Tegangan masukan kutub negatif
Vout + Tegangan keluaran kutub positif
Vout - Tegangan keluaran kutub negatif
4. DC-DC step-up converter
Pada perancangan sistem regulasi daya ini, penulis menggunakan DC-DC step-up converter yang bertipe XL6009 yang bertujuan untuk menaikkan tegangan pada saat proses pengisian baterai atau charging dengan tegangan masukan 5 V menjadi 7,4 V. Adapun bentuk dan spesifikasi dari DC-DC step-up converter dapat dilihat pada Gambar 3.8 dan Tabel 3.2.
Tabel 3.3 Spesifikasi DC-DC step-up converter XL6009. Spesifikasi Keterangan Masukan 5 – 32 VDC Keluaran 5,5 – 34 VDC Arus keluaran 3A
Vin + Tegangan masukan kutub positif Vin - Tegangan masukan kutub
negatif
Vout + Tegangan keluaran kutub positif Vout - Tegangan keluaran kutub negatif
Pada rangkaian skematik sistem regulasi dayaini terdapat 2 rangkaian paralel yang masing-masing memiliki 3 buah baterai dan setelah itu dirangkai secara seri. Kemudian baterai yang telah dirangkai kemudian dihubungkan dengan modul BMS 2S. Pada bagian Vin dari BMS 2S atau sistem charge dihubungkan dengan
DC-DC step-up converter untuk menaikkan tegangan masukan daya dari 5V menjadi 9 V. Kemudian pada bagian Vout dari BMS 2S dihubungkan dengan 2
buah rangkaian DC-DC step-down converter yang bertujuan untuk menurunkan tegangan dari 7,4 – 8,4 V menjadi 5 V agar dapat menjalankan mikrokontroler Raspberry Pi 4B dan LCD touchscreen. Rangkaian skematik sistem regulasi daya pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.9.
