RANCANGAN MODEL SISTEM KOMUNIKASI
PEMBERSIH DEBU SEL SURYA BERBASIS WIFI & SMS
Suhartati Agoes1, Deiny Mardian2, Haziel Latupapua3, Tjandra Susila4
1,2,3,4
Jurusan Teknik Elektro – Fakultas Teknologi Industri
Universitas Trisakti – Jakarta
e-mail:1sagoes@trisakti.ac.id, 2deiny_wp@trisakti.ac.id, 3hazielvanlatu@yahoo.co.id,
4
kamte.fti@trisakti.ac.id
ABSTRAK
Sel surya atau sel photovoltaic adalah sebuah alat semikonduktor yang didesain untuk mengubah cahaya matahari yang diterimanya menjadi energi listrik yang dikenal dengan proses fotolistrik. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja dari sel surya adalah temperatur dan shading effect.
Perancangan dalam penelitian ini terdiri dari panel sel surya, solar charger, aki 12V, driver pompa, driver motor, sensor cahaya, sensor suhu, sensor tegangan, sensor level ketinggian air, limit switch, media komunikasi wifi, dan mikrokontroler. Pengaplikasian antena omnidirectional 17 dBi juga diharapkan dapat memperluas jarak jangkauan pemancar SMS dan WiFi serta mendapatkan keandalan jaringan yang lebih baik. Pemantauan panel sel surya dilakukan melalui website yang diakses melalui link AP dan IP address WiFi.
Berdasarkan hasil pengujian pada alat diperoleh hasil sesuai perencanaan. Panel sel surya akan dibersihkan apabila suhu lingkungan melebihi 330C dan tegangan charging aki kurang dari 12 V. Brgitu pula kuat sinyal dan reliabilitas jaringan yang diperoleh menggunakan antena omnidirectional 17 dBi pada pemancar menunjukkan hasil yang diharapkan sesuai rencana.
Kata kunci: Sel surya, temperatur, shading effect, mikrokontroler, SMS, WiFi
ABSTRACT
Solar cell or photovoltaic cell is a semiconductor device that’s designed to convert solar
energy into electrical energy known as the photoelectric process. Factors that affect the optimal performance of the solar cell is temperature and Shading effect.
The design in this research consists of a panel of solar cells, solar charger, 12V battery, pump drivers, motor drivers, LDR, temperature sensor, voltage sensor, height of water level sensors, limit switches, the communication of SMS, Wifi, microcontroler.Application of 17 dBi omnidirectional antenna is expected to expand the WiFi transmitter within range and reliability of the network is obtained either. Monitoring of solar cell panels with website that is accessible through a link WiFi AP and IP address.
Based on the test experimental results shows as sam asexpected that the solar cell panel will be cleaned if the ambient temperature exceeds 300C and battery charging voltage is less than 12 V. The gain and reliability of the network obtained using 17 dBi omnidirectional antenna showed the expected results.
PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Kebutuhan akan sumber tenaga listrik alternatif sangat dibutuhkan ketika cadangan bahan bakar minyak (BBM) dunia semakin menipis. Dalam upaya tersebut dibutuhkan sumber energi yang tidak terbatas seperti tenaga surya atau tenaga matahari. Energi sinar
matahari hanya diterima oleh
permukaan bumi sebesar 69% dari total energi pancaran matahari. Sementara suplai energi surya dari sinar matahari sebesar 69% tersebut mencapai 3 x 1024 joule per tahun, energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt. Jumlah energi ini setara dengan 10000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan sel surya yang memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini.
Pada implementasi sel surya
sebagai penghasil energi listrik sehari-hari seperti pada lampu penerangan
jalan umum atau pada solar home
system, memiliki beberapa kendala dalam menghasilkan energi listrik yang
optimal. Faktor-faktor yang
mempengaruhi optimal kinerja dari suatu panel sel surya adalah pengaruh
suhu, shading effect, dan bahan pembuat
sel surya itu sendiri. Salah satu
contohnya adalah apabila cover glass
yang merupakan lapisan terluar dari suatu panel sel surya tertutupi oleh debu atau bahan penghalang lainnya maka hal
tersebut menghalangi masuknya
intensitas cahaya matahari dan sangat mempengaruhi proses efek fotolistrik pada panel sel surya tersebut sehingga energi listrik yang dihasilkan tidak optimal, kejadian ini disebut dengan
shading effect.
Ada pun masalah lainnya yang dihadapi oleh suatu panel sel surya
adalah ketidakstabilan temperatur.
Apabila temperatur panel sel surya yang
dipengaruhi temperatur lingkungan
melebihi ketentuan pabrikasi maka akan menyebabkan proses fotolistrik dan output berupa tegangan listrik menjadi tidak optimal sehingga mempengaruhi
tegangan input terhadap charge aki
panel sel surya. Besar tegangan
minimum yang dihasilkan oleh suatu
panel sel surya untuk melakukan charge
aki adalah 13 - 13,8 Volt untuk aki 12 Volt.
Survei dalam penelitian ini
dilakukan dengan mengunjungi kantor pusat PT. Jasa Marga yang berlokasi di plaza tol Taman Mini Indonesia Indah (TMII). Dari survey ini diperoleh informasi adanya kesulitanuntuk akses
dan proses maintainance terhadap panel
sel surya dan juga belum diterapkannya
sistem komunikasi yang bersifat
mobilitas untuk mempermudah petugas
dalam melakukan proses maintainance
dan pemantauan terhadap panel sel surya.
Berdasarkan hal tersebut di atas
maka dirancang sebuah prototype
pembersih debu otomatis dan sistem komunikasi berbasis WiFi dan SMS yang berfungsi untuk membersihkan panel sel surya secara otomatis dan
memantau secara real time keadaan dari
panel sel surya itu sendiri melalui akses
Wireless AP(wireless access point) ke website dan melalui seluler (SMS). Hal
ini bertujuan untuk memudahkan
pengguna dalam hal ini PT. Jasa Marga dalam pemeliharaan dan pemantauan
keadaan panel sel surya yang
diimplementasikan pada lampu
penerangan jalan tol. Perbandingan hasil survei dengan alat yang dirancang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perbandingan hasil survei dengan alat yang dirancang
No. Hasil Survei Alat yang dirancang
1. Panel sel surya dibersihkan dengan
cara manual, yaitu petugas menyem-protkan air ke permukan sel surya.
Panel sel surya dibersihkan secara otomatis dengan penyemprot air.
2. Panel sel surya dibersihkan dengan
cara manual, yaitu petugas mengelap permukaan sel surya yang sudah disemprotkan air.
Panel sel surya dibersihkan secara otomatis, dilakukan pengelapan pada permukaan sel surya yang sudah disemprot air.
3. Tidak ada pemantauan secara Real
Time oleh PT. Jasa Marga pada panel
sel surya guna mengetahui status dari
panel sel surya. Maintainance yang
dilakukan oleh PT. Jasa Marga adalah setiap 3-6 bulan sekali.
Pemantauan dilakukan secara Real
Time melalui modul komunikasi Arduino
WiFi Shield (diakses melalui wireless
access point dan website) dan modul
komunikasi Arduino GPRS Shield (seluler)yang menghubungkan pemantau dengan panel sel surya.
B. Konsep Perancangan Alat
Perancangan pada penelitian ini dalam pengerjaannya menggunakan
metode rancang bangun, dimana
langkah-langkah rancang bangun
antara lain :
- analisis,
- perancangan,
- pembuatan/pabrikasi,
- pengujian.
Data hasil pengukuran diperoleh dengan cara observasi pada saat pengujian yang menyangkut rancang bangun dan unjuk kerja alat.
Gambar 1 Konsep perancangan alat
B.1. Analisis Kebutuhan
Analisis kebutuhan adalah suatu cara atau metode untuk membandingkan antara kondisi yang diinginkan atau diharapkan dengan kondisi yang ada atau kenyataan di lapangan.
Penggunaan energi matahari
melalui teknologi sel surya sudah diterapkan oleh PT. Jasa Marga untuk menyediakan energi listrik terhadap lampu penerangan umum di sepanjang jalan tol dan sudah diterapkan pada lebih dari 1800 titik lampu. Dari hasil survei diperoleh bahwa terdapat banyak kendala yang diakibatkan dari kerusakan
pada aki penyimpanan dan modul solar
charging yang tidak bekerja secara baik
sehingga mengakibatkan tidak
bekerjanya lampu penerangan jalan di beberapa titik di sepanjang ruas jalan tol. Adapun kerusakan tersebut umumnya disebabkan oleh tiga faktor utama, yaitu resistansi beban terhadap performansi sel surya, pengaruh temperatur dan
effect shading.
Pengaruh intensitas cahaya
matahari terhadap performansi panel sel surya digambarkan seperti pada Gambar 2.
Gambar 2 Kurva I-V performansi panel sel surya
Semakin besar intensitas cahaya
matahari secara proposional akan
menghasilkan arus yang besar. Gambar
2 menunjukan tingkatan cahaya
matahari yang menurun, bentuk dari kurva I-V menunjukkan hal yang sama,
tetapi bergerak ke bawah yang
mengindikasikan menurunnya arus dan daya, dan tegangan yang dihasilkan mengalami sedikit perubahan.
Pengaruh suhu terhadap
performansi panel sel surya
digambarkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Kurva I-V pengaruh suhu terhadap performansi panel sel surya
Apabila suhu panel sel surya
meningkat diatas standar suhu normal 25-30 derajat Celcius, maka efisiensi panel sel surya dan tegangan akan berkurang. Gambar 3 mengilustrasikan bahwa bila suhu sel meningkat diatas 30 derajat Celcius, bentuk kurva I-V tetap
sama tetapi bergeser ke kiri sesuai dengan kenaikan suhu panel sel surya, dan menghasilkan tegangan dan daya yang lebih kecil. Panas dalam kasus ini adalah hambatan listrik untuk aliran elektron. Untuk itu aliran udara di
sekeliling solar cell panel module sangat
penting untuk menghilangkan panas yang menyebabkan suhu panel sel surya menjadi tinggi.
Faktor berikutnya yang
mempengaruhi performansi panel sel
surya adalah effect shading atau
pengaruh bayangan terhadap permukaan panel sel surya, dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Kurva I-V effect shading
terhadap performansi panel sel surya
Panel sel surya terdiri dari beberapa
silicon yang dihubungkan secara seri
untuk menghasilkan daya yang
diinginkan. Satu silicon menghasilkan
0.46 Volt sehingga untuk membentuk panel sel surya sebesar 12 Volt dibentuk
dari 36 silicon yang dihubungkan secara
seridan hasilnya adalah 16.56 Volt.
Shading effect adalah kondisi dimana
salah satu atau lebih sel silicon
dari panel sel surya tertutup dari
masuknya sinar matahari. Shading
effetakan mempengaruhi pengeluaran daya dari panel sel surya.
Faktor-faktor tersebut yang menjadi penyebab masalah yang sering dihadapi
sehingga diperlukan inovasi dari suatu rancangan yang memudahkan untuk memantau status dari panel sel surya
secara real time.Status yang harus
dipantau tersebut adalah tegangan yang dihasilkan panel sel surya itu sendiri,
status charging dari aki, suhu dari panel
sel surya, dan besar intensitas cahaya matahari yang masuk ke dalam sel surya.
B.2. Analisis SWOT
Analisis SWOT adalah sebuah analisa yang dicetuskan oleh Albert Humprey yang didasarkan pada logika untuk dapat memaksimalkan kekuatan dan peluang, namun secara bersamaan
dapat meminimalkan kelemahan dan ancaman.
Pada Tabel 2 dan Tabel 3 berikut ini ditampilkan Analisis SWOT untuk
melihat manfaat dalam proses
pemantuan untuk maintenance panel surya pada lampu jalan tol.
C. Realisasi Perancangan Alat C.1 Deskripsi Perancangan
Rancangan ini merupakan model sistem komunikasi berbasis WiFi dan
SMS pada prototype pembersih debu sel
surya lampu penerangan jalan tol.
Tabel 2 Kekuatan (strengths) dan kelemahan (weaknesses)
No (StrengthsKekuatan ) (WeaknessesKelemahan )
1.
Pemanfaatan energi matahari lebih
mudah dilakukan. Menggunakan solar
cell sebagai alat pengkonversi energi
matahari ke energi listrik
Faktor yang mempengaruhi tidak optimalnya kinerja sel surya adalah
resistansi beban, effect shading, dan
pengaruh suhu.
2.
Media komunikasi (SMS dan WIFI) mempermudah pengguna dalam melakukan pemantauan terhadap sistem.
WIFI : harus berada pada range
access point untuk melakukan koneksi
ke website pemantau. SMS : bersifat
mobile namun penggunaan pulsa yang terbatas dan juga keterbatasan dalam
melakukan maintainanc.
3.
Media komunikasi (SMS dan WIFI)
mempermudah pengguna dalam
melakukan pemantauan terhadap sistem.
Penggunaan media komunikasi SMS dan WIFI dalam perancangan membutuhkan
biaya yang tidak sedikit apabila
diimplementasi secara masal, diperlukan
design jaringan yang baik untuk
komunikasi wifi.
4.
Prototype pembersih debu otomatis panel sel surya lampu penerangan jalan tol
mempermudah pengguna melakukan
maintainance
Kesulitan dalam implementasi secara
masal dikarenakan design prototype
pembersih debu sendiri tergolong rumit.
5.
Meminimalisir kerusakan yang terjadi pada aki penyimpan energi listrik yang dihasilkan panel sel surya.
Perancangan hardware yang rumit dan
implementasi yang sulit dalam
Tabel 3 Peluang (opportunities) dan ancaman (threats)
No (OpportunitiesPeluang ) Ancaman (Threats)
1.
Penggunaan sistem yang dirancang mempermudah pengguna yaitu PT.Jasa Marga dalam memantau dan
maintainance secara mobile .
Apabila pulsa (sistem komunikasi SMS) habis, maka komunikasi antara sistem dan pemantau akan terputus, sama demikian dengan WIFI apabila
pemantau diluar range access point
maka komunikasi akan terputus dengan sistem.
Terdapat beberapa modul pada perancangan dalam tugas akhir ini,
yaitu modul mikrokontroler
(ATmega2560 dan Gboard Pro), modul driver pompa (Relay SPDT), modul driver motor DC (Arduino L298N dan DI-Motor DC Driver 4A), modul sensor cahaya (LDR), sensor suhu (IC
LM35), modul sensor tegangan
(Voltage Divider), modul sensor level
ketinggian air (Voltage Divider),
modul sistem komunikasi WiFi (WiFi Shield berbasisWiznet FI250) dan modul sistem komunikasi SMS (GPRS Shield berbasis Sim900).
Diagram blok dari perancangan model sistem komunikasi berbasis
WiFi dan SMS pada prototype
pembersih debu sel surya lampu penerangan jalan tol secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 5.
C.2 Pemilihan Komponen dan Perancangan
C.2.1.Sistem Komunikasi (WiFi Shield Berbasis WiznetFi250)
WiFi Shield berbasis WiznetFi250
adalah modul wireless dengan ukuran
kecil yang memiliki tingkat integrasi
yang tinggi, mendukung IEEE
802.11b/g/n. Kecepatan maksimum
yang dapat dicapai modul Wifi Shield berbasis WiznetFi250 adalah sampai dengan 65Mbit/s. Blok diagram dari
sistem WiFi Shield berbasis
WiznetFi250 ditunjukan pada Gambar 6.
Modul WiFi Shield berbasis
WiznetFi250 kompatibel dengan semua sistem komunikasi yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz, dan tersedia layanan
layanan security yang mendukung
keamanan jaringan berupa WEP,
WPA/WPA2PSK. Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 terintegrasi dengan RF power amplifier, memiliki 1
megabyteflash memori, 128 kilobyte
SRAM, 1 megabyteserial flash, bekerja
pada frekuensi 2.412-2.484 GHz, dan
memiliki UFL konektor sehingga
pengguna dapat menggunakan antena tambahan eksternal untuk menambah jangkauan sinyal.
WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dapat dijadikan mode AP ataupun
sebagai router dari suatu jaringan yang
kompatibel. Modul komunikasi ini
memiliki interface software sehingga
pengguna dapat mengontrol dan
memperbarui modul melalui konverter
USB, dan memiliki serialinterface
berupa UART (Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter) dan SPI (serial peripheral interface). Modul komunikasi ini menyediakan soket kartu mikro SD, seperti perekam ketika WiFi Shield bekerja sebagai TCP ataupun UDP server.
Gambar 5 Diagram blok rancangan sistem
Gambar 6 Diagram blok fungsional mikrokontroler wifi shield (WiznetFi250)
Modul WiFi Shield berbasis
WiznetFi250 memiliki 73 konfigurasi pin yang mendukung sistem komunikasi serial. Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 bekerja pada tegangan
operasi 5V atau 3.3V DC (auto select).
Modul WiFi Shield berbasis
WiznetFi250 dirancang berdasarkan
WiFi blok dan blok MCU. Modul komunikasi ini mendukung generik SPI,
interface UART yang menghubungkan
WLAN ke prosesor host. Pada
perancangan sistem, digunakan interface
UART sebagai komunikasi serial antara
hardware dari komponen
mikrokontroler ATmega2560 dan
Gboard Pro dengan hardware WiFi
Shield. Pin konfigurasi yang digunakan pada pemodelan sistem komunikasi
WiFi Shield yang terhubung ke
mikrokontroler ATmega2560 dan
Gboard Pro adalah pin GND (ground),
komunikasi serial pin UART1_Tx (transmitter atau pengirim) dan pin
UART1_Rx (Receiver atau penerima),
dan pin VDD_3V3 sebagai input
tegangan terhadap hardware WiFi
Shield. Pemetaan konfigurasi pin antara
mikrokontroler ATmega2560 dan
Gboard Pro dengan WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dapat dilihat pada Gambar 7.
Modul komunikasi ini dirancang untuk menghubungkan pemantau dan
prototype pembersih debu sel surya melalui komunikasi WiFi - WLAN, dimana pemantau dapat memantau
status dari panel sel surya secara real
time melalui website dengan mengakses
AP WiFi Shield pada range WiFi dan
mengakses IP standar dari AP WiFi
Shield di website yaitu
“192.168.10.1:8080”. Teknik modulasi
yang digunakan modul komunikasi ini adalah teknik modulasi DSSS, CCK, OFDM, BPSK, QPSK,16QAM, 64QAM, sesuai dengan kebutuhan pemakai dan
mendukung data rate 802.11b (1, 2, 5.5,
11 Mbps), 802.11g (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps), dan 802.11n (MCS0 (6.5 Mbps) to MCS7 (65 Mbps).
C.2.2.Sistem Komunikasi (GPRS Shield Berbasis Sim900)
SMS (Arduino GPRS Shield) adalah modul komunikasi GSM/GPRS yang menghubungkan sistem dengan
user atau pemantau melalui komunikasi
data seluler atau pun melalui SMS. Arduino GPRS Shield menggunakan perintah AT (AT Command) dilengkapi dengan SIM900 sebagai chip pemroses
dan penghubung komunikasi antara user
atau pemantau dengan sistem. SIM900
sudah menerapkan antarmuka standar
industri dalam menyediakan fitur
komunikasi GSM/GPRS
850/900/1800/1900MHz untuk voice, SMS, Data, dan Fax. Pada perancangan sistem pembersih debu panel sel surya telah terpasang modul komunikasi SMS (Arduino GPRS Shield) dengan SIM900. Informasi dari panel sel surya setelah dibersihkan akan diteruskan secara
otomatis ke user atau pemantau melalui
SMS. Pada perancangan, GPRS Shield merupakan bagian dari bagan GBoard
Pro dan ATmega2560. Pemetaan
konfigurasi pin antara mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard Pro dengan GPRS Shield berbasis SIM900 dapat dilihat pada Gambar 8.
C.2.3 Sensor Level Ketinggian Air
Pada perancangan ini digunakan sensor kapasitif sebagai sensor level ketingian air untuk mendeteksi kapasitas volume air di tangki penyemprot air, penggunaan sensor level ketinggian air bertujuan agar mempermudah pengguna
memantau volume air di tangki
penyemprot air. P W M C O M U N IC A T IO N DIGITAL A N A L O G IN A T M E G A 25 60 1 6A U 1 1 26 te c h n o -a p k .b lo g s p o t. c o m TX0 TX3 TX2 TX1 SDA SCL RX0 RX3 RX2 RX1 APK-TECH PD0/SCL/INT0 21 PD1/SDA/INT1 20 PD2/RXD1/INT2PD3/TXD1/INT3 19 18 PH0/RXD2 17 PH1/TXD2 16 PJ0/RXD3/PCINT9 15 PJ1/TXD3/PCINT10 14 PE0/RXD0/PCINT8PE1/TXD0/PDO 0 1 PE4/OC3B/INT4 2 PE5/OC3C/INT5PG5/OC0B 3 4 PE3/OC3A/AIN1PH3/OC4A 5 6 PH4/OC4B 7 PH5/OC4C 8 PH6/OC2B 9 PB4/OC2A/PCINT4 10 PB5/OC1A/PCINT5 11 PB6/OC1B/PCINT6 12 PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 13 AREF P A 0 /A D 0 2 2 P A 1 /A D 1 2 3 P A 2 /A D 2 2 4 P A 3 /A D 3 2 5 P A 4 /A D 4 2 6 P A 5 /A D 5 2 7 P A 6 /A D 6 2 8 P A 7 /A D 7 2 9 P C 6 /A 1 4 3 1 P C 5 /A 1 3 3 2 P C 4 /A 1 2 3 3 P C 3 /A 1 1 3 4 P C 2 /A 1 0 3 5 P C 1 /A 9 3 6 P C 0 /A 8 3 7 P D 7 /T 0 3 8 P G 2 /A L E 3 9 P G 1 /R D 4 0 P G 0 /W R 4 1 P L 7 4 2 P L 6 4 3 P L 5 /O C 5 C 4 4 P L 4 /O C 5 B 4 5 P L 3 /O C 5 A 4 6 P L 2 /T 5 4 7 P L 1 /I C P 5 4 8 P L 0 /I C P 4 4 9 P B 3 /M IS O /P C IN T 3 5 0 P B 2 /M O S I/ P C IN T 2 5 1 P B 1 /S C K /P C IN T 1 5 2 P B 0 /S S /P C IN T 0 5 3 PK7/ADC15/PCINT23 A15 PK6/ADC14/PCINT22 A14 PK5/ADC13/PCINT21 A13 PK4/ADC12/PCINT20 A12 PK3/ADC11/PCINT19 A11 PK2/ADC10/PCINT18 A10 PK1/ADC9/PCINT17 A9 PK0/ADC8/PCINT16 A8 PF7/ADC7/TDI A7 PF6/ADC6/TDO A6 PF5/ADC5/TMS A5 PF4/ADC4/TCK A4 PF3/ADC3 A3 PF2/ADC2 A2 PF1/ADC1 A1 PF0/ADC0 A0 RESET P C 7 /A 1 5 3 0 P W M C O M U N IC A T IO N DIGITAL A N A L O G IN A T M E G A 25 60 1 6A U 1 1 26 te c h n o -a p k .b lo g s p o t. c o m TX0 TX3 TX2 TX1 SDA SCL RX0 RX3 RX2 RX1 APK-TECH PD0/SCL/INT0 21 PD1/SDA/INT1 20 PD2/RXD1/INT2PD3/TXD1/INT3 19 18 PH0/RXD2 17 PH1/TXD2 16 PJ0/RXD3/PCINT9 15 PJ1/TXD3/PCINT10 14 PE0/RXD0/PCINT8PE1/TXD0/PDO 0 1 PE4/OC3B/INT4 2 PE5/OC3C/INT5PG5/OC0B 3 4 PE3/OC3A/AIN1PH3/OC4A 5 6 PH4/OC4B 7 PH5/OC4C 8 PH6/OC2B 9 PB4/OC2A/PCINT4 10 PB5/OC1A/PCINT5 11 PB6/OC1B/PCINT6 12 PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 13 AREF P A 0 /A D 0 2 2 P A 1 /A D 1 2 3 P A 2 /A D 2 2 4 P A 3 /A D 3 2 5 P A 4 /A D 4 2 6 P A 5 /A D 5 2 7 P A 6 /A D 6 2 8 P A 7 /A D 7 2 9 P C 6 /A 1 4 3 1 P C 5 /A 1 3 3 2 P C 4 /A 1 2 3 3 P C 3 /A 1 1 3 4 P C 2 /A 1 0 3 5 P C 1 /A 9 3 6 P C 0 /A 8 3 7 P D 7 /T 0 3 8 P G 2 /A L E 3 9 P G 1 /R D 4 0 P G 0 /W R 4 1 P L 7 4 2 P L 6 4 3 P L 5 /O C 5 C 4 4 P L 4 /O C 5 B 4 5 P L 3 /O C 5 A 4 6 P L 2 /T 5 4 7 P L 1 /I C P 5 4 8 P L 0 /I C P 4 4 9 P B 3 /M IS O /P C IN T 3 5 0 P B 2 /M O S I/ P C IN T 2 5 1 P B 1 /S C K /P C IN T 1 5 2 P B 0 /S S /P C IN T 0 5 3 PK7/ADC15/PCINT23 A15 PK6/ADC14/PCINT22 A14 PK5/ADC13/PCINT21 A13 PK4/ADC12/PCINT20 A12 PK3/ADC11/PCINT19 A11 PK2/ADC10/PCINT18 A10 PK1/ADC9/PCINT17 A9 PK0/ADC8/PCINT16 A8 PF7/ADC7/TDI A7 PF6/ADC6/TDO A6 PF5/ADC5/TMS A5 PF4/ADC4/TCK A4 PF3/ADC3 A3 PF2/ADC2 A2 PF1/ADC1 A1 PF0/ADC0 A0 RESET P C 7 /A 1 5 3 0 WiFi Shield 3V3 Tx Rx
P W M C O M U N IC A T IO N DIGITAL A N A L O G IN AT M EG A 256 0 1 6A U 11 26 te c h n o -a p k .b lo g s p o t.c o m TX0 TX3 TX2 TX1 SDA SCL RX0 RX3 RX2 RX1 APK-TECH PD0/SCL/INT0 21 PD1/SDA/INT120 PD2/RXD1/INT2 19 PD3/TXD1/INT3PH0/RXD2PH1/TXD2181716 PJ0/RXD3/PCINT9 15 PJ1/TXD3/PCINT10 14 PE0/RXD0/PCINT8PE4/OC3B/INT4PE5/OC3C/INT5PE1/TXD0/PDO012 3 PG5/OC0B 4 PE3/OC3A/AIN15 PH3/OC4A 6 PH4/OC4B 7 PH5/OC4C 8 PH6/OC2B 9 PB4/OC2A/PCINT410 PB5/OC1A/PCINT511 PB6/OC1B/PCINT612 PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 13 AREF P A 0 /A D 0 2 2 P A 1 /A D 1 2 3 P A 2 /A D 2 2 4 P A 3 /A D 3 2 5 P A 4 /A D 4 2 6 P A 5 /A D 5 2 7 P A 6 /A D 6 2 8 P A 7 /A D 7 2 9 P C 6 /A 1 4 3 1 P C 5 /A 1 3 3 2 P C 4 /A 1 2 3 3 P C 3 /A 1 1 3 4 P C 2 /A 1 0 3 5 P C 1 /A 9 3 6 P C 0 /A 8 3 7 P D 7 /T 0 3 8 P G 2 /A L E 3 9 P G 1 /R D 4 0 P G 0 /W R 4 1 P L 7 4 2 P L 6 4 3 P L 5 /O C 5 C 4 4 P L 4 /O C 5B 4 5 P L 3 /O C 5 A 4 6 P L 2 /T 5 4 7 P L 1 /I C P 5 4 8 P L 0 /I C P 4 4 9 P B 3 /M IS O /P C IN T 3 5 0 P B 2 /M O S I/P C IN T 2 5 1 P B 1 /S C K /P C IN T 1 5 2 P B 0 /S S /P C IN T 0 5 3 PK7/ADC15/PCINT23 A15 PK6/ADC14/PCINT22 A14 PK5/ADC13/PCINT21 A13 PK4/ADC12/PCINT20 A12 PK3/ADC11/PCINT19 A11 PK2/ADC10/PCINT18 A10A9 PK1/ADC9/PCINT17PK0/ADC8/PCINT16 A8 PF7/ADC7/TDI A7 PF6/ADC6/TDO A6 PF5/ADC5/TMS A5 PF4/ADC4/TCK A4 PF3/ADC3 A3 PF2/ADC2 A2 PF1/ADC1 A1 PF0/ADC0 A0 RESET P C 7 /A 1 5 3 0 P W M C O M U N IC A T IO N DIGITAL A N A L O G IN AT M EG A 256 0 1 6A U 11 26 te c h n o -a p k .b lo g s p o t.c o m TX0 TX3 TX2 TX1 SDA SCL RX0 RX3 RX2 RX1 APK-TECH PD0/SCL/INT0 21 PD1/SDA/INT120 PD2/RXD1/INT2 19 PD3/TXD1/INT3PH0/RXD2PH1/TXD2181716 PJ0/RXD3/PCINT9 15 PJ1/TXD3/PCINT10 14 PE0/RXD0/PCINT8PE4/OC3B/INT4PE5/OC3C/INT5PE1/TXD0/PDO012 3 PG5/OC0B 4 PE3/OC3A/AIN15 PH3/OC4A 6 PH4/OC4B 7 PH5/OC4C 8 PH6/OC2B 9 PB4/OC2A/PCINT410 PB5/OC1A/PCINT511 PB6/OC1B/PCINT612 PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 13 AREF P A 0 /A D 0 2 2 P A 1 /A D 1 2 3 P A 2 /A D 2 2 4 P A 3 /A D 3 2 5 P A 4 /A D 4 2 6 P A 5 /A D 5 2 7 P A 6 /A D 6 2 8 P A 7 /A D 7 2 9 P C 6 /A 1 4 3 1 P C 5 /A 1 3 3 2 P C 4 /A 1 2 3 3 P C 3 /A 1 1 3 4 P C 2 /A 1 0 3 5 P C 1 /A 9 3 6 P C 0 /A 8 3 7 P D 7 /T 0 3 8 P G 2 /A L E 3 9 P G 1 /R D 4 0 P G 0 /W R 4 1 P L 7 4 2 P L 6 4 3 P L 5 /O C 5 C 4 4 P L 4 /O C 5B 4 5 P L 3 /O C 5 A 4 6 P L 2 /T 5 4 7 P L 1 /I C P 5 4 8 P L 0 /I C P 4 4 9 P B 3 /M IS O /P C IN T 3 5 0 P B 2 /M O S I/P C IN T 2 5 1 P B 1 /S C K /P C IN T 1 5 2 P B 0 /S S /P C IN T 0 5 3 PK7/ADC15/PCINT23 A15 PK6/ADC14/PCINT22 A14 PK5/ADC13/PCINT21 A13 PK4/ADC12/PCINT20 A12 PK3/ADC11/PCINT19 A11 PK2/ADC10/PCINT18 A10A9 PK1/ADC9/PCINT17PK0/ADC8/PCINT16 A8 PF7/ADC7/TDI A7 PF6/ADC6/TDO A6 PF5/ADC5/TMS A5 PF4/ADC4/TCK A4 PF3/ADC3 A3 PF2/ADC2 A2 PF1/ADC1 A1 PF0/ADC0 A0 RESET P C 7 /A 1 5 3 0 4V2 12V WiFi Shield GSM 4V2 3V3 Tx Rx Rx Tx Pwr 46
Gambar 8 Konfigurasi pin gprs shield dengan atmega2560 dan gboard pro Sensor kapasitif adalah sebuah
sensor yang mendektesi sentuhan dari benda-benda yang bersifat konduktif, contohnya adalah air, karena air merupakan bahan konduktor yang baik untuk menyalurkan listrik. Sensor ini mengukur kapasitansi antara input dan output untuk deteksi sentuhan. Sensor kapasitif yang diimplementasi pada perancangan ini sebagai sensor level
ketinggian air dihubungkan ke
mikrokontroler sebagai pemroses
informasi yang diterima kemudian
diteruskan melalui modul komunikasi WiFi ke pemantau. Selain sebagai sensor kapasitif, modul sensor ini menggunakan
skematik voltage divider atau pembagi
tegangan yang dihubungkan oleh
beberapa resistor, hubungan-hubungan resistor pada perancangan tersebut yang akan mendeteksi ketinggian air.
Cara kerja modul sensor level
ketinggian air (voltage divider) ini
sangat sederhana yaitu resistor sebagai pembagi tegangan, membagi tegangan input 5V DC, media penyalur tegangan merupakan ketinggian air (volume air) yang terdapat pada tangki penampungan air yang secara analog dideteksi oleh
resistor, kemudian diteruskan ke
mikrokontroler dan dari mikrokontroler yang menkonversi besaran tegangan input dari sensor level ketinggian air (voltage divider) tersebut menjadi
informasi ketinggian air yang
diinformasikan ke pemantau melalui sistem komunikasi WiFi. Resistor yang digunakan ada perancangan adalah resistor dengan kapasitas 1000 ohm
dengan toleransi 5% (1 KΩ ± 5%).
Berikut ini adalah simulasi
pendeteksian air yang dideteksi oleh resistor pada sensor level ketinggian air. Inisialisasi sensor level ketinggian air dan pompa pada pemrograman arduino C
menggunakan inisialisasi “sens_air” yang
dihubungkan pada satu pin analog yaitu pin A6 pada modul mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard Pro. Pemetaan pin antara sensor level ketinggian air dan
pompa dengan mikrokontroler
ATmega2560 dan Gboard Pro dapat dilihat pada Gambar 9.
C.2.4 Driver Motor (IC L298 dan DI-Motor DC Driver 4A)
Driver motor DC pada alat yang dirancang digunakan untuk mengontrol
pergerakan motor DC sebagai
penggerakan mekanik. Driver motor
DC ini menghubungkan motor DC dengan modul mikrokontroler sehingga menyelaraskan arus dan tegangan pada
motor DC dengan modul
mikrokontroler. Driver motor D
menggerakkan motor DC dalam dua
arah yaitu berputar clockwise dan
merupa-kan geramerupa-kan berputar searah dengan
jarum jam sebaliknya
counter-clockwise merupakan gerakan berputar berlawanan arah jarum jam. Pada
perancangan sistem driver motor DC
yang digunakan adalah driver motor
DI-M.D.C.D (Motor DC Driver 4A) dengan IC L298 sebagai pengatur
pergerakan driver motor.
Inisialisasi driver motor DCpada
pemrograman arduino C menggunakan
inisialisasi “motor_in0” untuk keadaan
motor berputar searah jarum jam serta berada pada pin digital 36, dan
inisialisasi “motor_in2” untuk keadaan
motor berputar berlawanan arah jarum jam serta berada pada pin digital 35, dan juga untuk mengatur kecepatan motor
DC digunakan mode PWM (Enable A)
dengan inisialisasi “pwm” yang berada
pada pin digital 5 pada modul
mikrokontroler ATmega2560 dan
Gboard Pro.
Pemetaan pin antara driver motor
DC dengan mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard Pro dapat dilihat pada Gambar 10. Pada pin konfigurasi
DI-Motor DC driver terhubung empat pin
Motor DC dimana pin “Out1 dan Out2”
merupakan keluaran arus dan tegangan untuk mengarahkan motor DC berputar
searah dengan jarum jam dan pin “Out3
dan Out4” merupakan keluaran arus dan
tegangan untuk mengarahkan motor DC berputar berlawanan arah dengan jarum jam, kecepatan (PWM) dan perputaran motor DC dikendalikan oleh IC L298 yang terhubung melalui DI-Motor DC
driver ke mikrokontroler.
Gambar 9 Konfigurasi pin sensor lvl air dengan atmega2560 dan gboard pro
IN1 5 IN2 7 ENA 6 OUT1 2 OUT2 3 ENB 11 OUT3 13 OUT4 14 IN3 10 IN4 12 SENSA 1 SENSB 15 GND 8 VS 4 VCC 9 U1 L298 PWM COMUNICATION D IG IT A L ANALOG IN ATMEGA256016AU 1126 techno-apk.blogspot.com T X 0 T X 3 T X 2 T X 1 S D A S C L R X 0 R X 3 R X2 R X 1 A P K -T E C H P D 0 /S C L /I N T 0 2 1 P D 1 /S D A /I N T 1 2 0 P D 2 /R X D 1 /I N T 2 1 9 P D 3 /T X D 1 /I N T 3 1 8 P H 0 /R X D 2 1 7 P H 1 /T X D 2 1 6 P J 0 /R X D 3 /P C IN T 9 1 5 P J 1 /T X D 3 /P C IN T 1 0 1 4 P E 0 /R X D 0 /P C IN T 8 0 P E 1 /T X D 0 /P D O 1 P E 4 /O C 3 B /I N T 4 2 P E 5 /O C 3 C /I N T 5 3 P G 5 /O C 0 B 4 P E 3 /O C 3 A /A IN 1 5 P H 3 /O C 4 A 6 P H 4 /O C 4 B 7 P H 5 /O C 4 C 8 P H 6 /O C 2 B 9 P B 4 /O C 2 A /P C IN T 4 1 0 P B 5 /O C 1 A /P C IN T 5 1 1 P B 6 /O C 1 B /P C IN T 6 1 2 P B 7 /O C 0 A /O C 1 C /P C IN T 7 1 3 A R E F PA0/AD0 22 PA1/AD1 23 PA2/AD2 24 PA3/AD3 25 PA4/AD4 26 PA5/AD5 27 PA6/AD6 28 PA7/AD7 29 PC6/A14 31 PC5/A13 32 PC4/A12 33 PC3/A11 34 PC2/A10 35 PC1/A9 36 PC0/A8 37 PD7/T0 38 PG2/ALE 39 PG1/RD 40 PG0/WR 41 PL7 42 PL6 43 PL5/OC5C 44 PL4/OC5B 45 PL3/OC5A 46 PL2/T5 47 PL1/ICP5 48 PL0/ICP4 49 PB3/MISO/PCINT3 50 PB2/MOSI/PCINT2 51 PB1/SCK/PCINT1 52 PB0/SS/PCINT0 53 P K 7 /A D C 1 5 /P C IN T 2 3 A 1 5 P K 6 /A D C 1 4 /P C IN T 2 2 A 1 4 P K 5 /A D C 1 3 /P C IN T 2 1 A 1 3 P K 4 /A D C 1 2 /P C IN T 2 0 A 1 2 P K 3 /A D C 1 1 /P C IN T 1 9 A 1 1 P K 2 /A D C 1 0 /P C IN T 1 8 A 1 0 P K 1 /A D C 9 /P C IN T 1 7 A 9 P K 0 /A D C 8 /P C IN T 1 6 A 8 P F 7 /A D C 7 /T D I A 7 P F 6 /A D C 6 /T D O A 6 P F 5 /A D C 5 /T M S A 5 P F 4 /A D C 4 /T C K A 4 P F 3 /A D C 3 A 3 P F 2 /A D C 2 A 2 P F 1 /A D C 1 A 1 P F 0 /A D C 0 A 0 R E S E T PC7/A15 30 IN1 5 IN2 7 ENA 6 OUT1 2 OUT2 3 ENB 11 OUT3 13 OUT4 14 IN3 10 IN4 12 SENSA 1 SENSB 15 GND 8 VS 4 VCC 9 U1 L298 4V2 12V
C.2.5 Solar Charge Controller (Model XDC1210)
Solar Charge Controller berfungsi
sebagai pengatur arus listrik (current
regulator) baik terhadap arus yang masuk dari panel sel surya maupun arus
beban keluar atau digunakan.
Solarcharge controller bekerja untuk menjaga aki atau baterai dari pengisian
yang berlebihan (over charge), dan
mengatur jalur tegangan dan arus dari panel surya ke aki atau baterai.
Sebagian besar keluaran tegangan
panel sel surya (polycrystalline 20W)
menghasilkan tegangan keluar (V-Out) sekitar 16 sampai 20 volt DC, jadi jika tidak ada pengaturan maka baterai akan rusak akibat dari pengisian tegangan yang berlebihan. Pada umumnya aki atau baterai 12 Volt membutuhkan
tegangan pengisian (charge) sekitar
13-14,8 volt (tegantung tipe aki atau baterai) untuk dapat terisi penuh.
Dalam charging mode,
umumnya aki diisi dengan metode three
stage charging:
1. Fase bulk, aki akan di-charge sesuai
dengan tegangan setup (bulk :
antara 13,4 – 14,5 Volt) dan arus
diambil secara maksimum dari
panel sel surya . Pada
saat aki sudah pada tegangan setup
(bulk) dimulailah fase absorption.
2. Fase absorption, tegangan aki akan
dijaga sesuai dengan tegangan bulk,
sampai solar charge
con-troller timer tercapai.
3. Fase flloat, aki akan dijaga pada
tegangan float setting (umumnya 12
– 13,8 Volt). Beban yang terhubung
ke aki menggunakan arus
maksimun dari panel sel surya.
Penggunaan solar charge controller
pada perancangan ini bertujuan untuk mengatur arus dan tegangan yang
dihasilkan oleh panel sel surya dan juga sebagai pengontrol kapasitas aki. Panel sel surya yang digunakan adalah panel
sel surya polycrystalline 20W dengan
spesifikasi optimum operating current
(Imp) adalah 1,16 A, optimum operating
voltage (Vmp) adalah 17,2 V, short circuit current (Isc) adalah 1,31 A dan
open circuit voltage (Voc) adalah 21,6 V, standard test condition (STC) adalah
1000 W/m2 , air mass (AM) adalah 1,5 ,
dan optimum temperature adalah 250
-300C.
C.2.6 Perancangan Software
Pada perancangan penelitian ini
menggunakan bantuan software Arduino
C. Penggunaan Arduino C akan
memudahkan untuk memasukkan
program antara hardware yang saling
terkoneksi melalui komunikasi serial.
Dalam komunikasi antara hardware
digunakan komunikasi serial dari tiap
komponen hardware. Komunikasi serial
pada tiap komponen hardware
memudahkan pengguna dalam
melakukan kombinasi atau penambahan serta pengeditan program. Semua proses dikendalikan oleh Atmega2560 dan Gboard Pro. Simulasi kerja alat dapat dilihat pada diagram alir kerja alat pada Gambar 11.
HASIL PENGUJIAN ALAT
Informasi yang dipancarkan WiFi Shield dapat dipantau melalui akses
wireless LAN dengan menghubungkan laptop ke AP WiFi Shield, dan browsing IP address dari WiFi Shield. Informasi akan ditampilkan setiap 5-10 menit sekali. Sedangkan untuk akses SMS,
perancangan GPRS Shield
menggunakan perintah AT-Command yang berada pada ATmega2560, yang merupakan perangkat mikrokontroler yang menyatu dengan GBoard Pro dan
GPRS Shield. SMS akan dikirimkan apabila ada indikator status yang perlu diperhatikan seperti ketinggian air, suhu panel sel surya, atau pun tegangan keluaran panel sel surya.
Hasil pengujian dan analisis
keseluruhan sistem yang dirancang adalah dalam keadaan berdebu dan
dipantau melalui modul sistem
komunikasi WiFi. Simulasi debu
dilakukan sebelum sistem dinyalakan.
Pada kondisi pertama sistem
dinyalakan, hasil pengukuran dan
analisis yang ditampilkan logika
tegangan LDR adalah 30,20, tegangan keluaran panel sel surya adalah 11,03 V,
suhu yang dideteksi adalah 32,420C, dan
status charging aki adalah “T” atau tidak
dalam kondisi pengisian.
Sistem secara otomatis
membersihkan panel sel surya
dikarenakan indikator proses
pembersihan secara otomatis terpenuhi yaitu tegangan logika LDR < 50 dan tengan keluaran panel sel surya kurang dari 12 V .
Hasil pengukuran pada kondisi kedua menunjukan panel sel surya sudah dalam keadaan normal setelah dilakukan proses pembersihan. Hal ini ditandai dengan tegangan keluaran panel sel surya adalah 12,04 V, suhu yang dideteksi
adalah 31,59 0C, status charging aki
adalah “Y”, dan kapasistas penampungan
air yang semula 47,60 % menjadi 36,58 %.
Proses charging aki yang dipantau
melalui komunikasi WiFi berakhir
ditandai dengan berkurangnya
intensitas cahaya matahari yang diukur
melalui lux meter, tingginya logika
tegangan LDR, dan kecilnya tengangan yang dihasilkan panel sel surya 11,93 V
dan status charging aki adalah “T” atau
tidak mengisi.
SIMPULAN
Berdasarkan pengujian dan analisis
yang telah dilakukan pada bab
sebelumnya maka, dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut:
1. Pada pengujian kuat sinyal
menggunakan antena
omnidirectional 17 dBi didapatkan hasil kuat sinyal yang lebih baik dibandingkan menggunakan antena
omnidirectional 1 dBi.
2. Hasil pengujian dan analisis kerja
dari keseluruhan hardwarepada
sistem yang dipantau melalui
komunikasi WiFi yang diakses
melalui WiFi Shield (AP)
menunjukan kinerja yang sesuai yaitu intensitas cahaya yang masuk berbanding lurus dengan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh panel
sel surya dan berbanding terbalik dengan keluaran logika tegangan LDR.
3. Semakin besar intensitas cahaya
yang masuk maka nilai tegangan keluaran panel sel surya semakin besar dan nilai logika tegangan LDR semakin mengecil dan sebaliknya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Frienditya Yuli Pradhifta. 2009.
Perancangan dan Pembuatan Sistem Pengaman Kendaraan Dengan Menggunakan SMS (Short Message Service) Berbasis Mikrokontroler. Tugas Akhir.
Surakarta: Universitas Sebelas
Maret.
[2] Mailoa Blidsi. 2013. Kinerja Sistem
Wireless Printer Menggunakan Wireless Router 802.11n. Tugas Akhir. Salatiga: Universitas Kristen Satya Wacana.
[3] Mustaghfiri Asror.2008. “Rancang
Bangun Pengukuran Temperatur Jarak Jauh Via SMS Berbasis
Mikrokontroler ATMega8535”.
Tugas Akhir.
Semarang :Universitas Diponegoro. [4] Saefullah Asep, Rayeb Ayeb El.
2013.Pengendalian Electronic
Home Appliances Berbasis IP dengan Menggunakan Modul Wiznet NM7010A. Journal
Momentum on Power
Electronics.Volume 3 (1), hlm. 102-123.
[5] Septianggono Awan. 2008.
Optimasi Jangkauan IEEE 802.11g Untuk Jaringan WLAN di Komplek Perumahan PLN Klender.Tugas Akhir. Jakarta: Universitas Trisakti.
[6] Setiawan Donni. 2014.
Perancangan Model Sistem Pembersih Debu Ototmatis Sel Surya Pada Lampu Penerangan
Jalan Tol.Tugas Akhir. Jakarta: Universitas Tarumanagara.
[7] Suriadi Mahdi S. 2011.
Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan Software PVSYST Pada Komplek Perumahan di Banda Aceh.Tugas Akhir.Banda Aceh: Universitas Syiah Kuala.
[8] Zurnawita Prabowo Cipto. 2014.
Remote Switching Menggunakan Komunikasi WiFi Antara Smartphone Berbasis Android dan WIZFI210. Journal Momentum on Power Electronics, Voume 16 (1), hlm. 90-96.
