RANCANG BANGUN DATA LOGGER ARUS, TEGANGAN, DAYA, DAN WAKTU UNTUK PANEL SURYA 30 WP
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
TUGAS AKHIR
JOJOR LUMBANTORUAN 182408017
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
TUGAS AKHIR
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
OLEH :
JOJOR LUMBANTORUAN 182408017
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
PERNYATAAN ORISINALITAS
RANCANG BANGUN DATA LOGGER ARUS, TEGANGAN, DAYA, DAN WAKTU UNTUK PANEL SURYA 30 WP BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA328
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, juli 2021
Jojor lumbantoruan 182408017
Rancang Bangun Data Logger Arus, Tegangan, Daya, Dan Waktu Untuk Panel Surya 30 Wp Berbasis Mikrokontroller Atmega328
ABSTRAK
Sistem monitoring output solar cell saat ini masih banyak yang menggunakan alat ukur konvensional berupa Voltmeter dan Ampermeter dimana data yang ditampilkan tidak dapat langsung tersimpan dan dilihat secara real time karena kita harus mencatat ulang data tersebut secara manual. Oleh karna itu dibuat alat untuk memonitoring solar surya dengan menggunakan sensor arus, sensor tegangan dan Mikrokontroler ATmega328 yang berfungsi untuk memonitoring output pada solar surya sehingga data tersebut otomatis tersimpan.
Kinerja panel surya bisa dipantau secara langsung parameternya seperti tegangan dan arusnya. Dari hasil pemantauan tersebut dapat diperoleh informasi apakah pemasangan panel surya sudah sesuai dan menghasilkan daya keluaran yang diharapkan. Namun dalam beberapa penelitian yang adamasih terdapat kekurangan yaitu baik pengukuran arus dan tegangannya masih dilakukan dengan cara manual yaitu menggunakan multimeter,sehingga data yang diambil belum bisa tercatat secara terus menerus.
Tujuan penelitian ini adalah membuat sistem monitoring pada panel suryamenggunakan data logger berbasis ATmega 328 dan real time clockDS1307.Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian dan pengembangan (Research and Development atau R&D). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan bahwa sistem monitoring panel suryaini dapat mencatat arus, tegangan,suhu serta kelembaban secara real timeyang dihasilkan dari hasil kinerja panel surya dan kemudian merekamnya dalam bentuk TXT file setiap 15 menit sekali ke dalam Micro SD.
Kata kunci—aki, data logger, panel surya, sistem monitoring, sensor arus sensor tegangan
Design and Build Data Logger Current, Connection, Power, And Time For 30 Wp Solar Panels Based On Atmega328 Microcontroller
ABSTRACT
Currently, there are still many solar cell output monitoring systems that use conventional measuring instruments in the form of VoltMeters and Ampermeter where the data displayed cannot be stored and viewed in real time because we have to re-record the data manually.
Because of that, a tool was made to monitor solar cells using current sensors, voltage sensors and Arduino Uno Microcontrollers which function to monitor the output of the solar cell so that the data is automatically stored.
The performance of solar panels can be directly monitored for parameters such as voltage and current. From the monitoring results, information can be obtained whether the installation of solar panels is appropriate and produces the expected output power. However, in some existing studies there are still shortcomings, namely both current and voltage measurements are still carried out manually, namely using a multimeter, so the data taken cannot be recorded continuously.
The purpose of this study is to create a monitoring system on solar panels using a data logger based on ATmega 328 and real time clock DS1307. The research method used in this research is research and development (R&D). Based on the research that has been done, it can be concluded that this solar panel monitoring system can record the current, voltage, temperature and humidity in real time resulting from the performance of the solar panel and then record it in the form of a TXT file every 15 minutes into a Micro SD.
Keywords—battery, data logger, solar panel, monitoring system, current sensor voltage sensor
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini dengan judul, Rancang Bangun Data Logger Arus, Tegangan, Daya, Dan Waktu Untuk Panel Surya 30 Wp Berbasis Mikrokontroller Atmega328.
Dalam melaksanakan penulisan, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari banyak pihak, baik berupa material, informasi baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada :
1. Teristimewa kepada ibunda Tercinta Sediana tarihoran, dan juga Kakak tercinta Jaerah Lumbantoruan, Fevriwanti sihombing, Fori sihombing dan adek laki-laki saya Tulus Lumbantoruan dan Tante saya Maria dan keluarga yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu. Terimakasih untuk setiap dukungan baik secara material dan spiritual dan juga nasihat-nasihat yang dapat membangun dan memampukan saya untuk menyelesaikan tugas Akhir ini
2. Ibu Dr. Nursahara Pasaribu M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Drs. Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si selaku sekretaris program studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Drs, Kurnia Brahmana, M.Si selaku pembimbing yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan laporan tugas akhir ini.
6. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
7. Teman-teman dekat saya Kristin Lumbantoruan yang senantiasa memotivasi penulis memberikan dukungan baik dalam segi waktu dan material. Tidak lupa juga saya mengucapkan Terima kasih kepada teman satu stambuk yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu termasuk teman seperdopingan saya, Clarita saragih,
Marsyanggeon Hutabarat, Romiana Bako, Tabas Siagian terima kasih atas kerja sama dan juga dukungan teman-teman sekalian ketika menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. KTB saya bang Andre Nainggolan, Claudia Manurung, Poppy purba, Jhones Hutahaean, Dian Sihombing, Christin Hutajulu, Marsya Hutabarat, Hera Simanjuntak. yang senantiasa mendukung dan memberikan motivasi untuk penulis dan juga untuk Biring Squad, Romauli Batubara, Nurdame Nababan, Katrina pasaribu, Rimma Itasari nababan yang senantiasa memberikan penghiburan, motivasi dan masukan selama penyusunan Tugas akhir ini.
9. Tidak lupa juga saya ucapkan banyak terima kasih kepada diri sendiri Jojor Lumbantoruan yang senantiasa tetap kuat dalam memotivasi diri sendiri dan juga melalui segala sesuatu baik dari segi fikiran, material dan juga waktu hingga saat penyelesaian Tugas akhir Terima kasih untuk keberjuangan saya sendiri.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.Semoga menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 13 Juli 2021 Hormat Saya,
Jojor Lumbantoruan
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN SAMPUL ... i
PERNYATAAN ORISINALITAS ... ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
PENGHARGAAN ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Batasan Masalah ... 3
1.5. mamfaat Project ... 3
1.6. Metedologi ... 3
1.7. Sistematika Penulisan ... 4
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 5
2.1. Data Logger ... 5
2.1.1 Aplikasi Pencacatan Data ... 8
2.1.2 Arsitektur Sistem dan Prinsip Kerja ... 10
2.1.3 Sub Sistem Pencatat Data ... 10
2.1.3.1 Sensor Tegangan ... 10
2.1.3.2 Sensor Arus ... 12
2.1.3.3 RTC (Real Time Clock) ... 13
2.1.3.4 LCD ... 14
2.1.3.5 Modul Kartu SD ... 15
2.2. Panel Surya ... 16
2.2.1 Faktor Pengoperasian Sel Surya ... 19
2.3. Mikrokontroler ... 20
2.3.1 Pengertian Mikrokontroler ... 20
2.3.2 Arduino Nano ... 22
2.3.3 Jenis-jenis Mikrokontroler ... 23
2.3.3.1 Mikrokontroler Atmega328 ... 23
2.3.3.2 Konfigurasi Pin Atmega328 ... 25
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ... 28
3.1. Diagram Blok system dan Cara Kerja Sistem ... 28
3.2.Perancangan Rangkaian Sistem ... 29
3.2.1 Perancangan Antar Muka Power Supply dengan Arduino ... 29
3.2.2 Perancangan Arduino dengan sensor Kelembapan ... 30
3.2.3 Perancangan Arduino dengan Sensor Arus ACS712 ... 31
3.2.4 Perancangan Antar Muka Arduino dengan Sensor Tegangan ... 32
3.2.5 Perancangan Antar Muka Arduino dengan MicroSD ... 33
3.2.6 Perancangan Antar Muka Arduino dengan RTC 1307 ... 34
3.2.7 Perancangan Keseluruhan Sistem ... 35
3.3. Perancangan dan Pembuatan PCB ... 36
3.3.1 PCB di Aplikasi Eagle Menggunakan Komputer ... 36
3.3.2 PCB dicetak pada papan PCB ... 36
3.3.3 PCB di Bor dan di Solder... 37
3.3.4 PCB yang Sudah dipasang penghubung antar komponen ... 37
3.3.5 PCB yang sudah jadi dengan komponen ... 38
BAB 4 PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN ... 40
4.1 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem ... 40
4.1.1 Pengujian LCD... 40
4.1.2 Pengujian Nilai Arus dan Tegangan ... 41
4.1.3 Pengujian dalam Menyimpan Data menggunakan RTC ... 43
4.1.4 Gambar Pengujian Keypad ... 46
4.1.5 Pengujian Keseluruhan Sistem ... 49
4.2 Analisis Hasil Pengukuran ... 51
4.2.1 Hasil Pengukuran Data Panel Surya ... 51
BAB 4 PENUTUP ... 53
4.1. Kesimpulan ... 53
4.2. Saran ... 53
DAFTAR PUSTAKA ... 54 LAMPIRAN ...
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Sensor Tegangan ... 12
Gambar 2.2. Sensor Arus ... 10
Gambar 2.3. RTC ... 14
Gambar 2.4. LCD ... 15
Gambar 2.5. MicroSD ... 16
Gambar 2.6.Panel Surya ... 17
Gambar 2.7. Bagian Mikrokontroler ... 21
Gambar 2.8, Mikrokontroler ATMega328P... 24
Gambar 2.9. Konfigurasi Pin Atmega 328 ... 25
Gambar 3.1. Diagram Blok ... 28
Gambar 3.2. Rangkaian Penstabil Tegangan ... 29
Gambar 3.3. Rangkaian Arduino dengan Kelembapan DHT11 ... 30
Gambar 3.4. Rangkaian Arduino dengan Sensor Arus ACS712 ... 31
Gambar 3.5. Rangkaian Arduino dengan Tegangan ... 32
Gambar 3.6. Rangkaian Arduino dengan MicroSD ... 33
Gambar 3.7. Rangkaian Arduino dengan RTC 1307 ... 34
Gambar 3.8. Perancangan keseluruhan Sistem ... 35
Gambar 3.9. PCB Pada Eagle ... 36
Gambar 3.10. PCB Dicetak Pada Papan PCB ... 36
Gambar 3.11. Papan PCB Sudah Dibor dan Disolder ... 37
Gambar 3.12. PCB Yang Sudah Dipasang Penghubung Komponen ... 37
Gambar 3.13. Keseluruhan Komponen dalam PCB... 38
Gambar 4.1. Pengujian Rangkaian LCD ... 40
Gambar 4.2. Pengujian Nilai Arus dan Tegangan Pada LCD ... 42
Gambar 4.3. Pengujian Penyimpanan Data pada RTC ... 44
Gambar 4.4. Pengujian Keypad di LCD ... 47
Gambar 4.5 Pengujian Sistem di Lapangan ... 50
DAFTAR TABEL
Halaman 4.1 Hasil Pengukuran Data Panel Surya ... 51
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Photovoltaic Cell (Sel Surya) merupakan salah satu jenis pembangkit listrik energi terbarukan yang mengkonversi radiasi dari matahari (photon) menjadi energi listrik dengan prinsip efek Photovoltaic. Pada aplikasinya pemanfaatan energi surya menggunakan beberapa sel surya yang disusun menjadi sebuah kesatuan panel surya.
Sehingga keluaran energi listrik dari tenaga surya ini semakin besar. Pemilihan jenis panel surya tergantung dengan kebutuhan dan karakteristik tempat panel surya diaplikasikan. Panel surya tidak selalu mengeluarkan daya listrik yang sama tiap harinya karena beberapa faktor yaitu atmosfir bumi, orientasi panel, tiupan angin, radiasi matahari, dan suhu kerja panel surya. . .
Isu global tentang berkurangnya sumber energi bahan bakar minyak mendorong manusia dan berperan dalam mengembangkan dan memanfaatkan sumber energi terbarukan salah satunya Pembangkit Listrik Tenaga Surya atau sistem fotovoltaic.
Akibatnya, biaya bahan baku dan instalasi akan menjadi semakin murah apalagi memiliki dukungan regulasi dari pemerintah. Sistem monitoring terus dikembangkan pada teknologi panel surya yang ramah lingkungan. Eksperimen pengujian secara kontinyu telah dilakukan pada sistem PLTS menggunakan perangkat elektronika murah, dapat dikembangkan dan diaplikasikan di berbagai sistem PLTS.
Salah satu aspek fundamental bagi perkembangan ekonomi baik di maju maupun berkembang negara adalah produksi energi. Ketidakcukupannya, atau kekurangannya, membawa refleksi dalam menemukan suatu sumber energi alternatif yang dapat diandalkan. Fakta ini mendorong tren perkembangan energi produksi dari teknologi bersih yang juga dapat menjangkau daerah terpencil tetapi mudah untuk menjaga keandalannya dan fleksibilitas .
Sistem energi tenaga surya berkembang pesat dalam beberapa dekade terakhir. Baik di jaringan maupun di luar jaringan konfigurasi dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Dilakukannya rancang bangun sistem monitoring panel surya
menggunakan perangkat penyimpan data (Datalogger) berbasis ATMega 328 pada dasarnya dapat memantau secara langsung dan menyimpaan data keluaran panel dalam jangka waktu yang lama. Pentingnya data logger sangat luas di industri dan karya ilmiah. mencatat data pengukuran waktu tertentu. Pencatat data menyediakan pemantauan dan logging data dengan menggunakan transduser, komputer dan sensor
Data logger parameter panel surya yang dibuat tidak hanya mengukur tegangan dan arus tetapi mengukur intensitas cahaya dan suhu pada panel surya juga.
Dengan menggunakan sensor cahaya dan sensor suhu bisa diketahui seberapa besar pengaruh intensitas cahaya dan suhu terhadap karakteristik tegangan/arus panel surya.
Data logger parameter panel surya ini dibuat untuk mengukur empat parameter yaitu : tegangan, arus, suhu, dan intensitas cahaya matahari.
Dengan panel surya yang berada pada lingkungan luar, kita bisa mengetahui hubungan intensitas cahaya yang didapat dan suhu pada panel surya terhadap tegangan/arus panel surya dan efisiensi panel surya itu sendiri secara nyata bukan berdasarkan STC(Standart Test Condition yang membuatnya semakin nyata dan dapat dikembangkan bahkan untuk diterapkan dalam kehidupan sehari-hari dengan perancangan yang lebih kompleks. Dengan berbagai latar belakang permasalahan di atas, peneliti hendak membuat sistem yang memanfaatkan sensor arus, tegangan serta suhu dan kelembaban untuk mengetahui pengaruhnya terhadap output panel surya.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui cara membuat sistem monitoring pada panel surya menggunakan data logger berbasis ATmega 328
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian Latar belakang, maka Permasalahan yang dikaji adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana cara mengumpulkan data tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sebuah peralatan listrik dc dengan memanfaatkan data logger dan micro SD
3
1.3 Batasan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan tugas proyek ini di berikan batasan batasan masalah sebagai berikut:
1. Penelitian dilakukan dalam bentuk prototipe.
2. Output yang dihasilkan ditampilkan pada LCD Display dan disimpan dalam memori SD.
3. Pengolahan data dari sensor dengan memanfaatkan data logger..
4. Jenis penyimpanan data yang digunakan adalah micro SD.
1.4 Tujuan
Adapun tujuan perancangan tugas proyek ini adalah :
1. Untuk mengumpulkan data tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sebuah DC to AC inverter dengan memanfaatkan data logger
1.5 Manfaat Project
Adapun Manfaat yang diharapkan dari project ini adalah:
1. Agar dapat menghitung dan menyimpan hasil pengukuran memanfaatkan data logger dan micro SD.
1.6 Metedologi
Sistem data logger atau pengumpul data ini dibangun dari modul arduino nano sebagai pengendalinya dan menggunakan SD Card sebagai media simpannya. Hasil penyimpanan data pengukuran ini dapat ditampilkan secara real time karena mengguakan RTC dan menggunakan LCD sebagai media penampil hasil pengukuran sementara. Data logger yang dirancang berguna untuk menyimpan data hasil pengukuran effesiensi Inverter DC ke AC yang terdiri dari tegangan, arus dan waktu pengambilan datadari Inverter pada saat digunakan. Pengujian modul ini dilakukan dengan membandingkan data yang ditampilkan secara real time pada PC dengan data yang tersimpan pada SD Card. Dan dari hasil pengujian telah didapatkan hasil
bahwa data yang tersimpan pada SD Card adalah data yang ditampilkan secara real time.
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisanss tugas Tugas Akhir ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
1. BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang tugas Tugas Akhir, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan sistematika penulisan.
2. BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
3. BAB III: PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
4. BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
5. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
Sebagai bab terakhir penulis akan menguraikan beberapa kesimpulan dari uraian bab- bab sebelumnya, dan penulis akan berusaha memberikan saran yang bermanfaat.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Data Logger
Perangkat yang merekam data untuk waktu tertentu sehubungan dengan lokasi baik dengan instrumen atau sensor yang tersedia atau melalui eksternal instrumen dan sensor disebut Data Logger. Mereka umumnya kecil, bertenaga baterai, dapat diandalkan, dan dilengkapi dengan mikroprosesor, memori internal untuk penyimpanan data, dan berbagai sensor (Arus, Tegangan dan banyak lainnya). Beberapa pencatat data antarmuka dengan komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak untuk mengaktifkannya dan untuk melihat dan menganalisis data yang dikumpulkan, sementara banyak lainnya memiliki perangkat antarmuka lokal (keypad, LCD) dan dapat digunakan sebagai perangkat yang berdiri sendiri. Pencatat data elektronik telah diganti perekam grafik dalam berbagai aplikasi.
` Data Logger adalah sebuah alat elektronik yang digunakan untuk mencatat data dari waktu ke waktu yang terintegrasi dengan sensor serta instrumen. alat yang menggunakan mikroprosesor dan memori internal yang digunakan untuk merekam data melalui sensor. Data logger secara fisik memiliki ukuran kecil dan memiliki teknologi terbaru sebagai alat untuk merekam data seperti suhu, tekanan air, kelembaban dll. Ada banyak jenis pada data logger dan biasanya ada yang menggunakan computer untuk mengkoneksikannya dan untuk mengaktifkannya menggunakan sebuah software. Hasil dari perekaman data dapat di lihat melalui komputer. Data Logger berbasis Desktop/PC ialah data logger yang dapat dikoneksikan melalui komputer yang digunakan untuk mengumpulkan data melalui sensor dalam menganalisis serta menampilkan hasil. Sistem pada data logger juga memiliki banyak kelebihan seperti fitur perhitungan proses pemantauan alam.
Data logger kini dilengkapi dengan SCADA (Supervisory Control And Data Acquistion) yang merupakan evolusi lebih lanjut dari sistem data logger berbasis
komputer, dimana hasil dari perekaman ditampilkan dalam bentuk grafis. keuntungan menggunakan data logger adalah kemampuannya yang dapat mengunduh otomatis data yang dikumpulkan setiap 24jam. Setalah data logger diaktifkan, data logger dapat merekam data dengan waktu yang ditentukan, hal ini memungkinkan untuk mendapatkan gambaran yang komprehensif tentang kondisi lingkungan yang dipantau, contohnya seperti suhu udara, kedalaman air, kelembaban dll.
Melalui Pencatat Data, informasi waktu nyata dua arah dilewatkan: sinyal control disuplai oleh pengontrol dan data suhu untuk pengontrol Data suhu diperoleh dengan menggunakan termokopel. Modul daya menerima sinyal dari pengontrol yang diimplementasikan di Personal Computer, yang berkisar dari 0 hingga 4.095V dan mengubah sinyal ini menjadi sinyal daya 220V yang diterapkan selama periode waktu yang sebanding dengan sinyal input. Data Logger digunakan sebagai antarmuka antara PC dan sistem lainnya. Karena Pencatat Data dapat diprogram menggunakan protokol yang disebut Perintah Standar untuk Instrumen yang Dapat Diprogram (SCPI), serangkaian fungsi telah dikembangkan untuk menyediakan MATLAB dengan kemampuan untuk berkomunikasi melalui port RS 232C ke Pencatat Data. Non- linearitas dan kebisingan selalu menjadi masalah utama dalam system kontrol. Jenis kiln ini adalah sistem non-lincar karena suhunya tidak hanya bergantung pada variabel kontrol pemanas tetapi juga pada pertukaran panas dengan dunia luar dan sistem saat ini juga memiliki kebisingan pengukuran karena termokopel tipe B yang digunakan. Sistem terdiri dari kiln, elektronika untuk pengkondisian sinyal, modul elektronika daya dan interface dengan Personal Computer (PC) yang terhubung.
Satu-satunya sensor yang tersedia yang cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam pisometer adalah yang mengirim sinyal analog. Sensor ini mengirimkan arus searah kontinu, yang besarnya arus listrik bervariasi sesuai dengan tekanan air di port pengukuran sensor. Sinyal analog sensor diubah menjadi sinyal digital menggunakan konverter kecil yang dihubungkan antara masing-masing sensor. Pencatat data yang digunakan untuk merekam nilai pengukuran dari sensor dapat berkomunikasi dengan
7
beberapa sensor analog-ke digital melalui kabel tunggal menggunakan protokol komunikasi Standard Device Interface (SDI-12). Protokol komunikasi SDI-12 memberikan alamat individu ke setiap sensor submersible, menyederhanakan pengambilan dan penyimpanan data. Keserbagunaan adalah persyaratan utama dalam memilih pencatat data.
Data Logger berubah lebih cepat sekarang daripada sebelumnya. Model asli dari pencatat data yang berdiri sendiri berubah menjadi salah satu dari perangkat yang mengumpulkan data tetapi juga memiliki akses luas ke komunikasi nirkabel untuk meramalkan peristiwa, pelaporan otomatis data dan remote control. Data logger banyak digunakan untuk halaman web untuk pembacaan seketika melalui email, alarm, dan FTP hasil rutin ke dalam database atau diarahkan ke pengguna. Perangkat yang merekam data untuk waktu tertentu sehubungan dengan lokasi baik dengan instrumen atau sensor yang tersedia atau melalui eksternal instrumen dan sensor disebut Data Logger. Mereka umumnya kecil, bertenaga baterai, dapat diandalkan, dan dilengkapi dengan mikroprosesor, memori internal untuk penyimpanan data, dan berbagai sensor (Arus, Tegangan dan banyak lainnya). Beberapa pencatat data antarmuka dengan komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak untuk mengaktifkannya dan untuk melihat dan menganalisis data yang dikumpulkan, sementara banyak lainnya memiliki perangkat antarmuka lokal (keypad, LCD) dan dapat digunakan sebagai perangkat yang berdiri sendiri. Logger data bervariasi antara tujuan umum jenis atau lingkungan spesifik atau jenis aplikasi.
Pencatat data (juga pencatat data atau perekam data) adalah perangkat elektronik yang merekam data dari waktu ke waktu atau terkait dengan lokasi baik dengan instrumen atau sensor bawaan atau melalui instrumen dan sensor eksternal. Semakin banyak, tetapi tidak seluruhnya, mereka didasarkan pada prosesor digital (atau komputer), dan disebut digital data logger (DDL). Mereka umumnya berukuran kecil, bertenaga baterai, portabel, dan dilengkapi dengan mikroprosesor, memori internal untuk penyimpanan data, dan sensor. Beberapa penghubung data logger dengan
komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak untuk mengaktifkan pencatat data dan melihat serta menganalisis data yang dikumpulkan, sementara yang lain memiliki perangkat antarmuka lokal (keypad, LCD) dan dapat digunakan sebagai perangkat yang berdiri sendiri.
2.1.1 Aplikasi pencatatan data
Pencatatan data atau data logger dapat juga digunakan dalam berbagai hal keperluan antara lain:
1. Aplikasi Pemanfaatan Listrik
− Studi Perpanjangan Umur Komponen dalam Industri Nuklir
− Studi Suhu Distribusi Tenaga Bawah Air
− Pembuatan profil tabung pemanas super kabel
− Studi kinerja situs kogenerasi Pencatat Data Surya (IJSTE / Volume 3 / Edisi 09/116)
Semua hak dilindungi oleh www.ijste.org 579 2. Aplikasi Meteorologi
− Totalisasi Curah Hujan
− Kecepatan Angin Anemometer Piala
− Arah dan Averaging Angin 3. Aplikasi Industri Proses
− Pemurnian dan Produksi Logam
− Ikhtisar penggunaan energi [4]
− Penyetelan kontrol proses
− Pemantauan arus keluar
− Pemecahan masalah Sistem HVAC
− Studi efisiensi menara pendingin
− Audit Udara Terkompresi
4. Aplikasi Pengujian Seluler / Kendaraan
− Pengujian HVAC kendaraan
9
− Studi reliabilitas
− Kualifikasi Cycled Temperature
− Pengujian Jalan Komponen Buang
− Penyetelan Performa Kendaraan 5. Aplikasi Studi Lingkungan [14]
− Deteksi Gas Beracun
− Pemantauan / mengkhawatirkan situs polusi udara
− Sertifikasi CEMS
− Studi bio-remediasi
− Studi Garis Dasar Nitrogen Dioksida 6. Aplikasi Industri Pertambangan
− Pengujian mesin
− Studi efisiensi energi
− Menopang studi
− Pemantauan Ventilasi / Gas
Instrumen bertenaga baterai mengukur kinerja panel fotovoltaik dan menyimpan data untuk analisis. Pencatat data ringan dapat dengan mudah menjadi mobil ke lokasi lapangan terpencil dengan karakteristik tegangan-vs-beban-arus dari panel sel surya , di mana tegangan berubah dengan cepat dengan arus. Instrumen sebelumnya mengatur arus beban dengan mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan Untuk meningkatkan akurasi. Pada bagian pertama, komputer mikro pencatat meningkatkan arus beban dalam 256 langkah dengan jarak yang sama, dan pencatat mencatat tegangan keluaran panel surya pada setiap langkah. Metode pengambilan data ini dilanjutkan sampai unit (pecahan skala penuh) perubahan voltase sama atau lebih besar dari perubahan unit saat ini. Pada titik itu, komputer mikro berubah ke mode akuisisi data bagian kedua. Panel surya kemudian dibebani untuk menghasilkan tegangan keluaran tertentu, dan arus yang sesuai diukur sekitar 240 secara merata.
2.1.2 Arsitektur Sistem dan Prinsip Kerja
Arsitektur pengembangan data logger yang diusulkan untuk karakteristik daya menggunakan panel surya. ATmega328p dibagi menjadi dua bagian A. Bagian Perangkat Keras & B. Bagian Perangkat Lunak. Konsep ini Proyeknya adalah mengembangkan mikrokontroler ATmega 328p dan mengembangkan data logger.
Sistem yang diusulkan mampu menyimpan parameter daya tata surya dalam rentang waktu jangka panjang. Di sirkuit, itu terdiri dari sensor arus, sensor tegangan, RTC (Real Time Clock), LCD (Liquid Crystal Display) dan Modul kartu SD. Mikrokontroler ATmega328p yang kompatibel dengan Arduino IDE digunakan. Ini Fitur dipilih karena mikrokontroler berbasis Arduino IDE lebih ramah pengguna dan lebih mudah untuk dikembangkan platform lain .
Pemanfaatan data logger untuk panel surya memiliki fungsi yang cukup penting, yaitu dengan adanya sistem monitoring dan sistem pencatatan data ini dapat mempermudah pekerjaan manusia untuk mengetahui kinerja dari panel surya secara real time, membuktikan efisiensi daya di masing-masing titik yaitu pada output panel surya, solar charge controller ataupun di aki serta juga berfungsi untuk mengetahui kelebihan atau kekurangan daya yang dibutuhkan apabila supply tenaga listrik di rumah kita menggunakan sistem hybrid, yaitu penggabungan antara panel surya dan PLN.
2.2.3 Sub Sistem Pencatat Data 2.2.3.1 Sensor Tegangan.
Sensor tegangan salah satu jenis sensor yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Sensor ini didasarkan pada prinsip tekanan resistensi dan dapat membuat tegangan input dari terminal mengurangi 5 kali dari tegangan asli. Sensor tegangan digunakan untuk mengubah rentang output panel surya 0 - 48V menjadi 0 - 5V Rentang tegangan masukan ADC. Sensor pada dasarnya menggunakan prinsip pembagi tegangan. 2 resistor terhubung masuk seri, Rtop dan Rbottom. Tegangan Rbottom digunakan sebagai input untuk mikrokontroler ADC.
Sensor tegangan menggunakan transformator tegangan sebagai penurun tegangan dari 220 ke 5 Volt AC kemudian disearahkan menggunakan jembatan diode untuk
11
mengubah tegangan AC ke tegangan DC, kemudian di filter menggunakan kapasitor setelah itu masuk kerangkaian pembagi tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan tidak lebih dari 5 Volt DC sebagai inputan ke mikrokontroler. Regresi adalah pengukur hubungan dua variabel atau lebih yang dinyatakandengan bentuk hubungan atau fungsi. Untuk menentukan bentuk hubungan(regresi) diperlukan pemisahan yang tegas antara variabel bebas yang sering diberisimbul X dan variabel tak bebas dengan simbul Y. Pada regresi harus ada variable yang ditentukan dan variabel yang menentukan atau dengan kata lain adanyaketergantungan variabel yang satu dengan variabel yang lainnya dan sebaliknya. Kedua variabel biasanya bersifat kausal atau mempunyai hubungan sebab akibatyaitu saling berpengaruh. Sehingga dengan demikian, regresi merupakan bentuk fungsi tertentu antara variabel tak bebas Y dengan variabel bebas X atau dapatdinyatakan bahwa regresi adalah sebagai suatu fungsi Y = f(X).
Sensor tegangan ini digunakan untuk mengukur tegangan AC, sebelum masuk kerangkaian elektonika tegangan diturunkan menggunakan transformator tegangan.Dengan perbandingan tegangan dari 220 ke 5 Volt AC kemudian disearahkan dengan rangakain jembatan diode untuk mengubah tegangan AC ke tegangan DC, dikarnakan tegangan yang disearah masih banyak mengandung ripple tegangan maka digunakan kapasitor untuk filter tegangan setelah itu masuk kerangkaian pembagi tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan tidak lebih dari 5 Volt DC sebagai inputan ke mikrokontroler.
Gambar 2.1 Sensor Tegangan
1.2.1.2 Sensor arus
Sensor arus adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk mendeteksi besar arus listrik yang mengalir. Salah satu jenis sensor arus adalah ACS712. Sensor arus ACS712 menggunakan metode hall effect sensor. Hall effect sensor bekerja dengan hukum fisika dimana sensor yang digunakan bekerja dengan mendeteksi medan magnet.
Untuk pengukuran arus, ACS712 digunakan. Sensor mengubah pulsa listrik dari panel surya, kemudian mengubahnya menjadi 0 hingga 5 V yang memenuhi kisaran input ADC mikrokontroler. Gambar 3 menunjukkan konfigurasi sensor dengan mikrokontroler. Pin output sensor arus ACS712 terhubung ke Input ADC di C.1. Input ADC digunakan untuk mendapatkan nilai arus yang lebih akurat daripada menggunakan digital pin.
Untuk menghitung tegangan panel surya:
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑔𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐾𝑣 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 (1) 1023 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 𝑉𝐴𝐷𝐶 𝑖𝑛 ∗ 𝐾𝑣 (2) Untuk menghitung Arus panel surya:
𝐶𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 (𝐾𝑎) = 𝐼𝑚𝑎𝑥 - (- 𝐼𝑚𝑖𝑛) (3) 1023
𝐼𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = (Arus input ADC - 508) ∗ Ka (4)
ACS712 merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna sebagai sensor arus menggantikan transformator arus yang relatif besar dalamhal ukuran. Pada prinsipnya ACS712 sama dengan sensor efek hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan medan magnetik disekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yanglinier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor inimerupakan input untuk mikrokontroler yang kemudian diolah. Keluaran dari sensor ini masih berupa sinyal teganganAC, agar dapat diolah oleh mikrokontroler maka sinyaltegangan AC ini di searahkan oleh rangkaian penyearah
13
Gambar 2.2 Sensor Arus 2.2.1.3 RTC (Real time clock)
RTC adalah jam sistem, yang diperlukan untuk membuat perangkat bekerja secara real time pemantauan. RTC memiliki tegangan suplai sendiri, jadi RTC selalu aktif bahkan saat perangkat disuplai tegangan dimatikan. Dalam sistem ini, DS1307 RTC digunakan. RTC dapat menghemat detik, menit, jam, tanggal, bulan, tahun sampai dengan tahun 2100.
RTC merupakan chip dengan konsumsi daya rendah. Chip tersebut mempunyai kode binary (BCD), jam/ kalender, 56 byte NV SRAM dan komunikasi antarmuka menggunakan serial two wire. RTC menyediakan data dalam bentuk detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, tahun, dan informasi yang dapat diprogram.
Gambar 2.3 RTC (Real time clock)
2.2.1.4 LCD.
LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. Dimana LCD dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak
menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit . LCD merupakan unit keluaran sistem, untuk menunjukkan hasil pengukuran, sehingga pengguna dapat melihat pengukuran waktu nyata. Data yang ditampilkan dalam LCD adalah hasil pengukuran arus dan tegangan terkini.
LCD (liquid Crystal Display) merupakan suatu perangkat elektronika yang telah terkonfigurasi dengan kristal cair dalam gelas plastik atau kaca sehingga mampu memberikan tampilan berupa titik, garis, simbol, huruf, angka ataupun gambar. LCD terbagi menjadi dua macam berdasarkan bentuk tampilannya, yaitu Text-LCD dan Grapic-LCD. Berupa huruf atau angka, sedangkan bentuk tampilan pada GraphicLCD berupa titik, garis dan gambar [8] Dalam LCD setiap karakter ditampilkan dalam matriks 5x7 pixel. LCD 2x16 yang berguna untuk menampilkan pembacaan sensor arus dan tegangan yang sudah di olah di mikrokontroler dan kemudian ditampilkan ke LCD untuk menjadi interface hasil pembacaan sensor.
Perangkat menggunakan modul LCD untuk tampilan real-time lokal. Modul ini memiliki pengontrol tampilan di papan, yang membebaskan mikrokontroler utama dari secara manual menghasilkan tampilan karakter dot-matrix. Unit tampilan terdiri dari 16x2 titik LCD alfanumerik matriks. LCD dikonfigurasi dalam mode 4-bit dengan kontrol baca-tulis (WR) diardekan. Konfigurasi ini membutuhkan lebih sedikit jumlah pin I / O mikrokontroler, biasanya hanya 6. Diagram sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar. 3. menunjukkan pin sebenarnya koneksi perangkat
Gambar 2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
15
2.2.1.5 Modul Kartu SD.
Modul SD Card digunakan sebagai unit penyimpanan data perangkat data logger.
Kartu SDVgen dengan kapasitas memori 8GB digunakan dalam percobaan. Kartu memori dapat diganti nyaman digunakan. Kapanpun diperlukan, data dari kartu SD dapat disalin ke PC untuk analisis lebih lanjut. Perangkat ini memungkinkan pemilihan jumlah data dan interval waktu antara mereka melalui keyboard sederhana (hanya dua tombol). Waktu saat ini untuk pencatatan data tujuan disediakan oleh rangkaian pengatur waktu biasanya dari 30 detik hingga 99 menit.
kartu (MicroSD) dengan kapasitas 1GB dari SanDisk [7] dihubungkan ke mikrokontroler untuk menyimpan pembacaan sensor untuk menyimpan lebih dari 100 hari pembacaan (selama 30-detik interval pengambilan sampel). Kartu MicroSD tersedia dengan harga sangat murah saat ini, pilihan yang bagus memiliki memori besar dalam proyek sistem tertanam apa pun. Antarmuka MMC dan mikrokontroler didasarkan pada bus SPI yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Gambar. 4 menunjukkan Pin-out kartu SD &
desain adaptor papan roti dengan menyolder 7-pin penembusan header pada microSD.
Antarmuka microSD ke Atmega32 ditampilkan di Utama Diagram sirkuit system
Gambar 2.5 MicroSD
2.2 Panel surya
Matahari merupakan salah satu bintang yang mempunyai berbagai manfaat bagi kelangsungan seluruh makhluk hidup yang ada di bumi. Di Indonesia sendiri pemanfatatan matahari sebagai sumber energi belum termanfaatkan secara maksimal.
Padahal letak Indonesia yang berada di garis khatulistiwa sangat berpotensi untuk
mengeksplorasi cahaya matahari ini menjadi sumber energi. Intensitas energi radiasi matahari yang jatuh di Indonesia rata-rata sebesar 4,5 kWh/m2 per-hari. Dalam bidang energi, salah satu yang dapat dimanfaatkan dari intensitas cahaya matahari yang tinggi di Indonesia ini adalah dengan memaksimalkan alat pengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik yang disebut dengan panel surya.
Besar daya keluaran yang dihasilkan oleh panel surya dipengaruhi oleh beberapa kondisi lingkungan dimana sebuah panel surya ditempatkan seperti suhu, intensitas cahaya matahari, arah datangnya sinar matahari dan spektum cahaya matahari. Kondisi lingkungan yang selalu berubah-ubah setiap waktu menyebabkan daya keluaran panel surya juga ikut berfluktuasi . Kinerja panel surya bisa dipantau secara langsung parameternya seperti tegangan dan arusnya. Dari hasil pemantauan tersebut dapat diperoleh informasi apakah pemasangan panel surya sudah sesuai dan menghasilkan daya keluaran yang diharapkan.
Gambar 2.5 Panel Surya
2.2.1 Solar Cell
Solar Cell adalah suatu perangkat atau komponen yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip efek Photovoltaic.
Yang dimaksud dengan efek photovoltaic adalah suatu fenomena dimana munculnya tegangan listrik karena adanya hubungan atau kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat mendapatkan energi cahaya. Oleh karena itu, sel
17
surya atau solar cell sering disebut juga dengan sel photovoltaic (PV). Arus listrik timbul karena adanya energi foton cahaya matahari yang diterimanya berhasil membebaskan elektron-elektron dalam sambungan semikonduktor tipe N dan tipe P untuk mengalir.
Sama seperti dioda foto (photodiode), sel surya atau solar cell ini juga memiliki kaki Positif dan kaki Negatif yang terhubung ke rangkaian atau perangkat yang memerlukan sumber listrik. Sel surya merupakan dioda foto (photodiode) yang memiliki permukaan yang sangat besar.
Untuk mengoptimalkan pengukuran keluaran dari panel solar cell maka diperlukan rancang bangun sistem nirkabel data logger berbasis visual pada solar cell yang merupakan suatu sistem untuk mempermudah pengukuran, pembacaan serta pengkomunikasian data dalam membaca energi listrik yang dikeluarkan pada solar cell.
Rancang sistem ini memiliki dua buah sub sistem, sub sistem pertama adalah perancangan perangkat keras berupa perancangan perangkat elektronik sistem data logger yang dilengkapi dengan SD card sebagai back up data, kemudian sensor arus dan sensor tegangan sebagai pembaca keluaran energi listrik pada solar cell. Sub sistem kedua adalah perancangan perangkat lunak software pada data logger dan perancangan software pada visual basic sebagai pembacaan dalam pengirim data. Hasil pembacaan sistem ini menunjukkan persentase perbedaan nilai arus
dengan amperemeter sebesar 2.6% dan persentase perbedaan nilai tegangan dengan voltmeter sebesar 0.33% dengan standarisasi IEC (International Electrotechnical Commission) alat ukur amperemeter ±3.2% dan voltmeter ±2.5%. Sistem ini juga menyimpan hasil pengukuran pada database dan SD card data logger secara otomatis setiap 15 menit dengan interval pembacaan menimal 1 menit dan hasil pembacaan yang disimpan berupa data tanggal, nilai arus, nilai tegangan dan daya.
2.2.2 Faktor pengoperasian Sel surya
Faktor dari pengoperasian Sel surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada :
a. Ambient air temperature
Sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap normal (pada 25 0C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada sel akan Subekti Yuliananda; Gede Sarya; RA Retno Hastijanti 195 menurunkan nilai tegangan (Voc). Setiap kenaikan temperatur Sel surya 10 Celsius (dari 250C) akan berkurang sekitar 0,4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah dua kali (2x) lipat untuk kenaikan temperatur Sel per 100C. (Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo.)
b. Radiasi matahari
Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada tegangan.
c. Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi larik sel surya dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca larik sel surya
d. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maximum arus listrik dari
19
deretan sel surya.
e. Orientasi panel atau larik sel surya
Orientasi dari rangkaian sel surya (larik) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan sel surya dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan sel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum. Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel/deretan sel surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panelpanel/deretan sel surya, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.
f. Posisi letak sel surya (larik) terhadap matahari (tilt angle)
Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel sel surya secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum ± 1000 W/m2 atau 1 kW/m2 . Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari dengan bidang sel surya, maka ekstra luasan bidang panel sel surya dibutuhkan (bidang panel sel surya Sel surya pada Equator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan “tilt angle” yang optimum.
2.3 Mikrokontroler
2.3.1 Pengertian Mikrokontroler
Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer, hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru.
Sebagai teknologi baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) membuat harganya menjadi lebih murah dibandingkan mikroprosesor.
Adapun kelebihan dari mikrokontroller adalah sebagai berikut :
1. Penggerak pada mikrokontoler menggunakan bahasa pemrograman assembly dengan berpatokan pada kaidah digital dasar sehingga pengoperasian sistem menjadi sangat
mudah dikerjakan sesuai dengan logika sistem.
2. Mikrokontroler tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sistem.
3. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer Sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program.
4. Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem.
5. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat.
Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.6 Bagian Mikrokontroler
Pada Gambar 2.4 di atas tampak suatu mikrokontroler standar yang tersusun atas komponen-komponen sebagai berikut :
A. Central Processing Unit (CPU)
CPU merupakan bagian utama dalam suatu mikrokontroler. CPU pada mikrokontroler ada yang berukuran 8 bit ada pula yang berukuran 16 bit. CPU ini akan membaca program yang tersimpan di dalam ROM dan melaksanakannya.
21
B. Read Only Memory (ROM)
ROM merupakan suatu memori (alat untuk mengingat) yang sifatnya hanya dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia mikrokontroler ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler tersebut. Program tersimpandalm format biner (‘0’ atau ‘1’). Susunan bilangan biner tersebut bila telah terbaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti tersendiri.
C. Random Acces Memory (RAM)
Berbeda dengan ROM, RAM adalah jenis memori selain dapat dibaca juga dapat ditulis berulang kali. Tentunya dalam pemakaian mikrokontroler ada semacam data yang bisa berubah pada saat mikrokontroler tersebut bekerja. Perubahan data tersebut tentunya juga akan tersimpan ke dalam memori. Isi pada RAM akan hilang jika catu daya listrik hilang.
D. Input / Output (I/O)
Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan terminal I/O (port I/O), yang digunakan untuk masukan atau keluaran.
E. Komponen lainnya
Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, ADC (Analog to Digital Converter), dan komponen lainnya. Pemilihan komponen tambahan yang sesuai dengan tugas mikrokontroler akan sangat membantu perancangan sehingga dapat mempertahankan ukuran yang kecil. Apabila komponen komponen tersebut belum ada pada suatu mikrokontroler, umumnya komponen tersebut masih dapat ditambahkan pada sistem mikrokontroler melalui port-portnya.
2.3.2 Arduino Nano
Arduino Nano adalah papan kompak yang mirip dengan UNO. Arduino Nano adalah papan kecil, lengkap, dan ramah papan tempat memotong roti berdasarkan ATmega328 (Arduino Nano 3.x). Ini memiliki fungsionalitas yang kurang lebih sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda.
Berikut ini adalah spesifikasi board:
• Mikrokontroler: ATmega328
• Tegangan Operasi 5V
• Flash Memory 32 KB dimana 2 KB digunakan oleh bootloader
• SRAM 2 KR
• Kecepatan Jam 16 MHz
• Analog DI Pin8
• EEPROM 1 KB
• Vol 4G 90 LTE2
• Arus DC per 1/0 Pin 40 mA (1/0 Pin)
• Tegangan Input 7-12 V
• Digital 1/0 Pin 22 (6 di antaranya adalah PWM)
• Output PWM 6
• Konsumsi Daya PCB 19 mA
• Ukuran 18 x 45 mm
Dibutuhkan komponen elektronik untuk membangun misalnya, Resistor, LED, sensor elektronik bisa juga menggunakan kit elektronik.
2.3.3 Jenis-Jenis Mikrokontroler 2.3.2.1 Mikrokontroler Atmega 328
Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil (“special purpose computers”) di dalam satu IC yang berisi CPU, memori, timer, saluran komunikasi serial dan parallel, Port input/output, ADC. Mikrokontroler digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suau program (Andrianto,heri.2013). 6 Pada saat ini penggunaan mikrokontroller dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya peralatan yang terdapat di rumah, seperti telpon digital, microwave oven, televisi, mesin cuci, sistem keamanan rumah, PDA, dan lainlain. Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai plikasi misalnya untuk pengendalian, otomasi industri, akuisisi data, telekomunikasi dan lain-lain.Saat ini keluarga mikrokontroler yang ada di pasaran yaitu Intel 8048 dan 8051(MCS51), Motorola 68HC11, Microchip PIC, Hitachi H8, dan Atmel AVR.
ATmega328 adalah micro controller keluaran Atmel yang merupakan anggota
23
dari keluarga AVR 8-bit. Mikro kontroller ini memiliki kapasitas flash (program memory) sebesar 32 Kb (32.768 bytes), memori (static RAM) 2 Kb (2.048 bytes), dan EEPROM (non-volatile memory) sebesar 1024 bytes. Kecepatan maksimum yang dapat dicapai adalah 20 MHz. Rancangan khusus dari keluarga prosesor ini memungkinkan tercapainya kecepatan eksekusi hingga 1 cycle per instruksi untuk sebagian besar instruksinya, sehingga dapat dicapai kecepatan mendekati 20 juta instruksi per detik.
ATmega328 adalah prosesor yang kaya fitur. Dalam chip yang dipaketkan dalam bentuk DIP-28 ini terdapat 20 pin Input/Output (21 pin bila pin reset tidak digunakan, 23 pin bila tidak menggunakan oskilator eksternal), dengan 6 di antaranya dapat berfungsi sebagai pin ADC (analog-to-digital converter), dan 6 lainnya memiliki fungsi PWM (pulse width modulation)
ATMega328P adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).
ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain :
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
2. 32x 8-bit register serba guna.
3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
8. Master / Slave SPI Serial interface.
Gambar 2.7 Mikrokontroller ATMega328P
2.3.2.2 Konfigurasi Pin Atmega 328
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin ATMega328P
ATMega328 memiliki 28 Pin, yang masing-masing pinnya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8 yaitu sebagai berikut :
➢ VCC Merupakan supply tegangan digital.
➢ GND Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.
➢ Port B (PB7...PB0) Didalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2.
Jumlah Port B adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin
25
dapat digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi- directional I/O dengan internal pull-up resistor.Sebagai input, pin-pinyang terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat 8 digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2maka PB6 dan PB7 (TOSC2 dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.
➢ Port C (PC5…PC0) Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing- masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun mengeluarkan arus (source).
➢ RESET/PC6 Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O. Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapatpada port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsaminimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja.
Port D (PD7…PD0) Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor. Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.
➢ AVcc Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Untuk pin ini harus dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena pin ini digunakan untuk analog saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan tetap saja 9 disarankan untuk
menghubungkannya secara terpisah dengan VCC. Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.
➢ AREF Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC
Pada AVR status register mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini digunakan untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa pengoperasian. Register ini di-update setelah operasi ALU (Arithmetic Logic Unit) hal tersebut seperti yang tertulis dalam datasheet khususnya pada bagian Instruction Set Reference. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat membuang penggunaan kebutuhan instruksi perbandingan yang telah didedikasikan serta 10 dapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan dan kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis tersimpan ketika memasuki sebuah rutin interupsi dan juga ketika menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal tersebut harus dilakukan melalui software.
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok Sistem dan Cara Kerja Sistem
Alat ini terdiri dari beberapa komponen-komponen elektronika yang dipadukan dimana setiap komponen tersebut memiliki fungsinya masing-masing. Untuk lebih memudahkan dalam mempelajari dan memahami alat tersebut, berikut ini adalah gambar diagram blok sistem dari alat tersebut.
Gambar 3. 1 Diagram Blok
Solar cell
Sensor tegangan
Solar charger controler
Sensor arus
acs712
batere
Power suplly
V1 V2
Arduino
I1 I2
lcd
Data logger shield
Vout Iout
Fungsi Setiap Blok
Blok Baterai : Sebagai tempat peyimpanan energi listrik Blok Solar Cell : Sebagai sumber energi listrik
Blok Sensor : Sebagai pembaca nilai arus dan tegangan Blok Memori : Sebagai tempat penyimpanan data logger Blok Mikrokontroller : Sebagai konversi data inputan Blok LCD : Sebagai tampilan data
Block power dalam hal ini adalah Solar Cell 30 watt peak yang tegangannya berubah sesuai dengan intensitas cahaya matahari , kemudian disambung dengan suatu Solar charger controller dan seri dengan sensor arus acs712, selanjutnya dihubungakan parallel dengan sensor tegangan dan suatu batere 12volt 5 ah untuk di cas
Besarnya arus dan tegangan serta daya listrik yang masuk kedalam batere kemudian dibaca oleh mikrokontroller atmega328 untuk ditampiilkan pada display dan dan dicatat pada mikro sd beserta waktu pada saat tersebut pada bagian dataloggershield
3.2 Perancangan Rangkaian Sistem
3.2.1 Perancangan Antar Muka Power Suplay Dilengkapi Penstabil Tegangan dengan Arduino
Pada rangkaian dibawah baterai 12V terhubung pada capasitor 100nf, lalu dihubungkan pada tegangan input IC regulator 7805 agar mendapat output 5V DC, output 5V DC inilah yang akan berfungsi untuk memberi supply pada sistem Arduino nano. Pada rangkaian penstabil tegangan kaki Vin dan Vout IC7805T terhubung ke 5 V Arduino Nano. Dan kaki Gnd IC7805T terhubung ke Gnd Arduino Nano
29
Gambar 3. 2 Rangkaian Penstabil Tegangan
3.2.2 Perancangan Antar Muka Arduino dengan Sensor kelembaban DHT11
Pada rangkaian di berikut menunjukkan perancangan sistem antara Sensor kelembaban DHT11 dengan desain data pin dari DHT11 Sensor terhubung ke Pin 2 Digital, vdd ke 5v arduino dan gnd Arduino dengan gnd sensor kelembapan. Layar LCD 16 x 2 digunakan untuk menampilkan hasil. Pin kontrol LCD yaitu RS dan E (Pin 4 dan 6 pada LCD) terhubung ke pin 4 dan 5 Arduino. Pin data LCD yaitu D4 hingga D7 (pin 11 hingga 14 pada LCD) terhubung ke pin 0 hingga 3 pada LCD
Tipikal rangkaian aplikasi untuk DHT11 Humidity dan ukur nilai kelembaban pada range 20 - 90% Relative Humidity (RH) dan temperatur pada range 0 - 50 ° C.
Periode pengambilan sampel sensor adalah 1 detik yaitu Semua Sensor DHT11 dikalibrasi secara akurat di laboratorium dan hasilnya disimpan di memori. Komunikasi kabel tunggal dapat dibuat antara mikrokontroler apa pun seperti Arduino dan Sensor DHT11.
Selain itu, panjang kabelnya bisa mencapai 20 meter. Data dari sensor terdiri dari bagian integral dan desimal untuk Relative Humidity (RH) dan temperatur. Data dari sensor DHT11 terdiri dari 40 bit dengan format sebagai berikut: 8 - Data bit untuk nilai RH integral, 8 - Data bit untuk nilai RH desimal, 8 - Data bit untuk nilai Suhu integral, 8
Bit data untuk nilai Suhu integral dan 8 - Bit data untuk checksum
Gambar 3.3 Rangkaian arduino dengan kelembaban DHT11
3.2.3 Perancangan Antar Muka Arduino dengan Sensor Arus ACS712
Rangkaian dibawah menunjukkan Arus terapan yang mengalir melalui jalur konduksi tembaga ini menghasilkan medan magnet yang dirasakan oleh sensor efek Hall terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional dengan menghubungkan kaki gnd pada arduino dengan gnd sensor arus, kaki vcc sensor dengan 5v arduino dan out pada sensor dengan pin analog pada arduino. Output dari ACS712 memiliki kemiringan positif (> VIOUT (Q)) ketika arus yang meningkat mengalir melalui jalur konduksi tembaga primer (dari pin 1 dan 2, ke pin 3 dan 4), yang merupakan jalur yang digunakan untuk penginderaan arus
Hambatan internal jalur konduktif ini tipikal 1,2 m2, memberikan kehilangan daya yang rendah. Modul yang dijelaskan di sini adalah pembawa sederhana untuk sensor arus linier + 20A ACS712 Allegro. Modul kecil yang dioperasikan 5VDC ini menerima masukan arus dua arah, dan mengeluarkan tegangan analog (66 mV / A) yang berpusat pada 2,5 V (Vcc / 2) dengan kesalahan tipikal kurang dari 1,5%. PCB harus dibuat dengan 2 ons tembaga untuk mengurangi kehilangan daya yang tidak perlu di papan sirkuit.
31
Ketika beban DC terhubung ke modul menarik arus, tegangan output ini akan menyimpang dari 2.5V ke OV atau 5V tergantung pada polaritas beban yang terhubung.
Namun, perhatikan bahwa untuk memantau beban AC Anda tidak dapat menggunakan DVM (atau ADC mikrokontroler) secara langsung.
Gambar 3.4 Rangkaian Arduino dengan Sensor Arus ACS712
3.2.4 Perancangan Antar Muka Arduino dengan Sensor tegangan
Gambar diatas menunjukkan sensor tegangan dimana ketika arus masuk dari Vin yang melewati rangkaian seri resistor R1,R2,R3 maka akan mempunyai arus yang sama tetapi tegangan yang berbeda dengan keluaran output dari R3 dan merupakan keluaran analog In pada mikrokontroler sehingga mendapatkan nilai pembagi tegangan dari persamaan R3/R2+R1+R3. Dengan menghubungkan gnd ke gnd arduino dan vcc ke 5v arduino.
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino dengan Sensor Tegangan
3.2.5 Perancangan Antar Muka Arduino dengan MicroSD
Rangkaian di bawah menunjukkan ground dan jalur suplai daya (3,3 V) menghubungkan melalui 4 jalur, 3 di antaranya membutuhkan adaptor level sederhana.
Untuk koneksi yang mudah dengan menghubungkan gnd dalam sd card dengan gnd ground, 5v dengan 5v, CS dengan pin 13 digital arduino, MOSI dengan pin 10 digital, SCK ke pin 13 Digital, MISO dengan pin 12 Digital pada arduino. Dengan terhubungnya arduino dengan sd card pada rangkaian ini maka data bisa dapat disimpan
.
33
Gambar 3.6 Rangkaian Arduino dengan MicroSD
3.2.6 Perancangan Antar Muka Arduino dengan RTC 1307
Rangkaian di bawah ini menunjukkan IC RTC yang menggunakan protokol I2C (Inter IC Bus ) dengan menghubungkan gnd dari rtc ke gnd arduino, vcc dengan 5V dan out ke pin A0 arduino.
Percobaan RTC DS1307 ini menggunakan arduino deumilanove dengan mikrokontrolernya adalah Atmega328 yang mana pin SCL terletak pada kaki no 28 pada Atmega328 dan dalam arduino board disebut sebagai pin A5, sedangkan pin SDA terletak pada kaki no 27 pada Atmega328 dan dalam arduino board disebut sebagai pin A4.
Pada penggunaan IC DS1307 dilakukan 2 proses yakni menulis data ke IC DS1307 ( dalam hal ini adalah seting waktu ) dan yang kedua adalah membaca data waktu dari IC DS1307. Prosedur kedua proses ini mengacu pada protokol I2C agar komunikasi berjalan sebagai mana mestinya.
Sesuai dengan protokol I2C, prosedur penulisan data dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut.
• Master mengirim start sequence
• Master mengirim alamat slave yang akan ditulis data dengan bit R/W low (alamat genap)
• Master mengirim alamat dari internal register yang ingin ditulis
• Master mengirim byte data
Jika data belum tertulis semua, setelah slave mengirim ACK=0 maka byte data berikutnya dikirim Master mengirim stop sequence.
Sedangkan prosedur pembacaan data dapat dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut.
• Master mengirim start sequence
• Master mengirim alamat slave yang akan ditulis data dengan bit R/W low (alamat genap)
• Master mengirim alamat dari internal register yang ingin dibaca
• Master mengirim start sequence
• Master mengirim alamat slave yang akan ditulis data dengan bit R/W high (alamat ganjil)
• Master membaca byte data dari slave
• Master mengirim stop sequence
Gambar 3.7 Rangkaian Arduino dengan RTC 1307
35
3.2.7 Perancangan Keseluruhan Sistem
Fungsi Keseluruhan system adalah dengan menampilkan nilai arus, tegangan, daya dan waktu dengan menggunkan mikrokontroler atmega328 dengan data
ditampilkan ke lcd dan menyimpannya dalamn kartu sd setiap 15 menit.
Gambar 3.8 Perancangan Keseluruhan Sistem
3.2.8 Flowchart
Gambar 3.9 Flowchart System
37
3.3 Perancangan dan Pembuatan PCB
3.3.1 PCB di aplikasi Eagle menggunakan komputer
Gambar 3.9 PCB pada Eagle
3.3.2 PCB dicetak pada papan PCB
Gambar 3.10 PCB dicetak pada papan PCB
3.3.3 PCB dibor dan disolder sesuai dengan letak komponen yang digunakan
Gambar 3.11 Papan PCB yang sudah dibor dan disolder
3.3.4 PCB Yang sudah dipasang Penghubung setiap komponen
Gambar 3.12 PCB Yang sudah dipasang Penghubung Komponen
39
3.3.5 Setiap komponen yang digunakan disolder pada PCB
Gambar 3.13 keseluruhan Komponen Dalam PCB
BAB 4
PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Pengujian Rangkaian Dan Pengukuran Hasil Sistem
Hasil Pengujian yang dilakukan menunjukkan sistem dapat berfungsi dengan baik yaitu mampu menampilkan pengukuran sensor arus pada layar LCD 16x4, mampu menampilkan pengukuran sensor tegangan pada layar LCD 16x4, mampu menampilkan penggunaan Keypad pada layar LCD 16x4, mampu menampilkan waktu real time pengukuran pada layar LCD 16x4, dan mampu menyimpan hasil pengukuran sensor pada Micro SD (Secure Digital).
4.1.1 Pengujian Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD) 16 X 2
LCD dihubungkan langsung ke pin digital dari Arduino yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD. Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW. Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Adapun program yang diisikan ke Arduino untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:
#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 8, en = 9, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
void setup() { delay (200);
lcd.begin(16,2);
lcd.clear();
delay(100);
}
41
void loop() {
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Test LCD 16x02");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("JOJOR DT LOGGER");
delay(50);
}
Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD) 16 X 2
4.1.2 Gambar pengujian nilai arus dan Tegangan dalam LCD
Adapun program yang diisikan ke Arduino untuk menampilkan nilai Arus dan tegangan pada display LCD adalah sebagai berikut:
#include <LiquidCrystal.h>
#include "Arduino.h"
const int rs = 8, en = 9, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
char buffer[17];
