RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN
BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
LUSIA FITRY YANI SINAGA 172408081
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2020
RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN
BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
LUSIA FITRY YANI SINAGA 172408081
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN
BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan praktik proyek ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing
disebutkan sumbernya.
Medan, 13 Juli 2020
Lusia Fitry Yani Sinaga
172408081
RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN
BERBASIS ARDUINO NANO
ABSTRAK
Pada masa sekarang ini automatisasi adalah salah satu teknologi yang popular dan terus berkembang, khususnya di dalam penerapan peralatan rumah tangga di rumah automatisasi sangat dibutuhkan sehingga pengguna tidak lagi perlu repot untuk menghidupkan dan mematikan sebuah alat elektronik yang ada. Dalam penelitian ini penulis telah mengembangkan lampu taman yang berkerja secara otomatis. Lampu taman ini tidak memerlukan adanya sumber daya energi dari luar, seperti jaringan listrik PLN namun energi yang dibutuhkan di dapat dari energi matahari yang kemudian diubah menjadi energi listrik dengan bantuan solar cell.
Hasil pengujian alat ini mampu untuk mengubah energi matahari dan kemudian mengubahnya menjadi energi cahaya yang kemudian digunakan untuk menghasilkan cahaya di taman. Sistem ini juga memiliki kelemahan yaitu sangat bergantung cahaya matahari, sehingga apabila cahaya matahari yang diterima oleh alat ini sedikit maka alat ini tidak dapat digunakan.
Kata Kunci : Arduino Nano, LCD, LED, Panel Surya, Sensor
DESIGN OF SOLAR SOLAR PARK LIGHTS WITH ARDUINO NANO- BASED VOLTAGE MONITORING SYSTEM
ABSTRACT
Nowadays, automation is one of the most popular and growing technologies, especially in the application of household appliances at home. Automation is very much needed so that users no longer need to bother turning on and off an existing electronic device. In this study the authors have developed garden lights that work automatically. This garden lamp does not require any external energy resources, such as the PLN electricity network, but the energy needed can be obtained from solar energy which is then converted into electrical energy with the help of solar cells. The results of testing this tool is able to convert solar energy and then convert it into light energy which is then used to produce light in the park. This system also has a disadvantage that is very dependent on sunlight, so if the sunlight received by this tool is small then this tool cannot be used.
Keywords : Arduino Nano, LCD, LED, Sensor, Solar Panel
KATA PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan praktik proyek ini dengan judul Rancang Bangun Lampu Taman Otomatis Tenaga Surya Dengan Sistem Monitoring Tegangan Berbasis Arduino Nano.
Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan laporan praktik proyek ini yaitu Kepada:
1. Bapak Dr.Kerista Sebayang,MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ibu Dr.Diana Alemin Barus,M.Sc selaku Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan Kepada Penulis dalam menyelesaikan Laporan Proyek.
4. Seluruh staf pengajar/Pegawai Program Studi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Orangtua tercinta yang telah memberikan bantuan berupa dukungan moral dan material yang sangat membantu dalam menyelesaikan Laporan Proyek.
6. Sahabat saya Christin Petra Dearnita Sihombing, Christin Thresia LumbanTobing, Elisa Yulistiarni Parhusip, Jeremia Agusandi Ginting, Hendrianto Nainggolan, Yuanesta Sebayang, Nicho Purba, Andre Silalahi dan teman-teman saya yang lainnya.
7. Rekan Fisika Instrumentasi D-III yang memberikan bantuan penulisan untuk menyelesaikan Laporan.
Medan, 13 Juli 2020
Lusia Fitry Yani Sinaga
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN TUGAS AKHIR i
PERNYATAAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 1
1.3 Tujuan 2
1.4 Batasan Masalah 2
1.5 Sistematika Penulisan 2
BAB 2 LANDASAN TEORI 4
2.1 Panel Surya 4
2.2 Mikrokontroller 8
2.3 Solar Charger 14
2.4 Baterai Lithium-Ion (Li-Ion) 15
2.5 Liquid Crystal Display (LCD) 18
2.6 Light Dependent Resistor (LDR) 23
2.7 Light Emitting Diode (LED) 26
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 30
3.1 Metodologi Perancangan 30
3.1.1 Tahap Persiapan 30
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem 31
3.1.3 Tahap Pengukuran, Analisis dan Kesimpulan 31
3.2 Perancangan Sistem 32
3.2.1 Diagram Blok Sistem 32
3.2.2 Perancangan Rangkaian 33
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem 37
3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem 38
BAB 4 PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN 42
4.1 Analisis Hasil Pengukuran dan Perbandingan
dengan Hasil Alat Standar 42
4.2 Kalibrasi Alat 43
BAB 5 PENUTUP 45
4.1 Kesimpulan 45
4.2 Saran 45
DAFTAR PUSTAKA 46
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Spesifikasi Panel Surya 10 WP 7
2.2 Konfigurasi Pin Arduino Nano 11
2.3 Spesifikasi Solar Charge Controller 15
2.4 Operasi Dasar LCD 21
2.5 Konfigurasi LCD 21
2.6 Konfigurasi Pin LCD 21
2.7 Fungsi Pin LCD 22
3.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller
Arduino Nano 38
3.2 Pengujian Rangkaian LCD 39
3.3 Pengujian Rangkaian LDR 40
3.4 Pengujian Rangkaian LED 40
3.5 Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan 40
3.6 Pengukuran Hasil Sistem 41
4.1 Pengujian Nilai Sensor Tegangan
dan Nilai Hasil LDR 42
4.2 Kalibrasi Alat 43
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Panel Surya 5
2.2 Sel Surya Monokristal 5
2.3 Sel Surya Polikristal 6
2.4 Sel Surya Thin Film 6
2.5 Struktur Sel Surya Silikon p-n Junction 7
2.6 Skema Kerja Sel Surya Silikon 8
2.7 Arduino Nano 10
2.8 Konfigurasi Pin Arduino Nano 11
2.9 Baterai Lithium-Ion (Li-Ion) 15
2.10 Prinsip Kerja Baterai Lithium-Ion (Li-Ion) 17
2.11 Bentuk Liquid Crystal Display (LCD) 18
2.12 Konfigurasi Pin LCD 20
2.13 Bentuk Fisik dan Simbol LDR 24
2.14 Bentuk Fisik LED 27
2.15 Sensor Tegangan DC 27
2.16 IC Regulator 7805 29
3.1 Diagram Blok Sistem 32
3.2 Rangkaian Arduino Nano 33
3.3 Rangkaian LCD 34
3.4 Rangkaian Sensor LDR 34
3.5 Rangkaian LED 35
3.6 Rangkaian Sensor Tegangan 36
3.7 FlowChart Sistem 37
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul
Lampiran 1.0 Program Keseluruhan
Lampiran 2.0 Rangkaian Alat Keseluruhan
Lampiran 3.0 Datasheet
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada masa sekarang ini automatisasi adalah salah satu teknologi yang popular dan terus berkembang, khususnya di dalam penerapan peralatan rumah tangga di rumah automatisasi sangat dibutuhkan sehingga pengguna tidak lagi perlu repot untuk menghidupkan dan mematikan sebuah alat elektronik yang ada, cukup menggunakan microcontroller dan mengatur operasi kerja yang diinginkan maka dengan mudah sebuah peralatan elektronik dapat dikendalikan. Penulis ingin mengembangkan lampu taman otomatis yang dapat berdiri sendiri sehingga tidak memerlukan adanya sumber daya energi dari luar, seperti jaringan listrik PLN.
Lampu taman ini di rancang sehingga user tidak perlu lagi untuk mematikan atau menghidupkan lampu taman ini dengan menggunakan tombol, melainkan dengan menggunakan sensor tertentu dapat dengan mudah dikendalikan. Walaupun sudah banyak lampu taman yang diterapkan di rumah - rumah penduduk namun lampu-lampu tersebut masih di kontrol secara manual, baik untuk menghidupkan waktu tersebut maupun pada saat mematikan lampu tersebut. Dalam penelitian ini Penulis berusaha untuk mengembangkan suatu sistem yang secara otomatis dapat melakukan pengontrolan untuk mati dan hidup cahaya dari Lampu LED.
Penerapan Lampu LED untuk lampu taman adalah hal yang umum digunakan dalam rumah-rumah penduduk, yang membuat perbedaan adalah teknologi yang digunakan pada penelitian ini. Teknologi otomatisasi yang digunakan adalah menggunakan microcontroller dengan platform Arduino Nano yang berbasis open source. Oleh karena itu, judul dari tugas akhir ini adalah "RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN BERBASIS ARDUINO NANO”
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat dan merancang
sebuah penerangan berbasis panel surya menggunakan mikrokontroler Arduino
Nano. Dimana pada perancangan ini akan dirumuskan masalah :
1.
Bagaimana prinsip kerja dari pemanfaatan solar cell sebagai sumber energi pada sistem otomatisasi lampu pada taman?2. Bagaimana perancangan lampu pada taman dengan menggunakan solar cell?
3. Bagaimana prinsip kerja mikrokontroler pada pemanfaatan solar cell sebagai sistem otomatis lampu pada taman?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan praktik proyek ini adalah :
1. Memanfaatkan sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai sensor cahaya dan sensor tegangan DC sebagai sensor tegangan.
2. Mengetahui dan memahami Arduino Nano secara umum, sensor yang digunakan, serta komponen yang terdapat pada pembuatan alat.
3. Memanfaatkan Arduino Nano sebagai pengontrol, penerima dan pengolah data pada Rancang Bangun Lampu Taman Otomatis Tenaga Surya dengan Sistem Monitoring Tegangan Berbasis Arduino Nano.
1.4 Batasan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan proyek ini di berikan batasan-batasan masalah sebagai berikut :
1. Perancangan dan pembuatan alat ini berbasis Arduino Nano.
2. Sensor yang digunakan adalah sensor LDR dan sensor Tegangan.
3. Panel Surya berfungsi sebagai pengkonversi energi matahari ke energy listrik dan sebagai sensor cahaya.
4. Baterai sebagai tempat penyimpanan energi listrik.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penyusun laporan serta memahami tentang sistematika kinerja dari alat RANCANG BANGUN LAMPU TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA DENGAN SISTEM MONITORING TEGANGAN BERBASIS ARDUINO NANO, maka dalam hal ini penulis membagi dalam beberapa bab, serta memberikan gambaran secara garis besar isi dari tiap-tiap bab sebagai berikut :
BAB 1
: PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yaitu membahas mengenai latar belakang, rumusan masalah , tujuan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB 2
: LANDASAN TEORI
Bab ini merupakan landasan teori yang membahas tentang teori-teori yang mendukung dalam penyelesaian masalah.
BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Bab ini membahas tentang sistem perancangan alat yaitu diagram blok dari rangkaian, sistematik dan kerja dari setiap rangkaian BAB 4
: PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
Bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan BAB 5 : PENUTUP
Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dari pengujian dan saran masukan untuk mengembangkan dan melengkapi system yang sudah dibangun untuk masa yang mendatang
DAFTAR PUSTAKA
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi energi listrik. Panel surya sering disebut sel PhotoVoltaic yang dapat diartikan sebagai “cahaya-listrik”. Sel surya atau sel PhotoVoltaic (PV) bergantung pada efek PhotoVoltaic untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Sel surya perlu dilindungi dari kelembaban dan kerusakan mekanis karena hal ini dapat merusak efisiensi panel surya secara signifikan, dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan. Panel surya merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi penyinaran matahari yang diubah menjadi arus listrik. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang menjanjikan mengingat sifatnya continue serta jumlahnya yang besar dan melimpah ketersediannya. Matahari merupakan sumber energi yang diharapkan dapat mengatasi atau memecahkan permasalahan kebutuhuan energi masa depan setelah berbagai sumber energi konvensional berkurang jumlahnya serta tidak ramah terhadap lingkungan. Panel surya juga memiliki kelebihan menjadi sumber energi yang praktis dan ramah lingkungan mengingat tidak membutuhkan transmisi seperti jaringan listrik konvensional, karena dapat dipasang secara modular di setiap lokasi yang membutuhkan.
Posisi ideal panel surya adalah menghadap langsung ke sinar matahari. Panel
surya memiliki perlindungan overheating yang baik dalam bentuk semen konduktif
termal. Perlindungan overheating penting dikarenakan panel surya mengkonversi
kurang dari 20% dari energi surya yang ada menjadi listrik, sementara sisanya akan
terbuang sebagai panas, dan tanpa perlindungan yang memadai kejadian overheating
dapat menurunkan efisiensi panel surya secara signifikan.
Panel surya sangat mudah dalam hal pemeliharaan karena tidak ada bagian yang bergerak. Satu-satunya hal yang harus dikhawatirkan adalah memastikan untuk menyingkirkan segala hal yang dapat menghalangi sinar matahari ke panel surya tersebut.Gambar 2.1 Panel Surya
2.1.1 Jenis – Jenis Panel Surya
Jenis-jenis sel surya digolongkan berdasarkan teknologi pembuatannya.
Secara garis besar sel surya dibagi dalam tiga jenis, yaitu :
1. Monokristal (Mono-crystalline) merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi terkini dan menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.
Gambar 2.2 Sel Surya Monokristal
2. Polikristal (Poly-Crystalline) merupakan panel surya yang memiliki
susunan kristal acak karena dipabrikasi dengan proses pengecoran. Tipe ini
memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama. Panel surya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan tipe monokristal, sehingga memiliki harga yang cenderung lebih rendah.
Gambar 2.3 Sel Surya Polikristal
3. Thin Film Photovoltaic merupakan panel surya (dua lapisan) dengan struktur lapisan tipis mikrokristalsilicon dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5% sehingga untuk luas permukaan yang diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada monokristal dan polykristal. Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction Photovoltaic (dengan tiga lapisan) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya yang ditera setara.
Gambar 2.4 Sel Surya Thin Film
Tabel 2.1 Spesifikasi Panel Surya 10 WP
2.1.2 Prinsip Kerja Panel Surya
Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktor p-n junction. Pada sel surya terdapat junction antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis p (positif) dan semikonduktor jenis n (negatif).
Gambar 2.5 Struktur Sel Surya Silicon p-n Junction
Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar.
Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih
Cell Type Polycrystalline Silicon Solar Cell
Maximum Power (Pmax) 10W
Voltage at Pmax (Vmp) 17.6V
Current at Pmax (Imp) 0.58A
Open circuit voltage (Voc) 22.0V
Short circuit current (Isc) 0.60A
Max System Voltage 700V
Temperature Range -45° C~ + 80° C
Dimension 354x251x17mm
negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada p-n junction disebut dengan daerah deplesi. Adanya perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift.
Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor p-n junction. tersebut. Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan elektronhole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir.
Gambar 2.6 Skema Kerja Sel Surya Silicon
2.2 Mikrokontroller
Saat ini perkembangan teknologi semakin pesat berkat adanya teknologi
mikrokontroler, sehingga rangkaian kendali atau rangkaian kontrol semakin banyak
dibutuhkan untuk mengendalikan berbagai peralatan yang digunakan manusia dalam
kehidupan sehari-hari. Dari rangkaian kendali inilah akan terciptanya suatu alat yang
dapat mengendalikan sesuatu. Rangkaian kendali atau rangkaian kontrol adalah
rangkaian yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat melakukan fungsi–fungsi
kontrol tertentu sesuai dengan kebutuhan. Bermula dari dibuatnya Integrated Circuit
(IC). Selain IC, alat yang dapat berfungsi sebagai kendali adalah chip sama halnya
dengan IC. Chip merupakan perkembangan dari IC, dimana chip berisikan rangkaian
elektronika yang dibuat dari artikel silicon yang mampu melakukan proses logika.
Chip berfungsi sebagai media penyimpan program dan data, karena pada sebuah chip tersedia RAM dimana data dan program ini digunakan oleh logic chip dalam menjalankan prosesnya. Chip lebih di identikkan dengan dengan kata mikroprocesor.
Mikroprocesor adalah bagian dari Central Processing Unit (CPU) yang terdapat pada computer tanpa adanya memory, I/O yang dibutuhkan oleh sebuah system yang lengkap. Selain mikroprocesor ada sebuah chip lagi yang dikenal dengan nama mikrokomputer. Berbeda dengan mikroprocesor, pada mikrokomputer ini telah tersedia I/O dan memory. Dengan kemajuan teknologi dan dengan perkembangan chip yang pesat sehingga saat ini didalam sekeping chip terdapat CPU memory dan control I/O. Chip jenis ini sering disebut microcontroller. Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer di mana seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC (Integrated Circuit), sehingga sering disebut single chip microcomputer. Mikrokontroller ini juga merupakan sebuah sistem komputer yang memiliki satu atau beberapa tugas yang spesifik, berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lain adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat besar antara mikrokontroller dengan komputer. Dalam mikrokontroller ROM jauh lebih besar dibanding RAM, sedangkan dalam komputer atau PC RAM jauh lebih besar dibanding ROM.
Mikrokontroller memiliki kemampuan untuk mengolah serta memproses data
sekaligus juga dapat digunakan sebagai unit kendali, maka dengan sekeping chip
yaitu mikrokontroller kita dapat mengendalikan suatu alat. Mikrokontroller
mempunyai perbedaan dengan mikroprosesor dan mikrokomputer. Suatu
mikroprosesor merupakan bagian dari CPU tanpa memori dan I/O pendukung dari
sebuah komputer, sedangkan mikrokontroller umumnya terdiri atas CPU, memory,
I/O tertentu dan unit–unit pendukung lainnya. Pada dasarnya terdapat perbedaan
sangat mencolok antara mikrokontroller dan mikroprosesor serta mikrokomputer
yaitu pada aplikasinya, karena mikrokontroller hanya dapat digunakan pada aplikasi
tertentu saja. Kelebihan lainnya yaitu terletak pada perbandingan Random Access
Memory (RAM) dan Read Only Memory (ROM). Sehingga ukuran board
mikrokontroller menjadi sangat ringkas atau kecil, dari kelebihan yang ada terdapat
keuntungan pemakaian mikrokontroller dengan mikroprocesor yaitu pada
mikrokontroller sudah terdapat RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak
perlu menambahnya lagi. Pada dasarnya struktur dari mikroprocesor memiliki kemiripan dengan mikrokontroller. Mikrokontroller biasanya dikelompokkan dalam satu keluarga, masing-masing mikrokontroller memiliki spesifikasi tersendiri namun cocok dalam pemrogramannya misalnya keluarga MCS-51 yang diproduksi ATMEL seperti AT89C51, AT89S52 dan lainnya sedangkan keluarga AVR seperti Atmega 8535 dan lain sebagainya.
2.3.1 Mikrokontroller Arduino Nano
Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembang, tetapi merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrogaman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih IDE adalah sebuah software yang berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan mengupload ke dalam memory microcontroler.
Gambar 2.7 Arduino Nano
Konfigurasi pin Arduino Nano. Arduino Nano memiliki 30 pin. Berikut konfigurasi pin Arduino Nano.
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.
2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.
3. AREF merupakan Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogReference().
4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset
(menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk
menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino
5. Serial RX (0) merupakan pin sebagai penerima TTL data serial.
6. Serial TX (1) merupakan pin sebagai pengirim TT data serial.
7. External Interrupt merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.
8. Output PWM 8 Bit merupakan pin yang berfungsi untuk data analogWrite().
9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.
10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yag diset bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin diset bernilai LOW maka LED padam.
LED Tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.
11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagi pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analogReference().
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin Arduino Nano
Tabel 2.2 Konfigurasi Pin Arduino Nano
Nomor Pin Arduino Nano Nama Pin Arduino Nano
1 Digital Pin 0 (TX)
2 Digital Pin 0 (RX)
3&28 Reset
4&29 GND
5 Digital Pin 2
6 Digital Pin 3 (PWM)
7 Digital Pin 4
8 Digital Pin 5 (PWM)
9 Digital Pin 6 (PWM)
10 Digital Pin 7
11 Digital Pin 8
12 Digital Pin 9 (PWM)
13 Digital Pin 10 (PWM-SS)
14 Digital Pin 11 (PWM-MOSI)
15 Digital Pin 12 (MISO)
16 Digital Pin 13 (SCK)
18 AREF
19 Analog Input O
20 Analog Input 1
21 Analog Input 2
22 Analog Input 3
23 Analog Input 4
24 Analog Input 5
25 Analog Input 6
26 Analog Input 7
27 VCC
30 Vin
2.3.2 Spesifikasi Arduino Nano
Berikut ini adalah spesifikasi yang dimiliki oleh Arduino Nano:
1. Chip Mikrokontrollermenggunakan ATmega328patau Atmega168.
2. Tegangan operasi sebesar 5volt.
3. Teganganinput (yang disarankan) sebesar 7volt–12 volt.
4. Terdapat pin digital I/O 14 buah dan 6 diantaranya sebagai output
PWM.
5. 8 Pin Input Analog.
6. 40 Ma Arus DC per pin I/O.
7. Flash Memory16KB (Atmega168) atau 32KB (Atmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader.
8. 1 KbyteSRAM (Atmega168) atau 2 Kbyte 32KB (Atmega328).
9. 512 Byte EEPROM (Atmega168) atau 1 Kbyte (Atmega328).
10.16MHz Clock Speed.
11.Ukuran 1.85cm x 4.3cm.
2.3.3 Sumber Daya Arduino
Arduino Nano dapat diaktifkan melalui koneksi USB Mini-B atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan belum teregulasi antara 6-20 Volt yang dihubungkan melalui pin 30 atau pin VIN, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan teregulasi 5 volt melalui pin 27 atau pin 5V. Sumber daya akan secara otomatis dipilih dari sumber tegangan yang lebih tinggi. Chip FTDIFT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non-USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH.
2.2.4 Memori Arduino Nano
Arduino Nano menggunakan mikrokontroler Atmega 168 yang dilengkapi
dengan flash memori sebesar 16 kbyte dan dapat digunakan untuk menyimpan kode
program utama. Flash memori ini sudah terpakai 2 kbyte untuk program boatloader
sedangkan Atmega328 dilengkapi dengan flash memori sebesar 32 kbyte dan
dikurangi sebesar 2 kbyte untuk boatloader. Selain dilengkapi dengan flash memori,
mikrokontroller ATmega168 dan ATmega328 juga dilengkapi dengan SRAM dan
EEPROM. SRAM dan EEPROM dapat digunakan untuk menyimpan data selama
program utama bekerja. Besar SRAM untuk ATmega168 adalah 1 kb dan untuk
ATmega328 adalah 2 kb sedangkan besar EEPROM untuk ATmega168 adalah 512 b
dan untuk ATmega328 adalah 1 kb.
2.3 Solar Charge Controller
Solar Charge Controller (SCC) atau juga dikenal sebagai Battery Charge Regulator (BCR) adalah komponen elektronik daya di PLTS untuk mengatur pengisian baterai dengan menggunakan modul fotovoltaik menjadi lebih optimal.
Perangkat ini beroperasi dengan cara mengatur tegangan dan arus pengisian berdasarkan daya yang tersedia dari larik modul fotovoltaik dan status pengisian baterai (SoC, state of charge). Untuk mencapai arus pengisian yang lebih tinggi, beberapa SCC dapat dipasang secara paralel di bank baterai yang sama dan menggabungkan daya dari larik modul fotovoltaik.
2.3.1 Fungsi Solar Charge Controller
Adapun fungsi dari Solar Charge Controller adalah sebagai berikut : 1. Mengubah arus DC bertegangan tinggi dari larik modul fotovoltaik ke
tegangan yang lebih rendah baterai (tegangan sistem 48 VDC).
2. Melindungi bank baterai dari pengisian yang berlebih dengan
mengurangi arus pengisian dari larik modul fotovoltaik di saat baterai sudah penuh. Tergantung pada teknologi baterai, pengisian baterai yang berlebihan (overcharge) dapat menyebabkan timbulnya gas dan ledakan.
3. Memaksimalkan transfer daya dari larik modul fotovoltaik ke baterai dengan menggunakan algoritma maximum power point tracker.
4. Memblokir arus balik dari bank baterai di saat radiasi sinar matahari tidak mencukupi atau di malam hari.
5. Mengukur dan memonitor tegangan, arus, dan energi yang ditangkap dari larik modul fotovoltaik dan mengirimkannya ke bank baterai.
2.3.2 Spesifikasi Solar Charge Controller
Memilih tipe dan desain SCC yang tepat merupakan hal penting untuk
menjaga efisiensi panel surya dan umur pakai dari baterai. Spesifikasi SCC
ditentukan berdasarkan konfigurasi larik modul fotovoltaik, sistem tegangan yang
dipakai, dan karakteristik baterai. Oleh karena itu, penting untuk memahami
spesifikasi SCC agar tidak menyebabkan kerusakan pada komponen SCC maupun baterai.
Tabel 2.3 Spesifikasi Solar Charge Controller
Max. Open circuit voltage (v) Tegangan DC maksimum dari larik modul fotovoltaik pada larik terbuka MPP or operating range (v) Rentang tegangan untuk pelacak titik
daya maksimum
Max. Input current (A) Arus DC masukan maksimum dari larik modul dari larik modul fotovoltaik pada
arus hubungan arus pendek Output voltage (v) Tegangan keluaran atau tegangan
nominal baterai
Max. Battery charging current (A) Arus keluaran untuk pengisian baterai.
2.4 Baterai Lithium-Ion (Li-Ion)
Baterai jenis Lithium-Ion (Li-Ion) merupakan jenis baterai yang paling banyak digunakan pada peralatan elektronika portabel seperti Digital Kamera, Handphone, Video Kamera ataupun Laptop. Baterai Li-Ion memiliki daya tahan siklus yang tinggi dan juga lebih ringan sekitar 30% serta menyediakan kapasitas yang lebih tinggi sekitar 30% jika dibandingkan dengan Baterai Ni-MH. Rasio Self-discharge adalah sekitar 20% per bulan. Baterai Li-Ion lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung zat berbahaya Cadmium. Sama seperti Baterai Ni-MH (Nickel-Metal Hydride), meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Li-Ion tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan lingkungan hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di sembarang tempat.
Gambar 2.9 Baterai Lithium-Ion (Li-Ion)
2.4.1 Bagian Utama Pada Lithium-Ion
Battery pada umumnya memiliki empat komponen utama yaitu elektroda positif (katoda), elektroda negatif (anoda), elektrolit, dan separator. Elektroda negatif (anoda) merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion lithium serta merupakan material aktif. Material yang dapat dipakai sebagai anoda harus memiliki karakteristik antara lain memiliki kapasitas energi yang besar, memiliki kemampuan menyimpan dan melepas muatan atau ion yang bagus, memiliki tingkat siklus pemakaian yang lama, mudah untuk dibuat, aman dalam pemakaian atau tidak beracun, dan harganya murah. Material anoda yang paling umum adalah beberapa bentuk karbon biasanya grafit dalam bentuk serbuk. Grafit mempunyai kepadatan energi secara teori yang dihasilkan adalah berkisar 372 mAh/g. Selain grafit, material berbasis karbon yang dapat digunakan untuk anoda yaitu soft carbon, graphene, dan hard carbon. Material lain yang dapat berperan sebagai anoda antara lain lithium titanium oxide (LTO) dengan kepadatan energi yang dihasilkannya 175 mAh/g.
Material ini aman dipakai serta memiliki tingkat siklus pemakaian yang cukup lama.
Elektroda Positif (Katoda) merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion serta material aktif. Pada katoda terjadi reaksi setengah sel yaitu reaksi reduksi yang menerima elektron dari sirkuit luar sehingga reaksi kimia reduksi terjadi pada elektroda ini.
Katoda dan anoda memiliki fungsi yang sama namun, perbedaannya
adalah katoda merupakan elektroda positif. Material katoda harus memiliki
karakteristik yang harus dipenuhi antara lain material tersebut terdiri dari ion yang
mudah melakukan reaksi reduksi dan oksidasi, memiliki konduktifitas yang tinggi,
memiliki kapasitas energi yang tinggi, memiliki kestabilan yang tinggi, harganya
murah dan ramah lingkungan. Pada tahun 1980 material LiCoO2 menjadi kandidat
material pertama yang digunakan sebagai katoda pada LIBs.Kerapatan energi yang
dimiliki LiCoO2 sebesar 140 mAh/g. Kelemahan pada material ini yaitu memiliki
kestabilan yang rendah dan harganya mahal. Sejalan dengan peningkatan performa
katoda, beberapa penelitian yang dilakukan antara lain membuat katoda dari LiMO2
(M = Co (Cobalt); Ni (Nikel); Mn (Mangan). LiMO2 tersebut dibentuk dalam bentuk
layer-layer. Adapula material yang digunakan sebagai katoda dibentuk dalam bentuk spinel LiM2O4 (M: Mn (Mangan)) ; serta olivine LiMPO4 (M : Fe) (Bo, Xu, 2012)
2.4.2 Prinsip Kerja Baterai Lithium
Di dalam Baterai sekunder terdapat elektroda negatif atau anoda yang berkaitan dengan reaksi oksidasi setengah sel yang melepaskan elektron kedalam sirkuit eksternal. Dan elektroda positif atau katoda dimana terjadi reaksi setengah sel, yaitu reaksi reduksi yang menerima elektron dari sirkuit luar sehingga reaksi kimia reduksi terjadi pada katoda. Material aktif yang umumnya berbasiskan material keramik yang mampu bereaksi secara kimia menghasilkan aliran arus listrik selama baterai mengalami proses charging dan discharging. Reaksi kimia dalam baterai sekunder bersifat reversible. Kemampuan kapasitas energi yang tersimpan dalam baterai lithiuam tergantung pada beberapa banyak ion lithium yang dapat disimpan dalam struktur bahan elektrodanya dan beberapa banyak yang dapat digerakkan dalam proses charging dan discharging, karena jumlah arus elektron yang tersimpan dan tersalurkan sebanding dengan jumlah ion lithium yang bergerak.
Gambar 2.10 Prinsip Kerja Baterai Lithium-Ion (Li-Ion)
Pada proses charging, material katoda akan terionisasi, menghasilkan ion
lithium bermuatan positif dan bermigrasi kedalam elektrolit menuju komponen
anoda, sementara elektron yang diberikan akan dilepaskan bergerak melalui
rangkaian luar menuju anoda. Ion lithium ini akan masuk kedalam anoda melalui
mekanisme interkalasi.
2.5 Liquid Cristal Display (LCD)
Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Liquid Cristal Display (LCD) adalah salah satu jenis display elektronik yang 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. Liquid Cristal Display (LCD) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
2.5.1 Material Liquid Cristal Display (LCD)
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor.
Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
Gambar 2.11 Bentuk Liquid Cristal Display (LCD)
2.5.2 Pengendali / Kontroler Liquid Cristal Display (LCD)
Dalam modul Liquid Cristal Display (LCD) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter Liquid Cristal Display (LCD).
Microntroller pada suatu Liquid Cristal Display (LCD) dilengkapi dengan memori
dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah :
Display Data Random Access Memory (DDRAM) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
Character Generator Random Access Memory (CGRAM) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
Character Generator Read Only Memory (CGROM) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat Liquid Cristal Display (LCD) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
Berikut Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah :
Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel Liquid Cristal Display (LCD) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel Liquid Cristal Display (LCD) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
Pin kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu Liquid Cristal Display (LCD) diantaranya adalah :
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan Liquid Cristal Display (LCD) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
Pin Register Select (RS) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin Read Write (R/W) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data sedangkan high baca data.
Pin Enable (E) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya menggunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Data yang digunakan relative sangat kecil.
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin LCD
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses
proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan
instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter
dengan hruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca
program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD
adalah Dsiplay Clear, Cursor Home, Dsiplay ON/OFF, Display Character Blink,
Cursor Shift, dan Display Shift.
Tabel 2.4 Operasi Dasar LCD
RS R/W Operasi
0 0 Input instruksi ke LCD
0 1 Membaca status flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1 0 Menulis data
1 1 Membaca data
Tabel 2.5 Konfigurasi LCD
Pin Bilangan biner Keterangan
RS 0 Inisialisasi
1 Data
RW 0 Tulis LCD/W (write)
1 Baca LCD/R (read)
E 0 Pintu data terbuka
1 Pintu data tertutup
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD
No Pin Keterangan Konfigurasi Hubung
1 GND Ground
2 VCC Tegangan +5VDC
3 VEE Ground
4 RS Kendali RS
5 RW Ground
6 E Kendali E/Enable
7 D0 Bit 0
8 D1 Bit 1
9 D2 Bit 2
10 D3 Bit 3
11 D4 Bit 4
12 D5 Bit 5
13 D6 Bit 6
14 D7 Bit 7
15 A Anoda (+5VDC)
16 K Katoda (Ground)
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening. Metode Screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga ThinkFilm Transistor Active (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
2.5.3 Pin-pin pada LCD
LCD memiliki pin-pin sebanya 1 sampai 16 pin. Pin-pin tersebut memiliki kegunaan masing-masing. Pengantar muka dapat menggunakan sistem 4 bit atau 8 bit. Jika menggunakan sistem 4 bit, maka kita akan menghemat 4 port mikrokontroler.
Tabel 2.7 Fungsi Pin LCD
Pin ke - Nama Fungsi
1 GND Ground Untuk LCD
2 VCC +5 Volt untuk LCD
3 Vreff Tegangan Pengatur brightness
4 RS Bit pemilih instruksi / data
5 R/W Bit pemilih Read / Write
6 E Bit enable
7 D0 Data Bit 0
8 D1 Data Bit 1
9 D2 Data Bit 2
10 D3 Data Bit 3
11 D4 Data Bit 4
12 D5 Data Bit 5
13 D6 Data Bit 6
14 D7 Data Bit 7
15 Back Light (+) Optional
16 Back Light (-) Optional
2.5.4 Prinsip Menggunakan LCD
Modul LCD memiliki 3 jalur kontrol yang bernama RS, R/W, dan E. RS digunakan untuk memberitahukan kepada LCD apakah data yang diberikan adalah kata-instruksi (instrction word) atau kata-data (data-word). Jika akan mengirim instruksi maka RS harus dibuat 0, sedangkan untuk mengirim data maka RS harus berlogika 1. Sementara jalur R/W digunakan untuk memilih operasi Read atau Write.
Read artinya membaca data dari LCD sedangkan Write artinya menuliskan data ke LCD. Dalamn kasus ini kita hanya akan menuliskan data ke LCD, sehingga jalur ini dapat dibuat rendah (logika 0) terus. Terakhir adalah jalur E (Enable), dimana jika dia berlogika tinggi (1) maka proses penulisan ke LCD akan diaktifkan. Kata instruksi yang dikirimkan ke LCD akan memberitahukan apa yang harus dilakukan oleh kontroler LCD.
2.6 Light Dependent Resistor (LDR)
Sensor Cahaya Light Dependent Resistor (LDR) ialah jenis resistor yang
berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor
cahaya LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu
sendiri. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya
terang nilainya menjadi semakin kecil. LDR adalah jenis resistor yang biasa
digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya. Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti senyawa kimia cadmium sulfide. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat, artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa.
Gambar 2.13 Bentuk Fisik dan Simbol LDR
LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi di mana intensitas cahaya berubah secara drastis. Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya.
2.6.1 Karakteristik Sensor Cahaya LDR
Sensor Cahaya Light Dependent Resistor (LDR) adalah suatu bentuk
komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada
cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon
Spektral sebagai berikut :
1. Laju Recovery Sensor Cahaya LDR
Bila sebuah Sensor Cahaya Light Dependent Resistor (LDR) dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik. Untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral Sensor Cahaya LDR
Sensor cahaya LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.
2.6.2 Prinsip Kerja LDR
Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut
menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada
sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup,
LDR menjadi konduktor yang buruk atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi
yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih
banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan
lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya
terang, LDR menjadi konduktor yang baik atau bisa disebut juga LDR memiliki
resistansi kecil pada saat cahaya terang. Misalnya untuk rangkaian sistem alarm
cahaya (menggunakan LDR) yang aktif ketika terdapat cahaya. Ketika akan
mengatur kepekaan LDR dalam suatu rangkaian maka perlu digunakan
potensiometer. Atur letaknya agar ketika mendapat cahaya maka buzzer atau bell akan berbunyi dan ketika tidak mendapat cahaya maka buzzer atau bell tidak akan berbunyi.
2.7 Light Emitting Diode (LED)
Lampu LED atau kepanjangannya Light Emitting Diode adalah suatu lampu indikator dalam perangkat elektronika yang biasanya memiliki fungsi untuk menunjukkan status dari perangkat elektronika tersebut. Lampu pijar menghasilkan cahaya dengan memanaskan serabut pijar atau filamen sehingga mengubah suhu yang tinggi menjadi berwarrna panas putih. Serabut pijar adalah kawat loga yang halus yang mempunyi hambatan terhadap arus yang lewat, di dalam filament tenaga listrik diubah menjadi panas dan bercahaya. Lampu pijar berisikan gas dengan serabut gulungan berpilin . gas yang dipakai untuk lampu pijar adalah gas argon.
Misalnya pada sebuah komputer, terdapat lampu LED power dan LED indikator
untuk processor, atau dalam monitor terdapat juga lampu LED power dan power
saving. Lampu LED terbuat dari plastik dan dioda semikonduktor yang dapat
menyala apabila dialiri tegangan listrik rendah (sekitar 1.5 volt DC). Bermacam-
macam warna dan bentuk dari lampu LED, disesuaikan dengan kebutuhan dan
fungsinya. Adapun fungsi lampu Light Emitting Diode (LED) merupakan sejenis
lampu yang akhir-akhir ini muncul dalam kehidupan kita. LED dulu umumnya
digunakan pada gadget seperti ponsel atau PDA serta komputer. Sebagai pesaing
lampu bohlam dan neon, saat ini aplikasinya mulai meluas dan bahkan bisa kita
temukan pada korek api yang kita gunakan, lampu emergency dan sebagainya. LED
sebagai model lampu masa depan dianggap dapat menekan pemanasan global karena
efisiensinya. Lampu LED sekarang sudah digunakan untuk penerangan untuk rumah,
penerangan untuk jalan, lalu lintas, advertising, interior/eksterior gedung.
Gambar 2.14 Bentuk Fisik LED
Kualitas cahayanya memang berbeda dibandingkan dengan lampu TL atau lampu lainnya. Tingkat pencahayaan LED dalam ruangan memang tak lebih terang dibandingkan lampu neon, inilah mengapa LED dianggap belum layak dipakai secara luas. Untungnya para ilmuwan di University of Glasgow menemukan cara untuk membuat LED bersinar lebih terang. Solusinya adalah dengan membuat lubang mikroskopis pada permukaan LED sehingga lampu bisa menyala lebih terang tanpa menggunakan tambahan energi apapun. Sementara ini beberapa jenis lampu LED sudah dipasarkan oleh Philips. Anda bisa menemui beberapa model lampu LED bergaya bohlam yang hadir dalam warna putih susu dan juga warna-warni. Daya yang diperlukan lampu jenis ini hanya sekitar 4-10 watt saja.
2.8 Sensor Tegangan
Sensor tegangan ini digunakan untuk mengukur tegangan AC atau DC. Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli.
Gambar 2.15 Sensor Tegangan
Fitur-fitur dan kelebihannya :
1. Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
2. Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V 3. Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
4. Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negative dengan GND
5. Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino pin A0
6. DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
2.9 Regulator
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan jala-jala tidak mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, tetapi ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarannya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil. Ada beberapa alasan yang mungkin diperlukannya sebuah regulator yaitu, fluktuasi tegangan jala-jala, perubahan tegangan akibat beban (loading), perlu pembatasan arus dan tegangan untuk keperluan tertentu.
1. Regulator IC (itegrated Circuit)
Sekarang mestinya tidakperlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponenlainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif.
Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current
limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin
dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik.Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya, sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt.
Gambar 2.16 IC Regulator 7805
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras dimulai dengan merancang diagram blok dan prinsip kerja sistem, kemudian dilanjutkan merancang rangkaian sistem dengan menggabungkan keseluruhan perangkat menjadi sebuah sistem terkendali.
3.1 Metodologi Perancangan
Untuk mempermudah perancangan sistem diperlukan sebuah diagram blok sistem yang mana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :
3.1.1 Tahap Persiapan
Metode Pelaksanaan dalam penelitian ini secara umum dibagi kedalam 5 tahap yang diperlihatkan oleh diagram berikut :
Tahap 1 : Pendesainan Prototipe Alat
Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan adalah mendesain Alat dengan menggunakan software google sketch-up 2016. Pada tahap ini akan di desain komponen-komponen alat yaitu desain ruang alat sebagai tempat sensor.
Tahap 2 : Pembuatan Prototipe Alat
Ruang alat dibuat berbentuk balok dari bahan triplek sebagai wadah tempat objek pada alat.
Tahap 3 : Pembuatan Rangkaian Alat
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor.
Tahap 4 : Pengukuran
Pada tahap ini akan dilakukan pengukuran nilai sensor tegangan dan nilai hasil LDR dengan memvariasikan waktu yang berbeda.
Tahap 5 : Analisa Data
Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap data yang diperoleh dari hasil pengukuran. Analisa ini meliputi penguploadan data dalam bentuk grafik sehingga dapat dilihat dan dibuktikan keakuratan hasil pembacaan sensor.
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor. Adapun tahapan- tahapan pelaksanaan pada tahap ini sebagai berikut :
a. Mendesain layout rangkaian dengan software Eagle.
b. Mencetak hasil layout pada kertas foto dengan menggunakan printer laser Z . c. Mencetak hasil cetakan pada PCB dengan cara memanaskanya pada suhu 160
0C kemudian dilarutkan dengan menggunakan larutan FeCl2.
d. Memasang komponen- komponen elektronik sesuai dengan jalur yang telah dibuat pada layout rangkaian.
3.1.3 Tahap Pengukuran, Analisis dan Kesimpulan
Dalam menyusun Tugas Akhir ini penulis melakukan beberapa penerapan metode penelitian untuk menyelesaikan permasalahan. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan cara :
a) Studi pustaka untuk mengumpulkan, mempelajari serta menyeleksi bahan- bahan tentang pemograman berbasis Mikrokontroller Arduino.
b) Pengumpulan data yang berhubungan dengan tugas akhir
Data yang dibutuhkan adalah data-data tentang komponen-komponen elektronika yang akan digunakan dalam perancangan alat.
c) Analisis Sistem
Melakukan analisis terhadap program yang akan dibuat serta komponen- komponen elektronika yang digunakan.
d) Perancangan Sistem
Merancang suatu sistem penerangan lampu taman menggunakan panel surya berbasis Mikrokontroller Arduino Nano. Termasuk interface aplikasi dan perancangan susunan rangkaian elektronika.
e) Impelentasi Sistem (Coding).
Menyusun kode program untuk sistem penerangan lampu taman menggunakan panel surya berbasis Mikrokontroller Arduino Nano.
f) Testing
Melakukan pengujian sistem yang telah dibuat sehingga dapat melakukan perbaikan sistem apabila ditemukan kesalahan pada sistem.
g) Dokumentasi Sistem.
Pembuatan dokumentasi sistem,lengkap dengan analisis yang telah diperoleh.
3.2 Perancangan Sistem
3.2.1 Diagram Blok Sistem
Untuk mempermudah perancangan sistem diperlukan sebuah diagram blok sistem yang mana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
PANEL SURYA
CHARGER CONTROLLER
BATERAI
ARDUINO
NANO LED
LDR LCD
SENSOR TEGANGAN
3.2.2 Perancangan Rangkaian 1. Rangkaian Arduino Nano
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler Arduino Nano.
Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller Arduino Nano memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja.
Gambar 3.2 Rangkaian Arduino Nano
2. Rangkaian LCD
Rangkaian ini berfungsi untuk menampilkan karakter angka, huruf
ataupun simbol dengan konsumsi arus yang rendah. Pada alat ini, display yang
digunakan adalah Liquid Crystal Display (LCD) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada
komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD,
pada LCD Hitachi–M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output
mikrokontroler rmenjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ
untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Gambar 3.3 Rangkaian LCD
3. Rangkaian Sensor LDR
Pada rangkaian ini input sensor terhubung ke port A0 Arduino Nano, yaitu sebagai data pembacaan sensor cahaya yang masuk ke mikrokontroller akan diproses dan dikalibrasi.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor LDR
4. Rangkaian LED
Gambar menunjukkan skema rangkaian board arduino nano dengan 3 buah lampu LED. Kaki anoda LED dihubungkan ke pin 12 hingga pin 10, jadi semuanya terdapat 3 lampu LED. Semua kaki katoda LED dihubungkan ke ground board Arduino Nano. Rangkaian ini disebut rangkaian common cathode (katoda bersama). Pada rangkaian common cathoda, LED akan menyala jika kaki anoda diberi tegangan positif dan akan mati jika kaki anoda diberi tegangan negatif. Sumber tegangan untuk board Arduino Nano menggunakan sumber tegangan dari USB port komputer, sehingga rangkaian akan aktif jika dihubungkan dengan komputer melalui USB port.
Gambar 3.5 Rangkaian LED
4. Rangkaian Sensor Tegangan
Rangkaian ini berfungsi sebagai input pembacaan nilai tegangan yang dihasilkan oleh panel surya.
Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Tegangan
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem
Gambar 3.7 FlowChart Sistem START
INISIALISASI PROGRAM
PANEL SURYA MENGKONVERSI SINAR MATAHARI MENJADI ENERGI
LISTRIK
SIMPAN DAYA LISTRIK PADA BATERAI MENGGUNAKAN
CHARGER KONTROLLER
GUNAKAN DAYA BATERAI SEBAGAI POWER SUPPLY PADA SISTEM ALAT
SELESAI SENSOR LDR MEMBACA NILAI CAHAYA UNTUK MEMATIKAN DAN
MENGHIDUPKAN LAMPU
