RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh :
CHARLES S YEFTA SOUISA NPM. 0634015039
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN“
JAWA TIMUR
RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Komputer
Program Studi Teknik Informatika
Disusun Oleh :
CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA
NPM. 0634015039PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN“
JAWA TIMUR
LEMBAR PENGESAHAN
RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16
Disusun Oleh :
CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA
NPM. 0634015039Telah Disetujui Untuk Mengikuti Ujian Negara Lisan Gelombang V Tahun Akademik 2011 / 2012
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pambangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur
Basuki Rahmat, S.Si, MT NPT. 369 070 602 09 Pembimbing Utama
Basuki Rahmat, S.Si, MT NPT. 379 070 602 09
Pembimbing Pendamping
TUGAS AKHIR
RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK
BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16 Disusun Oleh :
CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA NPM. 0634015039
Telah Dipertahankan di Hadapan dan Diterima Oleh Tim Penguji Skripsi Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur Pada Tanggal 10 Juni 2011
Pembimbing, Tim Penguji,
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Judul : Rangkaian Prototipe Sistem Pengaturan Pada Traffic Light Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega16
Pembimbing I : Basuki Rahmat, S.Si, MT
Pembimbing II : Delta Ardy Prima,S.ST, MT Penyusun : Charles S Yefta Souisa
ABSTRAK
Tenaga matahari atau tenaga surya adalah salah satu energi terbesar dalam makhluk hidup. Tenaga surya sangat berperan penting dalam kehidupan manusia dan sangat bisa dimanfaatkan salah satunya adalah mengambil tenaga matahari sebagai pembangkit listrik. Oleh karena itu, pemanfaatan yang ideal pada tenaga matahari dapat mengangkat ide untuk memanfaatkan tegangan listrik yang dihasilkan dari siinar matahari. Oleh sebab itu, dibuatkanlah salah satu rangkaian yang dimana rangkaian tersebut menggunakan tenaga matahari sebagai pembangkit listriknya yang diimplementasikan pada rangkaian prototipe traffic light.
Mikrokontroler merupakan salah satu perkembangan teknologi semikonduktor.Teknologi mikrokontroler mengintegrasikan komponen-komponen sebuah sistem komputer kedalam sebuah chip tunggal (Single Chip), sehingga teknologi ini mampu berfungsi seperti halnya sebuah sistem komputer. Salah satu fungsi yang bisa dilakukan oleh mikrokontroler adalah pada proses pengontrolan. Melihat salah satu fungsi yang bisa dilakukan mikrokontroler pada proses pengontrolan, maka pada tugas akhir ini dirancang dan dibuat sebuah sistem kontrol berbasis mikrokontroler pada pengaturan traffic light menggunakan tenaga matahari. Mikrokontroler dirancang untuk mengatur pengaturan lampu LED, mengatur waktu pada 7segmen, serta mengontrol kapasitas yang dimiliki oleh baterai yang diberikan oleh solar cell.
KATA PENGANTAR
Puji Tuhan atas Kuasa Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan
Hikmat, kekuatan dan pengharapan, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini sebagai salah satu prasyarat dalam menyelesaikan Program Studi Sarjana
Komputer. Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, UPN
”VETERAN” Jawa Timur. Pada laporan tugas akhir ini, penulis membahas
tentang pembuatan pengendalian ruang inkubator berbasis mikrokontroler. Pada
proses penyusunannya hingga terwujudnya laporan ini, penulis banyak mendapat
bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan
terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:
1. Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri di Universitas
Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur Surabaya.
2. Bapak Basuki Rahmat, S.Si, M.T, selaku ketua Jurusan Teknik informatika
di Universitas Pembanguna Nasional ”Veteran” Jawa Timur Surabaya.
3. Bapak Basuki Rahmat, S.Si, M.T, selaku dosen pembimbing I atas segala
arahan dan bimbingannya.
4. Bapak Delta Ardy Prima S, ST, MT sebagai dosen pembimbing II atas
segala arahan dan bimbingannya.
5. Seluruh Dosen UPN veteran jawa timur terima kasih atas ilmu yang
diberikan.
6. Kelulusan ini aku persembahkan kepada papa dan mamaku yang selalu
mendukung aku selama ini, yang selalu memberikan Doa, nasihat dan
semangat, buat kakak aku tercinta Christian Nazar Samuel Souisa , buat
adeku tersayang Maria Corina Santi Natalia Souisa yang selalu memberi
7. Terima kasih buat Janiar Wizanti Faruwu untuk semangatnya dan terkadang
kamu jugalah yang membuat aku down tapi terima kasih untuk semuanya.
Semoga kamu juga semangat untuk cepat lulus dengan kelulusanku ini.
8. Teman-temanku Andre, Yance, Kresna, Teguh, Clarissa, Echa Mustamu,
anak-anak kos jefa, dwiky, chandra, semua teman-temanku yang telah
membantu dalam pembuatan skripsi ini masukan-masukkan kalian sangat
membantu dan semua teman-teman yang sama-sama berjuang dalam tugas
akhir ini akhirnya kita lulus semua teman.
9. Terima kasih buat Nurul Azizah yang udah memberikkan aku semangat saat
aku benar-benar down, makasih ya bulek. Akhirnya kamu juga
lulus,,selamat ya bulek. Untuk mario, ristin dan raissa makasih juga disaat
terkahir aku mau ujian kalian memberikan semangat.
10. Dan akhir kata aku ucapkan terima kasih untuk semua orang yang
memberikkan semangat secara langsung maupun tidak langsung. Semoga
Tuhan Memberkati.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan pembahasan laporan ini
masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis mengharap kritik dan
saran yang membangun guna penyempurnaan selanjutnya. Semoga laporan tugas
akhir ini bisa memberikan manfaat dan dapat menambah wawasan kita semua.
Surabaya, Juni 2011
iv
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16 ... 10
4.2.2 Implementasi 7 Segment ... 55
4.2.3 Implementasi Waktu ... 56
4. 3 Uji Coba Alat ... 58
4.3.1 Pengujian Solar Panel atau Solar Cell ... 58
4.3.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ... 59
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 62
5.1 Mengevaluasi Kinerja Alat ... 62
5.1.1 Pengujian Rangkaian LCD ... 62
5.1.2 Pengujian Solar Panel ... 63
5.1.3 Pengujian Rangkaian Keseluruhan ... 63
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
6.1 Kesimpulan ... 65
6.2 Saran ... 65
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Susunan Mikrokontroler ... 8
Gambar 2.2 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin ... 11
Gambar 2.3 Blok diagram timer/counter ... 15
Gambar 2.4 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling. ... 16
Gambar 2.5 Timing diagram timer/counter, dengan prescaling. ... 16
Gambar 2.6 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8) ... 17
Gambar 2.7 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan pescaler (fclk_I/O/8)... 17
Gambar 2.8 Regiter timer counter 8 bit ... 18
Gambar 2.9 Register timer TCNT0 ... 21
Gambar 2.10 Register timer OCR0 ... 21
Gambar 2.11 Register timer TIFR ... 22
Gambar 2.12 Blok diagram clock generator logic ... 24
Gambar 2.13 Operasi synchronous Clock ... 27
Gambar 2.14 Struktur lapisan tipis solar sel secara umum ... 29
Gambar 2.15 Spektrum radiasi sinar matahari ... 30
Gambar 2.16 Radiative transition of solar cell... 31
Gambar 2.17 Direct Semiconductor ... 31
Gambar 2.18 Bentuk fisik LCD 2x16 karakter ... 39
Gambar 4.2 Prototipe Traffic LightMenggunakan Tenaga Matahari ... 53
Gambar 4.3 Source Code Kapasitas Tegangan ... 54
Gambar 4.5 Source Code Untuk Mengeluarkan 7 Segment ... 55
Gambar 4.6 Tampilan 7 Segment ... 56
Gambar 4.7 Source Code Untuk Jalur 1 Merah Jalur 2 Hijau ... 56
Gambar 4.8 Source Code Untuk jalur 1 Hijau Jalur 2 Merah ... 57
Gambar 4.9 Source Code Untuk Lampu Warna Kuning ... 57
Gambar 4.10 Lampu Traffic Light dan Waktu ... 58
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi pin port ... 14
Tabel 2.2 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang ... 19
Tabel 2.3 Mode Output Pembanding, tanpa PWM ... 19
Tabel 2.4 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM... 20
Tabel 2.5 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM ... 20
Tabel 2.6 Deskripsi bit clock select ... 20
Tabel 2.7 Persamaan untuk menyeting perhitungan register baud rate ... 26
Tabel 2.8 Fungsi pin LCD ... 40
Tabel 4.1 Hasil pengujian pada rangakaian mikrokontroler ATmega16 ... 60
Tabel 6.1 Tabel pengujian pada baterai ... 66
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam bab ini dijelaskan beberapa hal dasar yang meliputi latar belakang,
permasalahan, batasan masalah, tujuan dan manfaat, metodologi pelaksanaan serta
sistematika penulisan buku tugas akhir ini. Dari uraian tersebut diharapkan,
Gambaran umum permasalahan dan pemecahan yang diambil dapat di pahami.
1.1 Latar Belakang
Salah satu energi terbesar dan yang paling utama bagi kehidupan makluk
hidup adalah Tenaga Matahari atau Tenaga Tata Surya. Energi baru dan yang
terbarukan mempunyai peranan dan peran yang sangat penting dalam memenuhi
kebutuhan energi. Hal ini disebabkan penggunaan bahan bakar untuk pembangkit
– pembangkit listrik konvensional dalam jangka waktu yang panjang akan
menguras sumber minyak bumi, gas dan batu bara yang makin menipis dan juga
dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Salah satu upaya yang telah ada
dikembangkan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Karena
penggalian sumber alam tersebut yang tak terkendali lagi, di mana salah satu
kegunaannya sebagai pembangkit listrik. Tercipta ide tugas akhir penggunaan
tenaga matahari tersebut sebagai pembangkit listrik pada traffic light.
Di Indonesia yang merupakan daerah tropis mempunyai potensi energi
matahari sangat besar dengan insolasi harian rata – rata 4,5 – 4,8 KWh/m2 / hari.
Akan tetapi energi listrik yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi intensitas
2
yang digunakan sebagai penyimpanan tenaga cadangan yang didapatkan atau
dihasilkan dari tenaga matahari tersebut. PLTS atau lebih dikenal sel surya ( sel
fotovoltaik ) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk berbagai
keperluan yang relevan dan di berbagai tempat seperti perkantoran, pabrik,
perumahan dan sekarang yang banyak menggunakan pemanfaatan tenaga
matahari tersebut adalah traffic light atau lampu lalu lintas.
Pembuatan proyek akhir ini adalah untuk dapat membuat Rangkaian
Prototipe Sistem Pengaturan Pada Traffic Light Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega16, untuk
dapat mengetahui dan membuat program software mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti rangkaian Sistem Pengaturan Pada Traffic Light
Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler
AVR ATMega16 menggunakan software bahasa pemrograman, untuk mengetahui unjuk kerja mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti rangkaian Prototipe
Sistem ini. Metode yang digunakan dalam pembuatan tugas proyek akhir ini
secara urut yaitu : Identifikasi kebutuhan, Analisis Kebutuhan, Implementasi /
perancangan, Pembuatan, dan Pengujian. Rancangan dan pembuatan alat
mencakup bagian hardware dan software. Hardware meliputi rangkaian catu daya, rangkaian input dan output, rangkaian display LCD, solar cell dan aki serta rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti dari
alat yang dibuat. Software meliputi perancangan program berupa algoritma / flow chart, selanjutnya dilakukan pembuatan program dalam mengatur suply tenaga surya ke solar cell yang di suply ke aki dan rangkain. Data hasil pengujian alat
3
dapat diaplikasikan sesuai dengan konsep yang diinginkan. Kinerja antara bagian
hardware dengan software dapat berjalan dengan baik. Alat ini mengatur penyimpanan tenaga pada baterai aki kering yang dihasilkan dari matahari
menggunakan solar cell dan pengaturan waktu pada persimpangan yang
menggunakan traffic light dan menyalanya LED pada traffic light sedangkan LCD
menampilkan informasi persentase isi dari baterai pada aki kering dan lamanya
waktu berjalan pada LED berwarna merah, kuning dan hijau.
1.2 Perumusan Masalah.
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka perumusan masalah dari
analisa dan perencanaan alat ini yaitu bagaimana cara menyimpan tenaga pada
baterai aki kering yang dihasilkan dari matahari menggunakan solar cell dan
pengaturan waktu pada persimpangan yang menggunakan traffic light dan menyalanya LED pada traffic light sedangkan LCD menampilkan informasi persentase isi dari baterai pada aki kering dan lamanya waktu berjalan pada LED
berwarna merah, kuning dan hijau.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini dibuat suatu batasan-batasan dengan
maksud memudahkan analisis yang dibutuhkan dalam rangka pemecahan
masalah. Adapun batasannya yaitu sebagai berikut:
a. Solar Panel yang digunakan untuk menangkap tenaga matahari.
4
c. Perancangan perangkat lunak (software) menggunakan bahasa
pemograman.
d. Display atau penampil nilai data menggunakan LCD (liquid crystal display) dan LED sebagai penanda merah, kuning dan hijau.
1.4 Tujuan
Tujuan Tugas Akhir ini dibuat adalah sebagai berikut :
a. Merancang alat pembangkit listrik menggunakan tenaga matahari berbasis
mikrokontroler AVR ATMega16
b. Perancangan diuji cobakan pada prototipe traffic light.
1.5 Manfaat Tugas Akhir
Dengan merencanakan dan membangun sebuah aplikasi alat tersebut,
nantinya diharapkan dapat mempunyai manfaat, yaitu :
a. Dapat memanfaatkan sumber energi terbesar yaitu matahari sebagai tenaga
listrik.
b. Pada alat ini digunakan untuk mengatur waktu pada persimpangan yang
memiliki traffic light menggunakan tenaga tata surya sebagai pembangkit
listriknya, diharapkan masyarakat di luar dapat mengaplikasikan tenaga
matahari bukan di traffic light saja.
c. Dapat mengetahui cara penggunaan solar panel sebagai pembagkit listrik.
d. Menambah pengetahuan tentang sistem maupun manfaat dari
mikrokontroler AVR ATMega16 agar dapat menggunakannya untuk
5
1.6 Metode Penelitian
Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, langkah-langkah yang dilakukan
adalah sebagai berikut:
a. Studi Pustaka
Studi pustaka dimaksudkan untuk mendapatkan landasan teori, data-data atau
informasi sebagai bahan acuan dalam melakukan perencanaan, percobaan,
pembuatan dan penyusunan tugas akhir.
b. Perencanaan
Perencanaan ini dimaksudkan untuk memperoleh desain suatu program
aplikasi yang baik. Setelah didapatkan suatu rancangan kemudian dijalankan.
c. Pengujian
Melakukan pengujian satu persatu rangakaian alat maupun program yang
dibuat agar mendapatkan hasil yang diinginkan.
d. Analisa
Menganalisa masing – masing rangkaian dan menyimpulkan hasil dari uji
coba rangkaian.
e. Penyusunan Buku Skripsi
Pada tahap ini merupakan tahap terakhir dari pengerjaan skripsi. Buku ini
disusun sebagai laporan dari seluruh proses perngerjaan skripsi. Dari
penyusunan buku ini diharapkan dapat memudahkan pembaca yang ingin
6
Mendiskripsikan tentang latar belakang, permasalahan,
tujuan, ruang lingkup, metode penelitian yang dipakai,
sistematika penulisan, serta relevansi.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisi penjelasan dasar teori mengenai konsep yang
digunakan dalam pembuatan sistem prototipe traffic light
yang menggunakan tenaga surya sebagai sumber tenaga
listriknya.
BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN APLIKASI
Akan dibahas secara detail tentang perancangan prototipe
traffic light menggunakan tenaga surya, sistem mikrokontroler beserta program untuk mengolah data,
serta penampilan kapasitas baterai ke LCD.
BAB IV IMPLEMENTAS SISTEM
Pada bab keempat berisi hasil implementasi dari
perancangan yang telah dibuat sebelumnya yang meliputi:
7
BAB V UJI COBA DAN EVALUASI
Pada bab kelima berisi penjelasan lingkungan uji coba
aplikasi, pelaksanaan uji coba dan evaluasi dari hasil uji
coba yang telah dilakukan untuk kelayakan pemakaian
aplikasi.
BAB VI PENUTUP
Berisi kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan tugas
akhir ini dan saran-saran untuk pengembangannya.
DAFTAR PUSTAKA
Pada bagian ini akan dipaparkan tentang sumber-sumber
literatur yang digunakan dalam pembutan laporan tugas
akhir ini .
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini dibahas mengenai teori penunjang dari peralatan yang digunakan
dalam sistem mikrokontroler ATMega16, Solar Cell, Aki kering dan pengendalian lampu LED.
2.1 Gambaran Umum Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan suatu IC yang di dalamnya berisi CPU, ROM,
RAM, dan I/O. Dengan adanya CPU tersebut maka mikrokontroler dapat melakukan
proses berfikir berdasarkan program yang telah diberikan kepadanya. Mikrokontroler
banyak terdapat pada peralatan elektronik yang serba otomatis, mesin fax, dan
peralatan elektronik lainnya. Mikrokontroler dapat disebut pula sebagai komputer
yang berukuran kecil yang berdaya rendah sehingga sebuah baterai dapat
memberikan daya. Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian seperti yang terlihat
pada gambar 2.1 :
Pada gambar tersebut tampak suatu mikrokontroler standart 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.
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
tersimpan dalm 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
E. Komponen lainnya
Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, ADC (Analog to Digital Converter), dan komponen lainnya. Pemilihan komponen tambahan yang sesuai dengan tugas mikrokonter oleh 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.
2.2 Mikrokontroler AVR ATMega16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis
arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal.
AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang
mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan
hubungan serial SPI. ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus
kecepatan proses.
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16
Mikrokontroler ini mempunyai empat port I/O, akumulator, register, RAM
rangkaian osilasi yang membuat mikrokontroler ini dapat beroperasi hanya dengan
sekeping IC. Secara fisik, mikrokontroler ATMega16 mempunyai 40 pin, Pin-pin
pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh seperti gambar di bawah 2.2. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan
arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).
Gambar 2.2 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin
Berikut Penjelasan dari port :
Port sebagai input/output digital
ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA,PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan
dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili
nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O
address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam
register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai
pin input.Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka
resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output
maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi
sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari
kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled
(DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi
tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Beberapa keistimewaan
1. Advanced RISC Architecture
• 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
• 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation
• Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
• On-chip 2-cycle Multiplier
2. Nonvolatile Program and Data Memories
• 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
• Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
• 512 Bytes EEPROM
• 512 Bytes Internal SRAM
• Programming Lock for Software Security
3. Peripheral Features
• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode
• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes
• One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
• Real Time Counter with Separate Oscillator
• Four PWM Channels
• 8-channel, 10-bit ADC
• Byte-oriented Two-wire Serial Interface
4. Special Microcontroller Features
• Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
• Internal Calibrated RC Oscillator
• External and Internal Interrupt Sources
• Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Powerdown, Standby and Extended Standby
5. I/O and Package
• 32 Programmable I/O Lines
• 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF
6. Operating Voltages
• 2.7 - 5.5V for Atmega16L
• 4.5 - 5.5V for Atmega16
Tab el 2.1 Konfigurasi pin port
Bit 2 – PUD : Pull-up Disable
Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register
DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0,
A. Timer
Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang digunakan untuk
perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer counter antara lain:
counter channel tunggal, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event counter external. Gambaran umum gambar diagram block
timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar 2.3. Untuk penempatan pin I/O telah di
jelaskan pada bagian I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam
pin-pin I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit.
Gambar 2.3 Blok diagram timer/counter
informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.
Gambar 2.4 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling.
Sesuai dengan gambar 2.5 timing diagram timer/counter dengan prescaling
maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi
pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan
kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal.
Gambar 2.5 Timing diagram timer/counter, dengan prescaling.
Sama halnya timing timer diatas, timing timer/counter dengan seting OCFO
sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).
Gambar 2.6 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8).
Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).
Deskripsi Register Timer/Counter 8 bit seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2.8 Regiter timer counter 8 bit.
Bit 7 – FOCO : perbandingan kemampuan output
FOCO hanya akan aktif ketika spesifik-spesifik bit WGM00 tanpa PWM
mode. Adapun untuk meyakinkan terhadap kesesuaian dengan device-device yang akan digunakan, bit ini harus diset nol ketika TCCRO ditulisi saat mengoperasikan
mode PWM. Ketika menulisi logika satu ke bit FOCO, dengan segera dipaksakan
untuk disesuaikan pada unit pembangkit bentuk gelombang. Output OCO diubah
disesuaikan pda COM01: bit 0 menentukan pengaruh daya pembanding.
Bit 6,3 – WGM01:0: Waveform Generation Mode
Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter, sumber untuk
harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari pembangkit bentuk gelombang
yang digunakan. Mode-mode operasi didukung oleh unit timer/counter sebagai
berikut : mode normal, pembersih timer pada mode penyesuaian dengan pembanding
Tabel 2.2 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang.
catatan: definisi nama-nama bit CTC0 dan PWM0 sekarang tidak digunakan lagi.
Gunakan WGM 01: 0 definisi. Bagaimanapun lokasi dan fungsional dan lokasi dari
masing-masing bit sesuai dengan versi timer sebelumnya.
Bit 5:4 – COMO1:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output
Bit ini mengontrol pin output compare (OCO), jika satu atau kedua bit COM01:0 diset, output OC0 melebihi fungsional port normal I/O dan keduanya
terhubung juga. Bagaimanapun, catatan bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke pin OC0 yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan. Ketika
OC0 dihubungkan ke pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari pengesetan bit
WGM01:0. Tabel di bawah menunjukkan COM fungsional ketika bit-bt WGM01:0
diset ke normal atau mode CTC (non PWM).
Tabel 2.3 Mode Output Pembanding, tanpa PWM
Tabel 2.4 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit WGM01:0 diset ke
Tabel 2.4 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM.
Tabel 2.5 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit WGM01:0 diset ke
mode phase correct PWM.
Tabel 2.5 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM.
Bit 2:0 – CS02:0 : Clock Select
Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan timer/counter. Jika mode pin eksternal digunakan untuk timer counter0, perpindahan dari pin T0 akan memberi clock counter.
Sesuai dengan tabel diatas maka sumber clock dapat dibagi sehingga timer/counter dapat disesuaikan dengan banyak data yang dihitung. Register
Timer/Counter TCNT0 :
Gambar 2.9 Register timer TCNT0
Register timer/counter memberikan akses secara langsung, keduanya
digunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk penghitung unit 8-bit
timer/counter. Menulis ke blok-blok register TCNT0 (removes) disesuaikan dengan clock timer berikutnya. Memodifikasi counter (TCNT0) ketika perhitungan berjalan,
memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0 dengan register
OCR0.
Register Timer/Counter OCR0
Gambar 2.10 Register timer OCR0
Register output pembanding berisi sebuah haraga 8 bit yang mana secara
terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0). Sebuah penyesuaian
B. Register Timer/Counter Interrupt Mas
1. Bit 1-OCIE0: output timer counter menyesuaikan dengan kesesuaian interrupt yang aktif.
Ketika bit OCIE0 ditulis satu, dan 1-bit pada register status dalam kondisi set
(satu), membandingkan timer/counter pada interrupt yang sesuai diaktifkan. Mencocokkan interrupt yang dijalankan kesesuaian pembanding pada timer/counter0 terjadi, ketika bit OCF0 diset pada register penanda timer/counter-TIFR.
2. Bit 0 – TOIE0: Timer/Counter 0 Overflow Interrupt Enable
Ketika bit TOIE0 ditulis satu, dan 1-bit pada register status dalam kondisi set (satu), timer/counter melebihi interrupt diaktifkan. Mencocokkan interrupt dijalankan jika kelebihan pada timer/counter0 terjadi, ketika bit TOV0 diset pada register
penanda timer/counter- TIFR.
Register Timer/Counter Register – TIFR
Gambar2.11 Register timer TIFR
3. Bit 1 – OCF0: Output Compare Flag 0
OCF0 dalam kondisi set (satu) kesesuaian pembanding terjadi antara
timer/counter dan data pada OCRO – Register 0 keluaran pembanding. OCF0 diclear
pada SREG, OCIE0 (Timer/Counter0 penyesuaian pembanding interrupt enable), dan OCF0 diset (satu), timer/counter pembanding kesesuaian interrupt dijalankan.
4. Bit 0 – TOV0: Timer/Counter Overflow Flag
Bit TOV0 diset (satu) ketika kelebihan terjadi pada timer/counter0. TOV0
diclearkan dengan hardware ketika penjalanan pencocokan penanganan vector interrupt. Dengan alternatif, TOV0
diclearkan dengan jalan memberikan logika satu pada flag. Ketika Ibit pada SREG,
TOIE0 (Timer/Counter0 overflow interrupt enable), dan TOV0 diset (satu ), timer/counter overflow interrupt dijalankan. Pada tahap mode PWM yang tepat, bit ini di set ketika timer/counter merubah bagian perhitungan pada $00.
5. Serial pada ATMega16
Universal synchronous dan asynchronous pemancar danpenerima serial adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah :
a) Operasi full duplex (register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri). b) Operasi Asychronous atau synchronous.
c) Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous.
d) Pembangkit baud rate dengan resolusi tinggi.
e) Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit. f) Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware.
g) Pendeteksian data overrun.
i) Pemfilteran gangguan (noise) meliputi pendeteksian bit false start dan pendeteksian
low pass filter digital.
j) Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX complete. k) Mode komunikasi multi-processor.
l) Mode komunikasi double speed asynchronous.
D. Generator Clock
Logic generator clock menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima. USART mendukung empat mode operasi clock: Normal Asynchronous,
Double Speed Asynchronous mode Master Synchronous dan Slave Synchronous. Bit UMSEL pada USART control dan status register C (UCSRC) memilih antara operasi
Asychronous dan Synchronous. Double speed (hanya pada mode Asynchronou ) dikontrol oleh U2X yang mana terdapat pada register UCSRA. Ketika mengunakan
mode operasi synchronous (UMSEL = 1) dan data direction register untuk pin XCk (DDR_XCK) mengendalikan apakah sumber clock tersebut adalah internal (master mode) atau eksternal (slave mode) pin-pin XCK hanya akan aktif ketika menggunakan mode Synchronous.
Keterangan sinyal :
txclk : clock pengirim (internal clock).
rxclk : clock dasar penerima (internal clock).
xcki : input dari pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi slave synchronous.
xcko : clock output ke pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi master synchronous.
fosc : frekuensi pin XTAL (system clock).
Generator Internal Clock – Pembangkit Baud rate
Generasi internal clock digunakan untuk mode – mode operasi master
asynchronous dan synchronous. Register USART baud rate (UBRR) dan down-counter dikoneksikan kepada fungsinya sebagai programmable prescaler atau pembangkit baud rate. Down-counter, dijalankan pada system clock ( fosc), dibebani dengan nilai UBRR setiap counter telah dihitung mundur ke nol atau ketika register
UBRRL ditulisi. Clock dibangkitkan setiap counter mencapai nol. Clock ini adalah
pembangkit baud rate clock output (fosc/( UBBR+1)). Pemancar membagi baud rete generator clock output dengan 2, 8, atau 16 cara tergantung pada mode. Pembangkit
output baud rate digunakan secara langsung oleh penerima clock dan unit-unit pelindung data. Unit-unit recovery menggunakan suatu mesin status yang menggunakan 2, 8, atau 16 cara yang tergantung pada cara menyimpan status dari
Tabel di bawah menunjukan penyamaan perhitungan baud rate dan nilai UBRR tiap mode operasi mengunakan sumber pembangkit clock internal.
Tabel 2.7 Persamaan untuk menyeting perhitungan register baud rate.
note: baud rate menunjukan pengiriman rate bit tiap detik (bps).
BAUD :baud rate ( pada bit-bit per detik,bps ) fosc frekuensi sistem clock osilator. UBRR : terdiri dari UBRRH dan UBBRL,( 0-4095 ).
Eksternal Clock
Eksternal clock digunakan untuk operasi mode slave synchronous. Eksternal clock masuk dari pin XCK dicontohkan oleh suatu daftar sinkronisasi register untuk memperkecil kesempatan meta-stabilitas. Keluaran dari sinkronisasi register
kemudian harus menerobos detector tepi sebelum digunakan oleh pengirim dan
penerima.
Proses ini mengenalkan dua period delay clock CPU dan oleh karena itu maksimal frekuensi clock XCK eksternal dibatasi oleh persamaan sebagai berikut
Fxck < fosc/4
Operasi Synchronous Clock
Ketika mode sinkron digunakan (UMSEL=1), pin XCK akan digunakan sama
seperti clock input (slave) atau clock output (master). Dengan ketergantungan antara tepi clock dan data sampling atau perubahan data menjadi sama. Prinsip dasarnya adalah data input (on RxD) dicontohkan pada clock XCK berlawanan dari tepi data output (TxD) sehingga mengalami perubahan.
Gambar 2.13 Operasi synchronous Clock
UCPOL bit UCRSC memilih tepi yang mana clock XCK digunakan untuk data
sampling dan yang mana digunakan untuk perubahan data. Seperti yang ditunjukan
pada gambar di atas, ketika UCPOL nol data akan diubah pada tepi kenaikan XCK
dan dicontohkan pada tepi XCK saat jatuh. Jika UCPOL dalam kondisi set, data akan
mengalami perubahan pada saat tepi XCK jatuh dan data akan dicontohkan pada saat
tepi XCK naik.
E. Inisialisasi USART
USART harus diinisialisasi sebelum komunikasi manapun dapat berlangsung.
Proses inisialisasi normalnya terdiri dari pengesetan baud rate, penyetingan frame
interrupt menjalankan operasi USART, global interrupt flag (penanda) sebaiknya dibersihkan (dan interrupt global disable) ketika inisialisasi dilakukan.
Sebelum melakukan inisialisasi ulang dengan mengubah baud rate atau frame
format, untuk meyakinkan bahwa tidak ada transmisi berkelanjutan sepanjang periode
register yang diubah. Flag TXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa pemancar telah melengkapi semua pengiriman, dan flag RXC dapat digunakan untuk mengecek
bahwa tidak ada data yang tidak terbaca pada buffer penerima. Tercatat bahwa flag
TXC harus dibersihkan sebelum tiap transmisi (sebelum UDR ditulisi) jika itu semua
digunakan untuk tujuan tersebut.
2.3 Solar Cell / Solar Panel
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), adalah pembangkit yang
memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama untuk
menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah Photovoltaic atau yang disebut
secara umum Modul / Panel Solar Cell. Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah
menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif didalam cell
modul tersebut karena perbedaan electron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan
menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan untuk mengisi battery / aki
sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan. Rata-rata produk modul solar cell yang
ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan ampere antara 0.5 s/d 7
Ampere. Modul juga memiliki kapasitas beraneka ragam mulai kapsitas 10 Watt Peak
s/d 200 Watt Peak juga memiliki type cell monocrystal dan polycrystal. Komponen
Battery / Aki, Inverter DC to AC, Beban / Load. Secara sederhana solar cell terdiri
dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction
semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron,
nah aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Sedangkan struktur
dari solar cell adalah seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
Gambar 2.14 Struktur lapisan tipis solar sel secara umum.
Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber
(penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh
terhadap efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis
gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada gambar 2.15.
Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar
Gambar 2.15 Spektrum radiasi sinar matahari.
Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon, jika
menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan atau
dilewatkan begitu saja (lihat gambar 2.16), dan hanya foton dengan level energi
tertentu yang akan membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah
arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai
sejumlah energi yang dibutuhkan utk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya
sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan electron dari ikatan
kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi
band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap, maka extra energi
tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. Karenanya sangatlah
penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan
Gambar 2.16 Radiative transition of solar cell.
Tentu saja agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal dari sinar
matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil
refleksi dan remombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya.
Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya,
maka absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga
memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat
bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah
CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct semiconductor.
Dari begitu banyak keuntungan solar cell seperti telah diuraikan diatas
ternyata tidak polemik tidak kemudian berhenti begitu saja, masih ada yang
mengatakan memang benar solar cell ketika melakukan proses perubahan energi tidak
ada polusi yang dihasilkan, tetapi sudahkah kita menghitung berapa besar polusi yang
telah dihasilkan dalam proses pembuatannya, dibandingkan kecilnya efisiensi yang
dihasilkan. Nah tantangannya disini adalah memang bagaimana untuk menaikkan
efisiensi, yang tentunya akan berdampak kepada nilai ekonomisnya.
2.4 Baterai Aki Kering
Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat
pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat
pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki
motor yang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V
= 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang
secara seri (6 V = 3 x 2 V). Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh
dinding penyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak
berhubungan karena itu cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan
(dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang bocor/merembes). Di dalam satu sel
terdapat susunan pelat pelat yaitu beberapa pelat untuk kutub positif (antar pelat
dipisahkan oleh kayu, ebonit atau plastik, tergantung teknologi yang digunakan) dan
beberapa pelat untuk kutub negatif. Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksida
(seperti bunga karang). Pelat-pelat tersebut terendam oleh cairan elektrolit yaitu asam
sulfat (H2SO4).
A. Saat baterai mengeluarkan arus
1. Oksigen (O) pada pelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung
dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya
bergabung/berubah menjadi air (H20).
2. Asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif
maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat tersebut.
Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam
keadaan discharge. Pada saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya
sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air (H2O), akibatnya berat jenis
cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3 dan ini mendekati berat jenis air yang 1
kg/dm3. Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar
1,285 kg/dm3. Nah, dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa
diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakan alat
hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel aki
(bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas aki). Selain itu pada saat baterai dalam
keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini
Ilustrasi baterai dalam keadaan terisi penuh
Ilustrasi baterai saat mengeluarkan arus
Ilustrasi baterai dalam keadaan tak terisi (discharge)
Air memiliki berat jenis 1 kg/dm3 (1 kg per 1000 cm3 atau 1 liter) dan asam sulfat
memiliki berat jenis 1,285 kg/dm3 pada suhu 20 derajat Celcius.
kg = kilogram.
dm3 = decimeter kubik = liter.
cm3 = centimeter kubik / cc (centimeter cubic).
1 dm = 1 liter = 1000 cm3 = 1000 cc.
B. Saat baterai menerima arus
Baterai yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum/dicas alias
sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutup positif baterai
dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus
listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang
dimiliki baterai, artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri
24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total tegangannya adalah jumlah dari
masing-maing tegangan baterai: Voltase1 + Voltase2 = Voltasetotal). Hal ini bisa
ditemukan di bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang duhubungkan secara seri
dan semuanya disetrum sekaligus. Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri
bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan tentang ini
bisa ditemukan di bagian bawah). Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini
berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :
1. Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung
dengan timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi
oksida timah colat (PbO2).
2. Asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif)
terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairan elektrolit
dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan elektrolit.
Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai
yang terisi penuh).
C. Cairan elektrolit
Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan elektrolit, sebaiknya tinggi
cairan elektrolit 4 - 10 mm diatas bagian tertinggi dari pelat. Bila sebagian pelat tidak
terendam cairan elektrolit maka bagian pada pelat yang tidak terendam tersebut akan
langsung berhubungan dengan udara akibatnya bagian tersebut akan rusak dan tak
dapat dipergunakan dalam suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak
konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari ruang sel yang sebagian pelatnya sudah
rusak akibat sulfat yang sudah tidak bisa lagi bereaksi dengan bagian yang rusak dari
pelat. Oleh karena itu kita harus memeriksa tinggi cairan elektrolit dalam baterai
kendaraan bermotor setidaknya 1 bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar
lebih aman) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap terutama akibat panas
yang terjadi pada proses pengisian (charging), misalnya pengisian yang diberikan oleh alternator. Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak baik karena cairan
elektrolit bisa tumpah melalui lubang-lubang sel (misalnya pada saat terjadi
pengisian) dan dapat merusak benda-benda yang ada disekitar baterai akibat korosi,
misalnya sepatu kabel, penyangga/dudukan baterai, dan bodi kendaraan akan
terkorosi, selain itu proses pendinginan dari panasnya cairan elektrolit baterai oleh
udara yang ada dalam sel tidak efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di dalam
sel, dan juga asam sulfat akan berkurang karena tumpah keluar; bila asam sulfat
berkurang dari volume yang seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal
karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal sehingga
tenaga/kapasitas yang bisa diberikan akan berkurang, yang sebelumnya bisa
menyuplai -katakanlah- 7 ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7 ampere
dalam satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga sampai
-katakanlah- 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga baterai sudah habis.
D. Kapasitas baterai
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x
rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka
tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya
bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa
memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya
rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara
hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat
berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya tidak seperti itu
(dijelaskan di bawah ini). Kembali ke kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor
kapasitas ini bisa dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun
yang membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari nilai
patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya terbuat dari karet.
Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet, isinya bisa besar jika terus dimasukkan
udara atau bisa juga kecil jika udara yang ditiup sedikit saja. Nah, kapasitas baterai
juga tidak tetap, mirip contoh balon karet tadi, dimana ada tiga faktor yang
menentukan besar kecilnya kapasitas baterai yaitu :
1. Jumlah bahan aktif
Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka
makin besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan
cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan
kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan,
Anda kembali bisa menyadari betapa pentingnya bagi pelat-pelat agar
terendam oleh cairan elektrolit karena bagian dari pelat yang tidak terendam
sama sekali tidak akan berfungsi bagi peningkatan kapasitas.
2. Temperatur
Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin kecil kapasitas baterai
saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin lambat tidak
peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah. Kapasitas baterai
biasanya diukur pada suhu tertentu, biasanya 25 derajat Celcius.
3. Waktu dan arus pengeluaran
Pengeluaran lambat (berupa pengeluaran arus yang rendah) mengakibatkan
waktu pengeluaran juga diperpanjang alias kapasitas lebih tinggi. Kapasitas
yang dinyatakan untuk baterai yang umum pemakaiannya pada pengeluaran
tertentu, biasanya 20 jam. Contoh: Baterai 12 V 75 Ah bisa dipakai selama 20
jam jika kuat arus rata-rata yang digunakan dalam 1 jam adalah 3,75 Ampere
(75 Ah / 20 h), sedangkan bila digunakan sebesar 5 Ampere maka waktu
pemakaian bukannya 15 jam (75 Ah / 5 A) tapi lebih kecil yaitu 14 jam,
sedangkan pada penggunaan Ampere yang jauh lebih besar, yaitu 7,5 Ampere
maka waktu pemakaian bukan 10 jam (75 A / 7,5 A) tapi hanya 7 jam. Hal ini
bisa menjadi jawaban bagi mereka yang menggunakan UPS, misal 500 VA
atau 500 Watt.hour, yang mana baterai UPS hanya bertahan lebih kurang 5 -
15 menit untuk komputer yang memerlukan daya 250 Watt, padahal kalau
Watt.hour / 250 Watt). Saya beri satu contoh nyata, sebuah aki kering 12 V
dan 18 Ah mencantumkan nilai spesifikasi sebagai berikut :
20 hr @ 0,9 A = 18 A.
5 hr @ 3,06 A = 15,3 A.
1 hr @ 10,8 A = 10,8 A.
1/2 hr @ 18 A = 9 A.
2.5 Liquid Crystal Display (LCD)
LCD merupakan salah satu komponen penting dalam pembuatan tugas
akhir ini karena LCD dapat menampilkan perintah-perintah yang harus dijalankan
oleh pemakai.LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya
angka, huruf abjad, kata-kata tapi juga simbol-simbol.
Jenis dan ukuran LCD bermacam-macam, antara lain 2x16, 2x20, 2x40, dan
lain-lain. LCD mempunyai dua bagian penting yaitu backlight yang berguna jika
digunakan pada malam hari dan contrast yang berfungsi untuk mempertajam tampilan
Tabel 2.8 Fungsi pin LCD
Fungsi dari masing– masing pin pada LCD adalah pin pertama dan kedua
merupakan pin untuk tegangan suplai sebesar 5 volt, untuk pin ketiga harus
ditambahkan resistor variabel 4K7 atau 5K ke pin ini sebagai pengatur kontras
Pin keempat berfungsi untuk memasukkan input command atau input data, jika ingin
memasukkan input command maka pin 4 diberikan logic low (0), dan jika ingin
memasukkan input data maka pin 4 diberikan logic high (1).
Fungsi pin kelima untuk read atau write, jika diinginkan untuk membaca
karakter data atau status informasi dari register (read) maka harus diberi masukan
high (1), begitu pula sebaliknya untuk menuliskan karakter data (write) maka
harus diberi masukan low (0). Pada pin ini dapat dihubungkan ke ground bila tidak
diinginkan pembacaan dari LCD dan hanya dapat digunakan untuk mentransfer data
ke LCD.
Pin keenam berfungsi sebagai enable, yaitu sebagai pengatur transfer
command atau karakter data ke dalam LCD. Untuk menulis ke dalam LCD data
ditransfer waktu terjadi perubahan dari high ke low, untuk membaca dari LCD
dapat dilakukan ketika terjadi transisi perubahan dari low ke high.
Pin-pin dari nomor 7 sampai 14 merupakan data 8 bit yang dapat ditransfer
dalam 2 bentuk yaitu 1 kali 8 bit atau 2 kali 4 bit, pin-pin ini akan langsung
terhubung ke pin-pin mikrokontroler sebagai input/output. Untuk pin nomor 15-16
berfungsi sebagai backlight.
2.6 ADC 0804
ADC (Analog Digital Converter) merupakan pengubah data analog menjadi data digital. Yang mana ADC ini akan sangat berguna apabila kita ingin
menggunakan data analog sebagai masukan untuk sistem kita dengan cara
sekian banyak pengubah data analog menjadi data digital. Mungkin ADC ini sudah
ketinggalan dibandingkan ADC lainnya yang sudah banyak beredar dipasaran, tetapi
maksud saya memposting tulisannya ini hanya untuk berbagi ilmu saya pada saat
saya mengerjakan tugas akhir saya beberapa waktu yang lalu. Saya pikir ADC jenis
0804 ini merupakan ADC yang simpel dan mudah digunakan dibandingkan dengan
jenis ADC lainnya. ADC 0804 ini mempunyai 20 pin dengan konfigurasi seperti
gambar berikut:
Gambar 2.19 Gambar skema ADC 0804
Pada ADC 0804, pin 11-18 merupakan pin keluaran digital yang dapat
dihubungkan langsung dengan bus data-alamat. Apabila pin /CS atau pin /RD dalam
keadaan tinggi, pin 11 sampai pin 18 akan mengambang. Apabila /CS dan /RD
rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada saluran keluaran. Untuk
memulai suatu konversi, /CS harus rendah. Bilamana /WR menjadi rendah, konverter
akan mengalami reset dan ketika /WR kembali pada keadaan tinggi, konversi segera
menjadi tinggi pada saat memulai konversi, dan dibuat aktif rendah bilamana
konversi telah selesai. Pin 6 dan 7 adalah masukan diferensial yang membandingkan
dua masukan sinyal analog. Jenis masukan ini memungkinkan pemilihan bentuk
masukan, yaitu mentanahkan pin 7 untuk masukan positif bersisi-tunggal (single-
ended positif input), atau mentanahkan pin 6 untuk masukan negatif bersisi-tunggal
(single-ended negatif input), atau mengaktifkan kedua pin untuk masukan diferensial.
Piranti ini mempunyai 2 ground, A GND dan D GND yang terletak pada pin 8 dan
10. Keduanya harus digroundkan. Pin 20 disambungkan dengan catu tegangan yang
sebesar +5V.
Dalam ADC 0804, Vref merupakan tegangan masukan analog maksimum,
yaitu tegangan yang menghasilkan suatu keluaran digital maksimum FFH. Bila pin 9
tidak dihubungkan (tidak dipakai), VREF berharga sama dengan tegangan catu VCC.
Ini berarti bahwa catu tegangan +5V memberikan jangkauan masukan analog dari 0
sampai +5V bagi masukan positif yang bersisi-tunggal.
Pada ADC 0804 ini, terdapat dua jenis prinsip didalam melakukan konversi,
yaitu free running dan mode control. Pada mode free running, ADC akan
mengeluarkan data hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan
(continue). Pada mode ini pin INTR akan berlogika rendah setelah ADC selesai
melakukan konversi, logika ini dihubungkan kepada masukan WR untuk
memerintahkan ADC memulai konversi kembali. Prinsip yang kedua yaitu mode
control, pada mode ini ADC baru akan memulai konversi setelah diberi instruksi dari
masukan WR sesaat + 1ms, kemudian membaca keluaran data ADC setelah keluaran
INTR berlogika rendah. Untuk sistem pengontrolan level permukaan air ini karena
level permukaan air harus terus dimonitor, maka ADC menggunakan prinsip free
running sehingga tegangan dari sensor dapat terus dikonversi secara terus menerus.
Untuk menerapkan free running mode ini maka pin WR harus dihubungkan dengan
pin INTR. ADC 0804 yang penulis gunakan ini memerlukan tegangan referensi
sebesar 2,5 V agar dapat bekerja. Maka untuk tegangan referensinya ini dihasilkan
dari keluaran dioda referensi LM336. Sedangkan untuk sinyal clocknya dihasilkan
dari kapasitor 150 ρF dan resistor 10 KΩ. Rangkaian ini memerlukan tegangan
masukan sebesar 5 VDC untuk bekerja, yang mana tegangan ini diambil dari catu
daya 5 VDC yang telah dirancang. Adapun rangkaian dari ADC 0804 ini dapat dilihat
pada Gambar 2.20 berikut ini :
BAB III
ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini merupakan bagian perencanaan dan bagian pembuatan
perangkat lunak (software) dan perangkat keras (hardware), yang akan dibahas
tentang langkah-langkah perencanaan dan pembuatan tugas akhir, yang merupakan
pokok bahasan utama dalam pembuatan tugas akhir ini.
3.1 Analisis Sistem
Pada bab ini, dibuat perancangan dan pembuatan dari alat pembangkit listrik
yang menggunakan tenaga matahari yang diujicobakan pada protipe persimpangan
traffic light berbasis mikrokontroler dengan menggunakan mikrokontroler AVR
ATMega16. Bagian pembuatan perangkat lunak meliputi pemograman pada
mikrokontroler, sedangkan untuk bagian pembuatan perangkat keras yang meliputi
perangkat mekanik serta perangkat elektronik. Pembuatan perangkat mekanik terdiri
dari desain mengenai protipe itu sendiri yaitu pembuatan miniatur persimpangan
traffic light berbasis mikrokontroler. Sedangkan pembuatan perangkat keras
pembuatan elektronik terdiri dari pembuatan rangkaian sistem mikrokontroler,
rangkaian pengisian pada baterai aki melalui solar panel, rangkaian pengaturan
waktunya pada traffic light.
Pada umumnya di persimpangan traffic light kebanyakan masih
menggunakan tenaga listrik yang dimiliki oleh PLN. Dimana disini percobaan
46
mikrokontroler, didalam percobaan ini dimana rangkain yang berbasis
mikrokontroler dan menggunakan solar panel dan baterai aki yang bertugas sebagai
penyimpanan cadangan listrik yang juga akan mengatur jalan lampu pada traffic
light dan rangkain ini akan mengatur waktu kapan merah, kuning atau hijau harus
menyala.
3.2 Perancangan Sistem
Sub bab ini menjelaskan mengenai proses desain perangkat lunak yang akan
dibuat dan hardware yang digunakan. Proses desain sistem dalam sub-bab ini akan
dibagi menjadi beberapa tahap yaitu: alur umum sistem, spesifikasi kebutuhan sistem,
alur umum, flowchart, perancangan data, perancangan antarmuka dan perancangan
hardware.
Aplikasi ini merupakan sistem yang akan menjalankan rangkain prototipe
pembangkit listrik menggunakan tenaga surya yang diujicobakan pada traffic light.
Dimana solar panel akan mendapatkan sinar dari matahari yang menghasilkan
tegangan listrik fungsinya untuk menghidupkan semua rangkaian dan baterai aki akan
menampung tegangan tersebut sebagai tenaga cadangan.
3.2.1 Alur Umum Sistem
Pada rancangan umum dari aplikasi ini adalah memanfaatkan sumber tenaga
matahari sebagai pembangkit listrik yang diterapkan pada protipe traffic light.
Pembuatan rangkaian prototipe traffic light menggunakan tenaga matahari ini dengan
pengoperasian berbasis mikrokontroler Atmega16 terdiri dari 2 bagian yaitu
47
Gambar umum tugas akhir ini dapat dilihat dari gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alur prototipe.
Cara kerja dari protipe traffic light berbasis mikrokontroler adalah solar panel
mengisi tenaga pada baterai aki setelah itu menuju mikrokontroler dan dari
mikrokontroler menuju pada miniatur traffic light. Apabila tegangan pada baterai aki
telah penuh maka solar panel langsung menuju mikrokontroler untuk memberikan
tegangan dan selanjutnya ke miniatur traffic light.
3.2.2 Blok Diagram
Perancangan blok diagram pada rangkain ini untuk memberikan
pemberitahuan suply tenaga solar panel, dimana solapr panel sebagai sumber utama
dari pemberian tenaga pada rangkain ini. Solar panel akan memberikan tegangan
listrik pada baterai, perhatikan pada gambar 3.2 :
Blok Diagram Solar .
Solar cell Mikrokontroler
ATMega16
Baterai Aki Miniatur
Perempatan traffic light
Solar cell
baterai
mikro Traffic
48
Perancangan flowchart digunakan untuk menggambarkan sejumlah proses
terstruktur dalam sistem, berorientasikan pada aliran proses yang terjadi. Demi
memudahkan pembaca orang awam dalam mengerti isi dari aplikasi ini, seperti
gambar 3.3 :
49
3.2.4 Kebutuhan Perancangan Hardware
Dalam pembuatan inkubator ini komponen-komponen yang dibutuhkan
adalah sebagai berikut:
Mikrokontoler ATmega16
1. Solar panel.
2. Baterai aki kering.
3. Relay.
4. Pararel Port.
3.3 Cara Merancang Alat
Cara merancang prototipe traffic light menggunakan tenaga matahari berbasis
mikrokontroler bukanlah suatu hal yang mudah dan tidak dapat dilakukan oleh
banyak kalangan. Dalam menjalani Tugas Akhir ini penulis ingin memaparkan
bagaimana cara merancang alat ini.
Pertama, membeli semua komponen-komponen yang diperlukan dalam
pembuatan rangakain prototipe ini. Setelah membeli semua komponennya, kemudian
mendesign miniaturnya.
Kedua, setelah mendesign alat, kemudian merakit komponen-komponen yang
sudah ada ke PCB (Printed Circuit Board). Setelah itu untuk menyatukan rangkaian
komponen dan motor diperlukan sebuah akrilik sebagai rangka dari mesin ini.
Ketiga, untuk menghubungkan Mikrokontroler ke ke komputer maka
50
Keempat, menguji coba hasil keseluruhan rangkaian prototipr traffic light
dengan mengoneksikan antara solar panel, baterai aki serta mikro itu sendiri dan
BAB IV
IMPLEMENTASI SISTEM DAN ANALISA
Pada Bab IV ini akan dibahas mengenai implementasi dari rancangan sistem
yang telah dibuat pada bab III. Bagian implementasi sistem kali ini meliputi
implementasi hardware, implementasi proses dan uji coba alat.
4.1 Implementasi Hardware
Dalam pembuatan perangkat lunak prototipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler ini, dibutuhkan suatu alat yang berguna sebagai peraga
sistem yang telah dibuat agar dapat mengetahui cara kerja sistem secara keseluruhan
dan untuk memastikan apakah sistem telah berjalan sesuai perancangan, agar
hardware dapat bekerja.
4.1.1 Rangkaian Mikrokontroler
Berikut ini adalah ganbaran rangakain dari mikrokontroler yang terdapat pada
protipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler, dimana pada rangkain terdapat bagian-bagian sebagai berikut :
1. Pembagi tegangan ADC.
2. Terdapat dua riley.
3. Dan mikrokontroler itu sendiri yang akan mengatur pembagian tegangan dari
solar panel ke baterai dan rangkain, mengatur pembagian waktu delay pada
52
memberikan keterangan persentase kapasitas tenaga dalam baterai, seperti
gambar 4.1 :
Gambar 4.1 Rangkaian Mikrokontroler.
4.1.2 Implementasi Miniatur
Pembuatan miniatur prototipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler ini digunakan untuk memberikan simulasi bagaimana cara kerja
lampu traffic light pada persimpangan lampu merah, sehingga dapat diketahui bagaimana kinerja dari mesin tersebut jika keadaan yang sebenarnya.
Pembuatan miniatur ini sendiri menggunakan vahar dasar dari papan triplek
yang sedikit tebal dengan panjang ± 1 m, dan lebar ± 50 cm. Desain dari miniatur ini
berbentuk persegi panjang dimana di dalam tersebut terdapat solar panel, baterai aki
kering 7 ampere dan rangkaian mikrokontroler yang akan dapat mengatur lampu
