TUGAS AKHIR

(1)

i

DUMMY LOAD UNTUK BEBAN 450 WATT

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

PERNANDES NIM: 075114025

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

DUMMY LOAD FOR 450 WATT LOAD

Presented as Partial Fullfillment of Requirements To Obtain the SarjanaTeknik Degree In Electrical Engineering Study Program

PERNANDES NIM: 075114025

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO:

Dia yang tahu, tidak bicara. Dia yang bicara, tidak tahu.

Dengan ini kupersembahkan karyaku ini untuk...

Yesus Kristus Pembimbingku yang setia,

Keluargaku tercinta,

Teman-teman seperjuanganku,

Dan semua orang yang mengasihiku

(7)

(8)

viii

INTISARI

Di Indonesia energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Peningkatan kebutuhan energi listrik harus didukung oleh tersedianya pembangkit energi listrik yang harus memenuhi kebutuhan tersebut. Masalah lain adalah kestabilan tegangan jala-jala listrik yang dikirim ke konsumen. Sistem pengatur beban dalam distribusi energi listrik sangat diperlukan untuk menstabilkan daya yang dihasilkan oleh pembangkit dengan daya yang dipakai konsumen.

Sistem pengaturan beban dalam distribusi energi listrik pada tugas akhir ini dengan menjaga daya keluaran pada pembangkit selalu berada pada daerah kerja yang diperbolehkan dengan mengontrol beban dummy. Sistem ini berbasis mikrokontroler dan menggunakan sensor arus untuk mengetahui besar daya terpakai. Jika terdapat masukan beban pada beban terpakai, sistem akan mengontrol arus pada beban dummy, agar jumlah daya pada sistem tetap atau stabil.

Sistem pengontrolan beban dummy ini menggunakan sensor arus ACS712 yang secara keseluruhan sudah dapat bekerja, namun tingkat akurasinya masih kurang tepat. Penampil hasil pengukuran arus beban dummy, arus beban terpakai, daya beban dummy dan daya beban terpakai belum mampu menampilkan data-data sesuai dengan perancangan. Sistem pengontrolan arus beban dummy hanya menstabilkan daya 450 watt, sehingga masih dapat dikembangkan untuk daya yang lebih besar.

(9)

ix

ABSTRACT

Electrical energy in Indonesia has become a staple. Improved electrical energy needs to be supported by the availability of electrical energy generation to meet those needs. Another problem is the stability of the grid voltage is delivered to consumers. Load control systems in the distribution of electrical energy is needed to stabilize the power generated by power plants used by consumers.

Load control system in electrical energy distribution at the end of this task by keeping the power output at the plant has always been allowed in the work area by controlling the dummy load. Microcontroller-based system and uses sensors to determine the flow of power used. If there are unused input load on the load, the system will control the current in the dummy load, so that the amount of power on the system fixed or stable.

This dummy load control system using the ACS712 current sensor as a whole has been able to work, but the level of accuracy is still not quite right. Viewer dummy load current measurement results, the load current used, the dummy load and power load used has been unable to display data in accordance with the design. Dummy load current control system to stabilize only 450 watts of power, so it still can be developed for greater power.

(10)

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena telah memberikan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini dengan baik. Laporan akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orangtuaku, kakak dan adik atas dukungan, doa, cinta, perhatian, darah dan keringat yang tiada henti.

2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. B. Wuri Harini, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

4. Wiwien Widyastuti, S.T., M.T., dosen pembimbing akademik yang telah mendampingi dan membimbing penulis selama studi.

5. Martanto, S.T., M.T., dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian dan ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan skripsi ini.

6. _{Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T. dan Pius Yozy Merucahyo, S.T., M.T., dosen} penguji yang telah memberikan masukan, bimbingan, saran dalam merevisi skripsi ini.

7. Bapak/ Ibu dosen yang telah mengajarkan banyak hal selama penulis menempuh pendidikan di Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

8. Staff sekretariat Teknik Elektro, atas bantuan dalam melayani mahasiswa.

9. Rico, Dodi Hermanto, Yohannes, Gerry Wermena yang telah memberikan uang cuma-cuma dan dukungan.

10.Bang Agus, “juru kunci Kos Tassura 70” yang memberikan pengalaman, arti dan makna dalam kehidupan.

11.Andi Malinton Tambunan, Ronitua Sipayung dan Yohanes Besu yang memberikan pinjaman motor, laptop, uang dan dukungan.

(11)

(12)

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xviii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penelitian ... 2

BAB II DASAR TEORI

2.1. Mikrokontroler AVR ... 4

2.1.1. Kontruksi ATmega8535 ... 4

2.1.2. Reset dan Osilator Eksternal ... 7

2.1.3. Timer/Counter0 ... 7

2.1.3.1. Register Pengendali Timer0 ... 8

2.1.3.2. Fast PWM (Pulse Width Modulation) ... 11

2.1.4 ADC (Analog to Digital Converter) ... 13

(13)

xiii

2.1.4.2. Register Pengendali ADC ... 14

2.2. Sensor Arus ACS712 ... 17

2.3 Pengontrol Tegangan AC ... 19

2.3.1. Prinsip Kontrol Fasa ... 20

2.3.2. Prinsip Kontrol Fasa Beban Resistif ... 21

2.4. TRIAC ... 23

3.2.2. Perancangan Rangkaian Pengondisi Sinyal ... 34

3.2.3. Perancangan Rangkaian Zero Crossing Detector ... 35

3.2.4. Perancangan Rangkaian Driver TRIAC ... 36

3.2.5. Perancangan Rangkaian TRIAC ... 37

3.2.6. Perancangan Rangkaian Beban Dummy ... 37

3.2.7. Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ... 39

(14)

xiv

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Implementasi alat ... 48

4.2. Proses Pengambilan Data ... 49

4.3. Hasil Penelitian dan Pembahasan ... 50

4.3.1. Pengujian Sub Sistem ... 51

4.3.1.1. Rangkaian Regulator Tegangan ... 51

4.3.1.2. Rangkaian Zero Crossing Detector ... 52

4.3.1.3. Rangkaian Sistem Minimum Atmega8535 ... 54

4.3.1.4. Rangkaian Driver TRIAC ... 55

4.3.1.5. Rangkaian Sensor Tegangan ... 56

4.3.1.6. Rangkaian sensor Arus ... 57

4.3.1.7. Rangkaian Pengondisi Sinyal Sensor Arus ... 58

4.3.2 Pengujian Sistem Keseluruhan ... 60

4.3.2.1. Pengujian Daya Beban Terpakai Nol ... 62

4.3.2.2. Pengujian Daya Beban Terpakai 60 watt ... 62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ... 69

5.2. Saran ... 69

DAFTAR PUSTAKA ... 70

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Blok model perancangan... 3

Gambar 2.1. Konfigurasi pin ATmega8535 ... 5

Gambar 2.2. Rangkaian reset ... 7

Gambar 2.9. Pengontrol gelombang penuh satu fasa dengan katoda ... 23

Gambar 2.10. Pengontrol gelombang penuh satu fasa menggunakan satu thyristor ... 23

Gambar 2.11. TRIAC : a. Rangkaian ekuivalen b. Simbol rangkaian ... 23

Gambar 2.12. Karakteristik TRIAC ... 24

Gambar 2.13. Rangkaian penyulut thyristor menggunakan transformator isolasi ... 25

Gambar 2.14. Rangkaian proteksi gerbang ... 26

Gambar 2.15. IC komparator 339 ... 27

Gambar 2.16. Rangkaian zero crossing detector dengan komparator ... 27

Gambar 2.17. rangkaian penguat diferensial ... 28

Gambar 2.18. Rangkaian arus ... 28

Gambar 2.19. Skema arus Kirchoff ... 29

Gambar 3.1. Interupt timer2 saat tunda picu beban dummy ... 31

Gambar 3.2. Diagram blok rancangan ... 32

Gambar 3.3. Rangkaian sensor arus ACS712 ... 33

Gambar 3.4. Rangkaian pengondisi sinyal ... 35

Gambar 3.5. Rangkaian zero crossing detector ... 35

Gambar 3.6. Rangkaian driver TRIAC ... 36

Gambar 3.7. Rangkaian TRIAC ... 37

Gambar 3.8. Rangkaian beban dummy ... 37

Gambar 3.9. Rangkaian mikrokontroler ... 39

(16)

xvi

Gambar 3.11. Rangkaian osilator eksternal ... 40

Gambar 3.12. Rangkaian catu daya ... 41

Gambar 3.13. Rangkaian LED ... 42

Gambar 3.14. Rangkaian LCD ... 42

Gambar 3.15. Alur program utama ... 43

Gambar 3.16. Alur program pemicu sudut ... 44

Gambar 3.17. Alur program zero crossing detector ... 46

Gambar 3.18. Alur program timer2 ... 46

Gambar 4.6. Rangkaian regulator tegangan ... 51

Gambar 4.7. Rangkaian zero crossing detector ... 53

Gambar 4.8. Sinyal input zero crossing detector... 53

Gambar 4.9. Sinyal output zero crossing detector... 54

Gambar 4.10. Rangkaian sistem minimum Atmega8535 ... 54

Gambar 4.11. Hasil pengujian sistem minimum dengan modul LED ... 55

Gambar 4.12. Rangkaian driver TRIAC ... 55

Gambar 4.13. Gelombang keluaran driver TRIAC ... 56

Gambar 4.14. Pulsa trigger mikrokontroler... 56

Gambar 4.15. Rangkaian sensor tegangan ... 57

Gambar 4.16. Rangkaian skematik sensor tegangan ... 57

Gambar 4.17. Rangkaian sensor arus ACS712 tampak bawah... 58

Gambar 4.18. Rangkaian sensor arus ACS712 tampak atas ... 58

Gambar 4.19. Rangkaian pengondisi sinyal sensor arus ... 59

Gambar 4.20. Gelombang listrik daya beban pada pengujian daya beban terpakai nol . ... 62

(17)

xvii

Gambar 4.22. Gelombang listrik daya beban dummy pada pengujian daya beban 100 watt ... 63 Gambar 4.23. Gelombang listrik daya beban dummy pada pengujian daya beban 160 watt

... 64 Gambar 4.24. Gelombang listrik daya beban dummy pada pengujian daya beban 200 watt

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Fungsi khusus port B ... 5

Tabel 2.2. Fungsi khusus port C ... 6

Tabel 2.3. Fungsi khusus port D ... 6

Tabel 2.4. Prescaler timer/counter0 ... 7

Tabel 2.5. Register TCCR0 ... 8

Tabel 2.6. Prescaler timer/counter0 ... 8

Tabel 2.7. Mode operasi ... 9

Tabel 2.8. Mode Normal dan CTC ... 9

Tabel 2.9. Mode Fast PWM... 9

Tabel 2.10. Mode Phase Correct PWM ... 9

Tabel 2.11. Register TCNT0 ... 10

Tabel 2.12. Register OCR0 ... 10

Tabel 2.13. Register TIMSK ... 10

Tabel 2.14. Register TIFR... 11

Tabel 2.15. Register ADMUX ... 14

Tabel 2.16. Pemilihan tegangan referensi ... 15

Tabel 2.17. Pemilihan pin input ADC... 15

Tabel 2.18. Register ADCSRA ... 15

Tabel 2.19. ADC prescaler ... 16

Tabel 2.20. Register Data ADC, ADLAR=0 ... 17

Tabel 2.21. Register Data ADC, ADLAR=1 ... 17

Tabel 3.1. Tegangan output sensor terhadap arus yang diukur ... 33

Tabel 3.2. Tegangan output sensor terhadap tegangan output pengondisi sinyal ... 34

Tabel 4.1. Output tegangan dari rangkaian regulator -5 volt, 5 volt dan 12 volt ... 52

Tabel 4.2. Tegangan pada rangkaian sensor tegangan ... 57

Tabel 4.3. Perbandingan tegangan AC dan tegangan sensor tegangan ... 57

Tabel 4.4. Tegangan output ACS712 saat dialiri arus ... 58

Tabel 4.5. Tegangan output pengondisi sinyal terhadap input dari sensor arus ... 59

(19)

xix

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era globalisasi ini kebutuhan akan energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat penting. Tidak hanya di negara-negara maju, di negara-negara berkembang seperti Indonesia pun energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Peningkatan kebutuhan energi listrik harus didukung oleh tersedianya pembangkit energi listrik yang harus memenuhi kebutuhan tersebut. Kondisi kelistrikan saat ini untuk sistem tenaga listrik Jawa, Madura, dan Bali memiliki beban puncak 17000 MW dengan daya netto pembangkitan 21300 MW, sedangkan kondisi kelistrikan di luar pulau Jawa terjadi defisit daya listrik di beberapa wilayah di Indonesia[1]. Permasalahan tersebut diakibatkan ketidakseimbangan antara penyedian energi dan permintaan konsumen energi listrik. Masalah lain adalah kestabilan tegangan jala-jala listrik yang dikirim ke konsumen[2]. Salah satu solusinya adalah menambah pengaturan beban dalam distribusi energi listriknya[2]. Pengaturan beban ini berfungsi sebagai penstabil daya yang dihasilkan oleh pembangkit dengan daya yang dipakai konsumen.

Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat suatu sistem yang menjaga daya keluaran pada pembangkit selalu berada pada daerah kerja yang diperbolehkan dengan mengontrol beban dummy. Beberapa peneliti telah membahas tentang pengatur beban ini dengan melibatkan mikrokontroler sebagai pengendali utamanya[2]. Secara umum sistem ini berbasis mikrokontroler dan menggunakan sensor arus untuk mengetahui besar daya terpakai. Saat beban dummy pada kondisi daya maksimum, maka beban terpakai pada kondisi nol, sebaliknya jika beban terpakai sejumlah daya tertentu maka daya pada beban dummy adalah selisih antara daya beban dummy pada kondisi maksimum dengan daya beban terpakai.

(21)

1.2 Tujuan dan Manfaat

Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan suatu alat yang dapat menstabilkan daya beban pada sistem dengan beban semu sebagai pengganti beban aslinya saat beban aslinya tidak ada.

Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengurangi kerusakan pada peralatan elektronik yang terhubung pada pembangkit.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : a. Dummy load untuk beban maksimum 450 watt

b. Menggunakan sensor arus dalam mengecek beban dummy c. Beban dummy berupa resistor

d. Pengaturan sistem menggunakan mikrokontroler keluarga AVR ATMega 8535

1.4 Metodologi Penelitian

Penulisan ini menggunakan metode:

a. Bahan-bahan refrensi berupa website, buku-buku dan jurnal-jurnal

b. Perancangan sub sistem berupa hardware dan software. Pada tahap ini bertujuan mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.

(22)

Gambar 1.1. Blok model perancangan

d. Proses pengambilan data disertai gambar-gambar gelombang listrik. Teknik pengambilan data dengan cara mengubah-ubah daya pada beban terpakai. Setelah itu, dilakukan pengukuran nilai arus, tegangan dan daya pada beban dummy. Setiap perubahan daya pada beban terpakai, akan dilakukan

pengukuran tegangan dan arus pada beban dummy.

e. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisa data dilakukan dengan membandingkan data hasil percobaan dengan perhitungan teori dan spesifikasi yang telah ditentukan terlebih dahulu. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung presentase error yang terjadi.

Pembangkit

Driver Beban

dummy

Beban terpakai

Control

uP

Sensor arus

Sensor arus Pengondisi sinyal

(23)

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Mikrokontroler AVR

Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprocessor yang di dalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, clock dan peralatan internal lainya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai[3]. Sehingga pengguna tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya.

2.1.1 Konstruksi ATmega8535

Mikrokontroler ATmega8535 memiliki 3 jenis memori, yaitu memori flash, memori data dan memori EEPROM [3]. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.

a. Memori flash

ATmega8535 memiliki kapasitas memori flash sebesar 8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h-0FFFh, masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.

b. Memori data

ATmega8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan untuk memori data SRAM.

c. Memori EEPROM

(24)

Gambar 2.1. Konfigurasi pin ATMega8535 [3]

Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dari gambar dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin Atmega8535 sebagai berikut [3]:

a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. b. GND merukan pin Ground.

c. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

d. Port B (PortB0…PortB7) merupakan pin input/output dua arah dan dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port B [3] Pin Fungsi Khusus

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output)

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input)

(25)

e. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port C [3]

Pin Fungsi khusus

PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2) PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)

PC5 Input/Output PC4 Input/Output

PC3 Input/Output PC2 Input/Output

PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line) PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)

f. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D [3]

Pin Fungsi khusus

PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output)

PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) PD3 INT1 (External Interrupt1Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin)

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

(26)

2.1.2 Reset dan Osilator Eksternal

Chip akan reset jika tegangan catu nol atau pin RST dipaksa 0[4]. Jika membutuhkan tombol reset, dapat ditambah dengan rangkaian reset seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Rangkaian Reset [4]

Tabel 2.4. Prescaler timer/counter0 [4]

Tabel 2.4 menunjukkan tegangan dan frekuensi kerja pada mikroprosesor Atmega. Tegangan kerja chip tipe L dapat beroperasi 2,7-5,5V.

2.1.3 Timer/Counter 0

Timer/counter 0 adalah sebuah timer/counter yang dapat mencacah sumber pulsa/clock baik dari dalam chip (timer) ataupun dari luar chip (counter) dengan kapasitas 8-bit atau 256 cacahan [4].

Dapat digunakan untuk : a. Timer/counter biasa

b. Clear Timer on Compare Match (selain Atmega8) c. Generator frekuensi (selain Atmega8)

d. Counter pulsa eksternal.

(27)

2.1.3.1 Register Pengendali Timer0

1. Timer/Counter Control Register – TCCR0

Tabel 2.5. Register TCCR0 [4]

Bit CS00 s.d. 02 bertugas untuk memilih (prescaler) atau mendefinisikan pulsa/clock yang akan masuk ke dalam timer/counter0 [4]. Tabel 2.5 menunjukkan register pada TCCR0 dan Tabel 2.6 menunjukkan prescaler timer/counter0.

Tabel 2.6. Prescaler timer/counter0 [4]

(1 clk timer/counter0= 8 clk cpu) artinya tiap 8 clock CPU yang masuk ke dalam timer/counter0 dihitung satu oleh register pencacah TCNT0.Falling edge adalah perubahan pulsa/clock dari 1 ke 0. Rising edge adalah perubahan pulsa/clock dari 0 ke 1.

Bit 7-F0C0 : Force Output Compare

Bit ini hanya dapat digunakan untuk metode pembanding . Jika bit-F0C0 di-set maka akan memaksa terjadinya compare-match (TCNT0==OCR0).

Bit 3, 6-WGM01:0:Waveform Generation Mode

(28)

Tabel 2.7. Mode operasi [4]

Bit 5:4-COM01:0:Compare Match Output Mode

Kedua bit ini berfungsi mendefinisikan pin OC0 sebagai output timer0 (atau sebagai saluran output PWM). Tabel 2.8 menunjukkan output pin OC0 pada mode Normal dan CTC, Tabel 2.9 menunjukkan output pin OC0 pada mode Fast PWM dan Tabel 2.10 menunjukan output pin OC0 pada mode Phase Correct PWM.

Tabel 2.8. Mode Normal dan CTC [4]

Tabel 2.9. Mode Fast PWM [4]

(29)

2. Timer/Counter Register-TCNT0 [4]

Tabel 2.11. Register TCNT0 [4]

Register ini bertugas menghitung pulsa yang masuk ke dalam timer/counter, seperti terlihat pada Tabel 2.11 [4]. Kapasitas register ini 8-bit atau 255 hitungan, setelah mencapai hitungan maksimal maka akan kembali ke nol (overflow/limpahan).

3. Output Compare Register – OCR0

Tabel 2.12. Register OCR0 [4]

Register ini bertugas sebagai register pembanding yang bisa kita tentukan besarnya sesuai dengan kebutuhan, seperti terlihat pada Tabel 2.12 [4]. Dalam praktiknya pada saat TCNT0 mencacah maka otomatis oleh CPU aka membandingkan dengan isi OCR0 secara kontinyu dan jika isi TCNT0 sama dengan isi OCR0 maka akan terjadi compare match yang dapat dimanfaatkan untuk mode CTC dan PWM.

4. Timer/Counter Interrupt Mask Register – TIMSK Tabel 2.13. Register TIMSK [4]

Tabel 2.13 menunjukan register TIMSK [4]. Bit 0-TOIE0: T/Co Overflow Interrupt Enable

Dalam register TIMSK timer/conter0 memiliki bit TOIE0 sebagai bit peng-aktif interupsi timer/counter0 (TOIE0=1 enable, TOIE0=0 disable).

(30)

Selain ATmega8, TIMSK timer/counter0 memiliki bit OCIE0 sebagai bit peng-aktif interupsi compare match timer/counter0 (OCIE0=1 enable, OCIE0=0 disable).

5. Timer/Counter Interrupt Flag Register – TIFR

Tabel 2.14. Register TIFR [4]

Tabel 2.14 menunjukan register TIFR [4]. Bit 1-OCF0: Output Compare Flag 0

Flag OCF0 akan set sebagai indikator terjadinya compare match, dan akan clear sendiri bersamaan eksekusi vektor interupsi timer0 compare match.

Bit 0-TOC0: Timer /Counter 0 Overflow flag

Bit status timer/counter0 dalam register TIFR, di mana bit-TOV0 (Timer/Counter0 overflow) akan set secara otomatis ketika terjadi limpahan/overflow pada register TCNT0 dan akan clear bersamaan dengan eksekusi vektor interupsi.

2.1.3.2 Fast PWM (Pulse Width Modulation)

Dalam mode ini kita bisa membuat generator gelombang PWM, di mana PWM sendiri adalah bentuk gelombang digital/pulsa yang bisa kita atur duty cyle-nya [4]. Duty cycle adalah perbandingan antara lama pada saat 1 atau on dan lama periode satu gelombang pulsa. Logikanya jika kita hubungkan ke motor DC maka semakin besar duty cycle maka akan cepat motor berputar (duty cycle 100% = kecepatan max motor). Gambar 2.3 menunjukkan bentuk pulsa PWM.

Gambar 2.3. Pulsa PWM [4]

(31)

Timer/counter0 dalam mode Fast PWM digunakan mengendalikan lama t on dan t off melalui isi register pembanding OCR0 yang akan berakibat

kepada besar duty cycle yang pembanding OCR0 yang akan berakibat kepada besar duty cycle yang dihasilkan. Untuk channel (saluran) PWM timer/counter0 adalah pin OC0 (PB3) sebagai keluaran saluran PWM. Dalam modeFast PWM sifat cacahan register pencacah TCNT0 mencacah dari BOTTOM (0x00) terus mencacah naik (counting-up) hingga mencapai MAX (0xFF) kemudian mulai dari BOTTOM lagi dan begitu seterusnya atau yang dinamakan single slope (satu arah cacahan). Gambar 2.4 menunjukkan bentuk pulsa fast PWM.

Gambar 2.4. Pulsa fast PWM [4]

Dalam mode non-inverting PWM, outputpin OC0 (PB3) di-clear pada saat compare match (TCNT0==OCR0) dan di-set pada saat BOTTOM (TCNT0=0x00).

Dalam mode inverting PWM, output pin OC0 (PB3) di-set pada saat compare match (TCNT==OCR0) dan di-clear pada saat BOTTOM (TCNT0=0x00).

Secara kasar kita bedakan non-inverting dengan inverting dalam mode fast PWM yaitu dilihat dari bentuk pulsanya, di mana PWM non-inverting yang kita kendalikan adalah lama t on-nya melalui isi OCR0, sedangkan PWM inverting yang kita kendalikan adalah lama t off-nya melalui isi OCR0.

Frekuensi pin OCR0 (PB3) untuk PWM dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

f = _ /

(32)

Di mana F clk_i/o adalah frekuensi clock chip yang kita gunakan. N adalah prescaler sumber clock yang kita gunakan (1, 8, 64, 256, dan 1024).

Dalam praktik kita dapat memperbaharui (update) register OCR0 kapanpun sewaktu timer0 sedang beroperasi namun efeknya satu siklus pulsa PWM akan tidak simetris.

2.1.4 ADC (Analog to Digital Converter)

Sinyal input dari pin ADC akan dipilih oleh multiplexer (register ADMUX) untuk diproses oleh ADC[4]. Karena converter ADC dalam chip hanya satu buah sedangkan saluran inputnya-nya ada delapan maka dibutuhkan multiplexer untuk memilih inputpin ADC secara bergantian. ADC mempunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan input ADC mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVCC-AGND. AVCC tidak boleh berbeda ±0,3V dari Vcc.

Operasi ADC membutuhkan tegangan referensi VREF dan clock Fade (register ADCSRA). Tegangan referensi eksternal pada pin AREF tidak boleh melebihi AVCC. Tegangan referensi eksternal dapat di-decouple pada pin AREF dengan kapasitor untuk mengurangi derau. Atau dapat menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2,56V (pin Aref diberi kapasitor secara eksternal untuk menstabilkan tegangan referensi internal). ADC mengonversi tegangan input analog menjadi bilangan digital sebesar 10-bit. GND (0 volt) adalah nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maksimum ADC diwakili oleh tegangan pada pin AREF minus 1 LSB. Hasil konversi ADC disimpan dalam register pasangan ADCH:ADCL.

Sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital input ADC untuk resolusi 10-bit (1024) adalah:

Kode digital = (Vinput/Vref) x1024 (2.3) Untuk resolusi 8-bit (256) :

Kode digital = (Vinput/Vref) x256 (2.4) Misalnya input suatu pin ADC dengan resolusi 8-bit adalah 2,5V dan tegangan referensi yang digunakan Vref internal sebesar 2,56V sehingga kode digital-nya adalah:

(33)

2.1.4.1 Mode Operasi

1. Mode konversi tunggal

Dalam mode ini konversi dilakukan untuk sekali pembacaan sampel tegangan input, jika ingin membaca lagi maka harus disampel lagi sehingga kita dapat mengkonversi tegangan input untuk saat-saat yang kita butuhkan saja [4]. Mode tunggal dipilih dengan meng-clearbit-ADFR dalam register ADCSRA. Konversi tunggal memulai konversi ketika bit-ADSC di-set, dan bit tersebut tetap sampai satu kali konversi selesai (complete), setelah (complete) itu maka otomatis oleh CPU bit-ADSC akan clear. Ketika konversi sedang berlangsung dan kita mengubah saluran (channel) input ADC maka hal tersebut tidak akan diubah oleh CPU hingga konversi ADC saluran tersebut selesai.

2. Mode konversi free running

Dalam mode ini konversi dilakukan terus menerus secara kontinyu (ADC membaca sampel tegangan input lalu dikonversi hasilnya masukan ke register ADCH:ADCL) terus menerus [4]. Ketika kita membaca ADC selagi ADC mengkonversi tegangan sedang berlangsung, maka yang terbaca adalah hasil ADC yang terakhir yang dibaca oleh ADC.

Mode free running dipilih dengan men-setbit-ADFR dalam register ADCSRA. Konversi pertama dalam mode ini dimulai dengan men-setbit-ADSC. Dalam mode ADC bekerja secara independen (tidak bergantung) dari flag interupsi ADC (apakah ADIF set atau clear sama saja).

2.1.4.2 Register Pengendali ADC

1. ADC Multiplexer Selection Register – ADMUX

Tabel 2.15. Register ADMUX [4]

Tabel 2.15 menujukan register pada ADMUX dan Tabel 2.15 menunjukkan pemilihan tegangan referensi [4].

Bit 7:6-REFS1:0: Reference Selection Bits

(34)

Tabel 2.16. Pemilihan tegangan referensi [4]

Tabel 2.16 menujukkan pemilihan tegangan referensi pada ADC. Bit 5-ADLAR: ADC Left Adjust Result

Bit ini berakibat pada format data hasil konversi dalam register ADCH: ADCL (lihat register tersebut)

Bit 3:0-MUX3:0: Analog Channel Selection Bits

Bit-bit ini memilih saluran input untuk ADC, seperti terlihat pada Tabel 2.17.

Tabel 2.17. Pemilih pin input ADC [4]

2. ADC Control and Status Register A – ADCSRA

Tabel 2.18. Register ADCSRA [4]

Tabel 2.18 menunjukkan register pada ADCSRA [4]. Bit 7-ADEN : ADC Enable

(35)

Dalam mode konversi tungal penge-set-an bit ini maka akan memulai(start) konversi ADC untuk sekali konversi.

Bit 5-ADFR: ADC Free Running Select

Bit ini memilih mode operasi yang digunakan, ketika bit ini di-set maka ADC akan menggunakan Free running di mana dalam mode ini ADC disampel dan diperbarui secara simultan/kontinyu. Ketika bit ini di-clear maka akan mengakhiri mode free running dan masuk ke mode konversi tunggal (single conversion).

Bit 4-ADIF: ADC Interrupt Flag

Bit ini akan set secara otomatis ketika konversi ADC telah selesai(complete), dan akan clear ketika eksekusi interupsi ADC conversion complete.

Bit 3-ADIE: ADC Interrupt Enable

Bit ini bertugas untuk mengaktifkan interupsi ADC conversion complete (ADIE=0 disable / ADIE=1 enable).

Bit 2:0-ADPS2:0: ADC Prescaler Select Bits

Bit-bit ini menentukan faktor pembagi frekuensi CPU yang digunakan untuk clock ADC, seperti yang terlihat pada Tabel 2.19.

(36)

3. The ADC Data Register-ADCL and ADCH

Tabel 2.20. Register Data ADC, ADLAR=0 [4]

Tabel 2.21. Register Data ADC, ADLAR=1 [4]

Tabel 2.20 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=0 dan Tabel 2.21 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=1 [4]. Ketika konversi selesai, maka hasilnya dapat ditemukan pada register ADCH : ADCL. Ketika ADCL dibaca maka ADC tidak akan diperbarui sampai ADCH dibaca.

2.2 Sensor Arus ACS712

Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS712[5]. Bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan untuk mempermudah instalasi arus ini ke dalam sistem.

ACS712 adalah Hall Effect current sensor, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5 Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih.

(37)

Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat di dalamnya yang menghasilkan medan magnet yang ditangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang di dalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.

Gambar 2.5. Sensor Arus ACS712[5]

(38)

Gambar 2.6. Port in dan Port out ACS712[5]

2.3 Pengontrol Tegangan AC

Pengontrol tegangan ac (ac voltage controller) adalah pengatur aliran daya ac ke beban dengan mengatur tegangan rms yang masuk ke beban[6]. Aplikasi yang sering digunakan dari pengontrol tegangan ac antara lain: pemanas industri, kontrol lampu, pengontrol kecepatan pada motor induksi banyak fasa, dan pengontrol magnet ac. Untuk transfer daya, ada dua jenis pengontrol yang biasanya digunakan, yaitu (1). Kontrol on-off, (2) Kontrol sudut fasa.

Pada kontrol on-off, saklar thyristor menghubung beban dengan sumber ac selama beberapa siklus tegangan masukkan dan diputus selama beberapa siklus yang lain. Pada kontrol fasa, saklar thyristor menghubungkan beban dengan sumber ac untuk satu bagian dari tiap siklus tegangan masukkan.

(39)

Gambar 2.7. Prinsip kerja kontol on – off[6]

2.3.1 Prinsip Kontrol Fasa

(40)

Jika (₎ = (_*sin

beban resistif yang ditu

siklus positif, daya yan

dan thyristor &_# mengo

Pulsa-pulsa yang dih

. = /2() sin . adalah tegangan masukka

1, tegangan keluaran rms ditentukan melalu

( )

keluaran rata-rata ialah

( )

Gambar 2.8. Prinsip dasar kontrol fasa[6]

Fasa Beban Resistif

masukkan dc dapat dicegah dengan menggun

ng penuh), dan pengontrol gelombang penuh

ditunjukkan gambar 2.9[6]. Selama tegangan m

ang mengalir dikontrol oleh beberapa sudut tun

gontrol daya selama tegangan masukkan seteng

ihasilkan &_' dan &_# terpisah 180°.Bentuk

unda dari thyristor &_'

ngah siklus negative.

(41)

tegangan masukkan, tegangan keluaran, dan sinyal gerbang untuk &_' dan &_# ditunjukkan pada gambar.

Jika (2 √2(2 456 7 adalah tegangan masukkan dan sudut tunda thyristor &_' dan &_# sama (α1=α2=α), tegangan keluaran rms dapat ditentukan melalui :

Dengan variasi sudut α dari 0 sampai α, Vo dapat divariasikan dari Vs sampai 0. Pada gamabar 2.9, rangkaian gerbang untuk thyristor &_' dan &_# harus diisolasi.Memang mungkin untuk mendapatkan sebuah common cathode untuk &_' dan &# dengan menambahkan dua katoda seperti ditunjukkan pada gambar.

Thyristor &_' dan diode _' terhubung bersamaan selama siklus setengah negatif. Karena rangkaian ini dapat memiliki sebuah terminal bersama untuk sinyal gerbang &_' dan &_# hanya satu rangkaian isolasi yang diperlukan.Tetapi memerlukan dua buah diode daya.Karena dua devais daya menghubungkan pada waktu yang bersamaan. Kerugian konduksi dari devais akan meningkat dan efisiennya akan berkurang.

(42)

Gambar 2.9. Pengontrol gelombang penuh satu fasa dengan katoda bersama[6]

Gambar 2.10. Pengontrol gelombang penuh satu fasa menggunakan satu thyristor[6]

2.4 TRIAC

TRIAC merupakan tipe SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang bekerja secara bidirectional[7]. Berbeda dengan DIAC yang dapat digunakan sebagai konduktor dilakukan dengan menaikkan tegangan terminal hingga di atas tegangan breakdown, pada TRIAC terdapat sebuah terminal Gate (G) yang digunakan untuk pemicu (trigger) prategangan maju. Ilustrasi rangkaian ekuivalen dari TRIAC ditunjukkan seperti pada Gambar 2.11. (a), sedangkan simbol elektronisnya ditunjukkan pada Gambar 2.11. (b).

(43)

TRIAC memiliki karakteristik swicthing seperti pada SCR, kecuali bahwa TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah. TRIAC dapat digunakan untuk mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen seperti penyearah dalam kedua arah menunjukkan kemungkinan dua aliran arus antara terminal utama M1 dan M2.Pengaturan dilakukan dengan menerapkan sinyal antara gate (gerbang) dan M1.

Gambar 2.12. Karakteristik TRIAC[7]

Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC (contohnya kontroler tegangan AC). Selain itu, karena TRIAC merupakan devais bidirektional, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai anoda atau katoda. Jika terminal MT2 positif terhadap terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan sinyal gerbang positif antara gerbang G dan MT1. Sebaliknya jika terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka TRIACakan dapat dihidupkan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara gerbang G dan terminal MT1. Tidak perlu untuk memiliki kedua sinyal gerbang positif dan negatif dan TRIAC akan dapat dihidupkan baik dengan sinyal positif atau negatif.

Dalam prakteknya sensitifitas bervariasi antara satu kuadran dengan kuadran lain, dan TRIAC biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus gerbang positif) atau kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif). Gambar 2.12 menunjukan karakteristik TRIAC.

(44)

Berbeda dengan SCR yang hanya melewatkan tegangan dengan polaritas positif saja, tetapi TRIAC dapat dipicu dengan tegangan polaritas positif dan negatif, serta dapat dihidupkan dengan menggunakan tegangan bolak-balik pada gate. TRIAC banyak digunakan pada rangkaian pengendali dan pensaklaran.

TRIAC hanya akan aktif ketika polaritas pada anoda lebih positif dibandingkan katodanya dan gate-nya diberi polaritas positif, begitu juga sebaliknya. Setelah terkonduksi, sebuah TRIAC akan tetap bekerja selama arus yang mengalir pada TRIAC (TRIAC current) lebih besar dari arus penahan (holding current) walaupun arus gate dihilangkan. Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) TRIAC adalah dengan mengurangi arus TRIAC (TRIAC current) di bawah arus penahanan (holding current).

2.5 Penyulut TRIAC

Rangkaian yang menggunakan thyristor (TRIAC), potensial yang berbeda muncul di beberapa terminal. Rangkaian daya berhubungan dengan tegangan tinggi, biasanya lebih dari 100V, sedangkan tegangan pada rangkaian pengendali/penyulut gerbang biasanya merupakan tegangan rendah, tipikal 12 sampai 20 volt[6]. Rangkaian transformator isolasi diperlukan antara thyristor dengan rangkaian pembangkit pulsa gerbang. Isolasi dapat dilakukan dengan menggunakan transformator atau optokopler. Contoh rangkaian penyulut gerbang yang menggunakan transformator ditunjukan oleh gambar 2.13 Terminal gerbang perlu diproteksi terhadap interfensi dan sinyal frekuensi tinggi. Gambar 2.14 menunjukkan beberapa contoh rangkaian proteksi gerbang.

(45)

Gambar 2.13(lanjutan). Rangkaian penyulut thyristor menggunakan transformator isolasi[6]

Gambar 2.14. Rangkaian proteksi gerbang[6]

2.6 Metode Zero Crossing Detection

(46)

Gambar 2.15. IC komparator 339[9]

IC komparator 339 berisi empat sirkuit komparator tegangan terhubungan ke pin eksternal seperti yang ditunjukkan pada Gambar2.15[9]. Masing – masing memiliki input komparator pembalik dan non pembalik dan satu output. Suplai tegangan diterapkan pada sepasang pin keempat komparator . Gambar 2.16 menunjukkan rangkaian komparator digunakan sebagai zero crossing detector. Setiap sinyal input berjalan di atas 0 V, maka output beralih ke VI. Output beralih ke VJ ketika hanya input berjalan di bawah 0 V.

Gambar 2.16. Rangkaian zero cross detector dengan komparator[9]

2.7 Penguat Diferesial

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah

dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar KL

(47)

untuk M1 M2 dan MN = rumus penguat diferensial. Penguatan jenis ini berbeda berikut: dengan rumus pada persam tegangan V atau dinyatakan

MO[10]. Persamaan 2.5 dan persamaan 2. al. Gambar 2.17 memperlihatkan rangkaian p eda dengan diferensiator. Rumus yang digunak

ambar 2.17. Rangkaian pengutan diferensial[10

erikut :

(8 >MN P M1?MO_{>MO P M}_2?M_{1 (}2 EMN_M_{1 (1}

1 M2 dan MN = MO maka bati deferensial ad

(8 =MN_{M5 >(2 E (}1?

utup [11]:

Gambar 2.18. Rangkaian arus[11]

unjukkan rangkaian arus. Besarnya arus I b berbanding terbalik dengan beban tahanan R samaan 2.7. Besar daya P adalah hasil kali

an dengan rumus pada persamaan 2.8.

2.6 memperlihatkan n penguat diferensia. nakan adalah sebagai

(48)

S (_M (2.7) U = S. ( (2.8)

2.9 Hukum Kirchoff

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (∑I=0) [11]. Gambar 2.19 menunjukkan skema arus Kirchoff.

Gambar 2.19. Skema arus Kirchoff[11] Jadi :

S'+ (−S#) + (−SW) + SX+ (−S$) = 0 (2.9)

(49)

30

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1. Diagram Blok Rangkaian

Perancangan alat ini terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu rangkaian sensor arus,

pengondisi sinyal, zero crossing detector, driver, mikrokontroler, catu daya, dan penampil.

Sensor yang digunakan untuk mengukur arus adalah ACS712. Perubahan output sensor akan

diolah bagian pengondisi sinyal. Mikrokontroler ATMega8535 berfungsi mengatur dan

memproses data masukan dari pengondisi sinyal dan diteruskan pada piranti driver dan

penampil. Pada piranti penampil digunakan LCD LMB162A.

Jika terdapat masukan beban pada beban terpakai, sensor arus akan mengukur besar arus

pada beban terpakai dan beban dummy, kemudian sistem akan menghitung besarnya daya

beban terpakai dan menentukan nilai daya beban dummy agar total daya 450 watt.

Pengontrolan besar daya dummy dilakukan dengan mengatur tunda picu tegangan AC/kontrol

fasa tegangan AC pada beban dummy dengan TRIAC. Pada tahap tunda picu ini sensor arus

pada beban dummy akan mengukur besarnya arus yang teraliri. Proses kontrol fasa dilakukan

dengan memberi 100 interupsi timing pada 1 gelombang sinusoidal 50 hertz (2x50 interupsi

timing, pada setengah gelombang 0-50, setengah gelombang berikutnya 0-50). Seratus

interupsi tersebut digunakan sebagai perintah picu. Gambar 3.1 menunjukan interupt timer2

saat tunda picu beban dummy. Pengontrolan besar picu ditentukan melalui perhitungan

(450-daya terpakai), yaitu (450-daya dummy yang dibutuhkan. Setelah (450-daya dummy yang dibutuhkan

telah diketahui, maka sistem akan mengontrol besarnya tunda picu TRIAC, dengan logika if

pada sistem software. Jika daya terpakai lebih besar sama dengan 450, maka picu akan

ditambahkan sampai daya dummy bernilai sesuai dengan yang ditentukan atau picu di-set 50.

Jika daya terpakai menurun, maka sistem akan menaikkan daya dummy dan picu akan

dikurangi sampai daya dummy bernilai sesuai dengan yang ditentukan atau picu di-set 1. Jika

daya tepakai naik, maka sistem akan menurunkan daya dummy dan picu akan ditambahkan

(50)

31

Pengukuran daya dan arus akan tampil pada penampil LCD. Gambar 3.2 menunjukkan

diagram blok perancangan alat dummy load 450 watt berbasis mikrokontroler ATMega8535.

0 --- 50

Gambar 3.1. Interupt Timer2 saat tunda picu beban dummy

50 hertz

10ms

Interupt Timer2 = 50

(51)

32

Gambar 3.2. Diagram blok rancangan

3.2. Perancangan Perangkat Keras

3.2.1. Perancangan Rangkaian Sensor Arus

Pada alat ini sensor yang digunakan adalah ACS712. Sensor ini akan medeteksi

arus yang mengalir disebabkan oleh adanya beban yang terpasang pada terminal beban

terpakai, juga akan mendeteksi arus yang mengalir pada beban dummy sebagai umpan

balik ke mikrokontroler agar daya pada sistem tetap stabil.

Dari rangkaian gambar 3.3, untuk mengaktifkan sensor dibutuhkan tegangan

input sebesar 5V. Pada kaki 1,2 dan 3,4 dihubungkan pada rangkaian beban dummy

dan beban terpakai, untuk mengukur besar arus yang mengalir pada rangkaian beban

masing-masing. Penghubungan komponen kapasitor pada sensor ACS712 merupakan

rekomendasi dari datasheet. Selanjutnya output sensor dihubungkan pada rangkaian

pengondisi sinyal.

Pengondisi Sinyal

Zero Crossing Detector Driver

AC Line ACS712

ACS712 Beban Dummy

Beban Mikrokontroler

ATMega 8535

LED 1 LCD

(52)

33

Gambar 3.3. Rangkaian sensor arus ACS712

Sesuai dengan batasan masalah pada alat ini yakni, beban 450 watt maka dapat

ditentukan arus maksimal yang akan diukur. Berdasarkan persamaan 2.8, maka

dapat dihitung sebagai berikut.

= . (2.8)

= (3.1)

=450

220= 2,045

Pada data sheet sensor, tegangan output sensor berupa tegangan analog dengan

sensitivitas 185mV/A. Tabel 3.1 menunjukan tegangan keluaran sensor terhadap arus

yang diukur. Pada arus terukur 0 ampere maka tegangan keluaran sensor 0 V, pada arus

terukur 1 ampere maka tegangan keluaran sensor 185 mV, pada arus terukur 2 ampere

maka tegangan keluaran sensor 370 mV dan pada arus terukur 2,5 amper maka

tegangan keluaran sensor 463 mV.

Tabel 3.1. Tegangan output sensor terhadap arus yang diukur

! "

0 A 0 V

1 A 185 mV

2 A 370 mV

(53)

34

3.2.2. Perancangan Rangkaian Pengondisi Sinyal

Pengondisi sinyal yang digunakan adalah penguat diferensial. Pada

perancangan rangkaian ini, parameter tegangan output _#" = 0 V dan = 3,833 V.

Penyelesaian persamaan 3.1 mendapatkan nilai = 2,045 A, maka dapat

diasumsikan dengan _#" = 0 V, = 0 dan = 3,833 V, = 2,5 .

Dengan mengasumsikan penguatan sebesar 8,33 kali, maka dapat diketahui sesuai

dengan tabel 3.2.

Tabel 3.2. Tegangan output sensor terhadap tegangan output pengondisi sinyal

! " $ "% "&# #!#"' (

0 V 0 V

185 mV 1,541 V

370 mV 3,083 V

463 mV 3,833 V

i

=

#" (3.2)

= ) "% "&# # #"' ( "

=3,833

463 = 8,33 +

Pada persaman 3.2, maka dapat disubsitusikan ke persamaan 2.6 :

, = -.

-/( 2 − 1) (2.6)

=-. -/

8,33 =-1 -#

Pada persamaan 2.6 dapat ditentukan -_# = 122Ω dan -₁ = 1002Ω. Gambar

(54)

35

Pemilihan nilai resistor -7 dan -6 agar tegangan masukan ideal 1 = 1 24 55 =

2,5 6,78. Karena tegangan pada vcc sebenarnya 4,5 volt, maka ditambah rangkaian

pembagi tegangan masukan sensor pada 1 yaitu, -1 dan -2. Agar tegangan

pembanding dari sensor arus sama dengan 1 = 1 24 55, maka diperoleh -1 = 102Ω

dan -2 = 1002Ω

Gambar 3.4. Rangkaian pengondisi sinyal

3.2.3. Perancangan Rangkaian Zero Crossing Detector

Rangkaian zero crossing detector pada gambar 3.5 yang digunakan dalam

sistem ini menggunakan IC komparator LM393 (berdasarkan dasar teori zero crossing

detector, Electronic Devices and Circuit Theory, Boleystad Robert) . Outputnya

dihubungkan dengan kaki INT0 (pin 16) pada mikrokontroler. Dengan vcc 5V, vee -5V

dan ac in sebesar 6V.

Gambar 3.5. Rangkaian zero crossing detector

AC IN

PD2 VCC

+

-U1A LM393

3

2

1

8

4

R2

5,1K

(55)

36

Saat fase positif komparator akan menghasilkan output high (Vcc) dan saat fase

negatif akan menghasilkan output low (0 volt). Jadi outputnya adalah gelombang kotak

dengan frekuensi sesuai dengan frekuensi AC-nya yaitu 50 Hz.

3.2.4. Perancangan Rangkaian Driver Triac

Drivertriac yang digunakan adalah rangkaian isolasi. Rangkaian isolasi

digunakan sebagai penghubung antara triac dan pembangkit pulsa gerbang dari

mikrokontroler. Rangkaian driver ini ditunjukkan gambar 3.6.

Gambar 3.6. Rangkaian driver triac

Penentuan nilai kapasitor dan resistor dihitung sesuai spesifikasi waktu untuk

(56)

37

Nilai 8% = 2μF.Berdasarkan persamaan 3.3, jika R yang digunakan adalah

10KΩ_{, maka nilai C yangdigunakan adalah 0,2nF.}

Pengaktifan Triac melalui driver ini adalah dengan pulsayang berasal dari port

B3. Pada saat ada pulsa pada duty cycle tertentu pada port B3, maka akan menyulut

tunda pada triac pada kaki gate.

3.2.5. Perancangan Rangkaian TRIAC

Pada perancangan ini digunakan TRIAC BT136E, seperti pada Gambar 3.7.

BT136E mampu melewati arus hingga 4A dan mampu digunakan hingga tegangan

600V (data sheet BT136E).

Gambar 3.7. Rangkaian TRIAC

3.2.6. Perancangan Beban Dummy

Beban dummy yang digunakan adalah resistor, sebagaibeban semu yang proses

pembebanannya mengganti beban aslinya agar daya pada sistem tetap. Gambar 3.8

menunjukkan perancangan beban dummy menggunakan resistor yang diparalel

sehingga terjadi bagi arus antar resistor yang terparalel.

(57)

38

450 @A88. Berdasarkan persamaan 3.1 nilai = 2,045 .

< # =

menahan sampai 20 watt. Pada Persamaan 3.4diperoleh 22,5 maka dibulatkan menjadi

23 resistor.

Setelah diperoleh jumlah resistor yang akan diparalel, maka dapat dihitung arus

yang melewati masing – masing resistor dan daya pada masing – masing resistor.

Berdasarkan nilai pada persamaan 3.1, maka dapat disubsitusikan ke persamaan

3.5 dan 3.6.

Penyelesaian persamaan 3.5 mendapatkan nilai _# = 88,9 .

# =_<

Penyelesaian persamaan 3.6 mendapatkan nilai _# = 19,56 @A88.

Setelah arus dan daya pada masing-masing resistor telah diketahui, berdasarkan

(58)

39

3.2.7. Perancangan Rangkaian Mikrokontroler

Pada rangkaian mikrokontroler seperti pada gambar 3.9, port yang akan

digunakan adalah port A, port C dan port D. Port A digunakan sebagai port

ADC(Analog to Digital Converter). Data analog dari sensor ACS712 yang berupa

tegangan diberikan kepada port A0. Data tersebut kemudian di konversi ke bentuk data

digital dan siap diproses oleh mikrokontroler. PC0, PC1, PC2 dan PC3 digunakan

sebagai port data, sedangkan PC4 dan PC5 digunakan sebagai port pengaturan

interface LCD. Pada port D digunakan sebagai port masukan dan keluaran. PD2

digunakan sebagai masukan dari zero crossing detector, PB3 digunakan sebagai

keluaran pemicu yang akan mengontrol rangkaian driver triac.

(59)

40

Terdapat saklar input pada rangkaian, berfungsi untuk mereset keadaan

mikrokontroler.

3.2.6.1 Reset Eksternal

Sistem pada mikrokontoler akan mereset bila pin reset mendapat logika 0. Pin

reset dihubungkan dengan resistor (R1) yang terhubung ke vcc dan kapasitor yang

terhubung ke ground. Gambar 3.10 adalah rangkaian reset eksternal.

Gambar 3.10. Rangkaian reset eksternal

3.2.6.2 Osilator

Salah satu kelebihan AVR adalah kecepatan dalam eksekusi program. AVR

membutuhkan waktu satu siklus untuk melakukan eksekusi terhadap suatu intruksi.

Pada perancangan digunakan 12 Mhz sebagai input clock dengan 2 kapasitor

sebesar 27 pF (data sheet AVR hardware design considertions). Gambar 3.11

menunjukan rangkaian osilator.

Gambar 3.11. Rangkaian osilator

(60)

41

3.2.8. Perancangan Rangkaian Catu Daya

Rangkaian catu daya yang digunakan menghasilkan tegangan catu sebesar +12,

-12, +5 dan -5 Volt. Rangkaian catu daya memperoleh catu atau sumber tegangan dari

jala-jala listrik PLN. Tegangan AC 220 volt harus diturunkan terlebih dahulu melalui

trafo 1 A, penurunan tegangan menjadi sekitar 15 V dan 6 V. Tegangan AC tersebut

kemudian diserahkan oleh dioda bridge, sehingga menghasilkan gelombang penuh.

Gambar 3.12. Rangkaian catu daya

Pengatur tegangan yaitu IC LM7812, LM7912, LM7805 dan

LM7905digunakan untuk menghasilkan tegangan arus searah keluaran sebesar +12

volt, -12 volt, +5 volt dan -5 volt. Rangkaian catu daya dapat dilihat pada gambar 3.12,

pemasangan kapasitor C1 sebesar 470µF pada rangkaian ini digunakan untuk

mengurangi tegangan ripple yang mempunyai frekuensi rendah. Sedangkan

pemasangan kapasitor C2 sekitar 100nF digunakan untuk mengurangi tegangan yang

mempunyai frekuensi yang lebih tinggi dan memantapkan tegangan +12 volt, -12 volt,

(61)

42

3.2.9. Perancangan Rangkaian Penampil

3.2.9.1. Rangkaian Indikator LED

Pada perancangan ini digunakan LED warna sebagai indikator. LED 1 sebagai

indikator sistem ON (siap digunakan). LED 2 sebagai indikator adanya sejumlah beban

yang tepakai. Cara kerja rangkaian yaitu jika tedapat sejumlah beban, sensor arus akan

memberi masukan pada mikrokontroler dan akan memberi logika 1 pada LED 2. Port

yang digunakan untuk menampilkan LED yaitu pada port C6 dan port C7. Jika

tegangan keluaran pin I/O ini sebesar 4,8V dan arusnya sebesar 20mA (data sheet AVR

ATmega 8538), maka dengan mengetahui besarnya nilai dan arus mikrokontroler,

besarnya nilai R pada rangkaian LED berdasarkan persamaan 2.7 dapat dihitung.

- = 4,8

20 +10:D= 240 Ω

Nilai 240Ω di pasaran tidak ada, maka dicari pendekatannya sebesar 330Ω.Pada Gambar 3.13 adalah rangkaian indikator LED.

Gambar 3.13. Rangkaian LED

3.2.9.2. Rangkaian LCD

LCD yang digunakan yaitu LCD LMB162 dengan lebar display 2 baris 16 kolom

yang konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 3.14. Pada perancangan LCD

digunakan dua buah potensiometer sebesar 10KΩ_{dengan fungsi untuk mengatur}

contrast dan backlight dari LCD.

Gambar 3.14. Rangkaian LCD HIJAU LED

PC7

220

220 LEDMERAH R1

PC6

(62)

43

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

3.3.1. Flowchart utama

START

INISIALISASI PORT I/O, LCD, TIMER0 187,5KHz, TIMER2 375kHz, TIMER INTERUPT, INT0 INTERUPT, High Speed ADC 10bit 187,5 kHz. LCD DISPLAY JUDUL PENELITIAN

Salin Data EEPROM Ke RAM, Reset Register X = 0, Y = 0.

PICU = 0, Triac Driver = 0. Start Timer 0 & Timer 2

Register Z = Z + 1,

(63)

44

Gambar 3.15 menunjukkan alur program utama. Pada alur program utama

terdiri dari beberapa proses. Pada proses pertama sistem akan dan melakukan

inisialisasi. Inisialisai port I/O mikrokontroler, mengaktifkan dan setting timer0

187,5 khz, mengaktifkan dan setting timer2 375 khz, mengaktifkan INT0,

mengaktifkan ADC 10 bit dan LCD akan menampilkan judul penelitian. Pada

proses kedua data EEPROM akan dikirim ke RAM, reset x = 0 dan y = 0, setting

picu = 0 dan TRIAC = 0 dan memulai timer0 dan timer2. Pada proses ketiga

membaca ADC. PortA.0, portA.1 dari sensor arus dan portA.2 dari sensor

tegangan. Register Z melalui INT0 (zero crossing detector) sebagai penghitung

pengambilan data ADC. Pada proses keempat, jika pengambilan data ADC sudah

mencapai 8 kali, maka akan melanjutkan proses berikutnya. Jika belum 8 kali, maka

akan berhenti dan tidak melanjutkan proses berikutnya.

Proses berikutnya, yaitu proses kelima adalah mengitung data yang telah

diperoleh. Variabel yang dihitung adalah _{( &}, _& _', _{( &}, _& _' dan . Pada

proses kelima adalah memicu sudut oleh TRIAC agar total daya 450 watt. Proses

terakhir adalah me-reset register C0, C1, C2, Y dan Z sama dengan nol.

3.3.2. Flowchart pemicu sudut

(64)

45

Gambar 3.16 menunjukkan alur program pemicu sudut. Pada alur program ini

terjadi tiga proses utama pengambilan keputusan. Pengambilan keputusan pertama

yaitu penurunan beban dummy jika dari 450 watt. Pada tahap ini sebelum proses

daya dummy bernilai maksimal. Jika daya terpakai lebih besar dari 450 watt, maka

akan melanjutkan proses pengambilan keputusan berikutnya, yakni apakah PICU

lebih kecil dari 50. Jika YA maka picu akan dinaikkan satu. Proses penambahan

PICU +1 ini akan terus dilakukan sampai PICU ≥ 50. Pada saat keadaan PICU ≥ 50

daya dummy bernilai 0, dan pada saat keadaan yang sama penambahan PICU +1

akan berhenti.

Pengambilan keputusan kedua yaitu proses penurunan nilai daya dummy, jika

daya terpakai kurang dari 450 watt. Jika selisih antara 450 dengan daya terpakai

lebih kecil dari daya dummy, maka akan melanjutkan proses pengambilan

keputusan berikutnya, yakni apakah PICU lebih kecil dari 50. Jika YA maka picu

akan dinaikkan satu. Proses penambahan PICU +1 ini akan terus dilakukan sampai

PICU ≥_{50. Pada saat keadaan PICU}≥_{50 daya dummy bernilai 0, dan pada saat}

keadaan yang sama penambahan PICU +1 akan berhenti.

Pengambilan keputusan ketiga yaitu proses penaikan daya dummy. Jika selisih

antara 450 dengan daya terpakai lebih besar dari daya dummy, maka akan

melanjutkan proses pengambilan keputusan berikutnya, yakni apakah PICU lebih

besar dari 1. Jika YA maka picu akan dikurangkan satu. Proses pengurangan PICU

-1 ini akan terus dilakukan sampai PICU ≤_{0. Pada saat keadaan PICU}≤_{0 daya}

dummy bernilai 450 watt, dan pada saat keadaan yang sama penambahan PICU -1

akan berhenti.

Jika dari ketiga proses pengambilan keputusan tersebut tidak ada yang

(65)

46

3.3.3. Flowchart zero crossing detector

Gambar 3.17. Alur program zero crossing detector

Gambar 3.17 menunjukkan alur program zero crossing detector. Pada alur

program ini akan mengaktifkan INT0. Setiap terjadi interupsi dari zero crossing

detector, akan melakukkan reset nilai counter (x, y dan z), mematikan TRIAC dan

menyalakan LED.

3.3.4. Flowchart timer2

? X = PICU

YA START

X = X + 1

Triac Driver = 0 Triac Driver = 1

STOP TIDAK

(66)

47

Gambar 3.18 menunjukkan alur program timer2. Pada alur program timer2 ini,

jika terjadi interupsi akan mencacah counter x, jika nilai x sama dengan nilai picu

maka TRIAC akan ON. Jika tidak TRIAC akan OFF

3.3.5. Flowchart LCD

Gambar 3.19. Alur program LCD

Gambar 3.19 menunjukkan alur program LCD. Pada alur program LCD ini, jika

tombol up ditekan maka LCD akan memproses isi dari SET_LCD +1 dan

menampilkan LCD dan delay 100 ms. Jika tombol down ditekan maka LCD akan

memproses isi dari SET_LCD -1 dan menampilkan LCD dan delay 100 ms. Jika

tidak keduanya maka LCD akan menampilkan berdasarkan isi SET_LCD yang

(67)

48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas mengenai hasil pengamatan dari dummy load untuk beban 450 watt. Hasil pengamatan dan pengambilan data dilakukan yang dilakukan berupa perubahan arus pada beban terpakai dan beban dummy (semu), ketika daya beban tepakai diubah-ubah.

4.1. Hasil Implementasi Alat

Implementasi dari dummy load untuk beban 450 watt tersusun atas rangkaian sensor arus, rangkaian sensor tegangan, rangkaian pengondisi sinyal untuk sensor arus, rangkaian driver TRIAC, rangkaian zero crossing detector, rangkaian sistem minimum ATmega8535, rangkaian beban dummy, rangkaian LCD 16x2, rangkaian LED, rangkaian keypad dan rangkaian regulator tegangan. Gambar 4.1 dan gambar 4.2 menunjukkan bentuk fisik dari dummy load beban 450 watt.

Gambar 4.1. Bentuk fisik alat tampak samping Gambar 4.2. Bentuk fisik alat tampak atas

Pada gambar 4.2 memperlihatkan urutan nomor beberapa bagian rangkaian dari dummy load beban 450 watt, yang terdiri dari: