BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai
Baterai atau aki adalah sel tempat berlangsungnya proses elektrokimia reversibel dengan efisiensi tinggi [16]. Proses elektrokimia reversibel yaitu baterai yang dapat terjadi pada proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik atau pelepasan energi listrik menjadi kimia. Pengisian ulang regeneratif dari elektroda yang digunakan dicapai dengan melewatkan arus berlawanan arah atau polaritas melalui sel. Baterai yang digunakan terdiri dari beberapa sel dengan tegangan 2,1 V per sel. Artinya, aki mobil dan aki sepeda motor dengan tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dihubungkan secara seri. Jadi 12,6 V sama dengan 6 x 2,1 V [3].
Jenis baterai yang digunakan yaitu baterai Lead Acid, biasa disebut H2SO4 atau baterai basah, dan baterai alkalin, disebut NiCd, yang dihubungkan secara seri untuk mendapatkanntegangan 24V DC.
2.2. Inverter
Inverter merupakan rangkaian atau perangkat elektronik yang dapat merubah daya DC menjadi daya AC pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan, tergantung pada desain rangkaiannya [10]. Sumber arus DC yang menjadi masukan dari power inverter berupa baterai, aki, dan sel surya. Inverter ini sangat nyaman digunakan di area yang daya AC-nya terbatas. Inverter dapat memungkinkan menggunakan baterai atau sel surya untuk memberi daya pada peralatan rumah tangga seperti TV, lemari es, dan bahkan mesin cuci. Peralatan ini biasanya membutuhkan daya AC dengan tegangan 220 V atau 110 V. Inverter mempunyai output yang dapat berupa tegangan AC berbentuk gelombang sinus atau sine wave, square wave atau gelombang kotak, dan modified sine wave atau gelombang sinus yang dimodifikasi. Inverter dapat menggunakan baterai, tenaga surya, atau sumber tegangan DC lainnya sebagai sumber tegangan inputnya. Saat mengubah DC menjadi AC, inverter perlu menaikkan tegangan menggunakan trafo step-up.
2.3. Gelombang pada Inverter
Inverter paling sederhana adalah Square wave inverter. Kualitas inverter jenis ini sangat buruk, namun mampu menghasilkan tegangan 220 VAC, 50 Hz [17]. Pada Gambar 2.1 merupakan square wave inverter.
Gambar 2.1 Square wave inverter [17]
Pada Gambar 2.1 terdapat sebuah gambar square wave inverter yang dapat menghasilkan 220VAC dan 50Hz tetapi memiliki kualitas yang kurang baik.
Modified sine wave yang disebut modified square wave atau gelombang sinus semu, karena gelombang sinus yang dimodifikasi hampir sama dengan gelombang persegi, tetapi dalam Modified sine wave diperlukan beberapa waktu menyentuh titik nol sebelum output berubah menjadi positif atau negatif[17]. Pada Gambar 2.2 merupakan modified sine wave inverter.
Gambar 2.2 Modified sine wave inverter [17]
Pada Gambar 2.2 merupakan contoh gambar modified sine wave inverter.
Melalui gambar tersebut, dapat diketahui bahwa gelombang sinyalnya menyerupai square wave namun keluaran nya menyentuh titik nol sehingga dapat dikatakan lebih baik daripada square wave. Pure Sine Wave atau gelombang sinus sejati adalah gelombang inverter yang mendekati gelombang sinus sempurna dan memiliki distorsi harmonik total (THD) <3% sehingga sangat bagus untuk semua
elektronik. Inverter ini dikenal sebagai catu daya bersih. Pada Gambar 2.3 merupakan pure sine wave inverter.
Gambar 2.3 Pure sine wave inverter [17]
Pada Gambar 2.3 terdapat gambar gelombang dari pure sine wave inverter.
Seperti dapat dilihat, metode yang biasanya digunakan dalam jenis inverter ini dikenal sebagai modulasi lebar pulsa (PWM). PWM dapat mengubah tegangan DC secara keseluruhan menjadi tegangan AC dengan bentuk gelombang yang mendekati gelombang sinusoidal[17].
2.4. Rangkaian MOSFET H-Bridge
Rangkaian H-bridge MOSFET merupakan konfigurasi switching inverter dari empat buah saklar, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), disusun menyerupai huruf H seperti terlihat pada Gambar 2.4 [12].
Rangkaian H-bridge MOSFET dapat mengendalikan saklar aktif diwaktu tertentu.
Tegangan yang melintasi beban berupa positif ataupun negatif. Gambar 2.4 menunjukkan rangkaian H-bridge MOSFET.
Gambar 2.4 Rangkaian H-Bridge MOSFET [12]
Pada Gambar 2.4 menunjukkan bahwa berdasarkan kelebihan dari rangkaian H-bridge menggunakan saklar MOSFET, pembahasan pada penelitian kali ini yaitu perancangan inverter satu fasa menggunakan rangkaian H-bridge MOSFET sebagai penguat akhir. Inverter ini merubah energi listrik dari tegangan 12 V DC menjadi 220 V AC pada frekuensi 50 Hz.
2.5. Internet Of Things
Ide atau skenario suatu objek yang dapat mengirimkan data melalui jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia atau komputer dikenal sebagai Internet of Things, atau IoT [18]. Subjek di Internet of Things adalah sesuatu. Misalnya, individu dengan monitor jantung implan, ternak dengan transponder biochip, dan mobil dengan sensor bawaan yang memberi tahu pengemudi saat tekanan ban terlalu rendah adalah contoh contohnya. Di masa lalu, komunikasi mesin-ke- mesin di bidang manufaktur, listrik, minyak dan gas, dan Internet of Things (IoT) sangat erat kaitannya. Produk yang dapat berkomunikasi dengan perangkat M2M sering disebut sebagai intelligent atau sistem cerdas.cerdas.
Peningkatan IoT yang sedang berlangsung adalah bahwa sebuah objek dapat diberi pengenal sebagai alamat IP dan dapat menggunakan organisasi web untuk berkomunikasi dengan item lain yang memiliki pengenal alamat IP. Internet of Things bekerja menggunakan argumen pemrograman yang mengarah ke interaksi antara mesin lain untuk setiap perintah argumen. Perintah argumen terhubung secara otomatis terlepas dari jarak berapapun tanpa campur tangan manusia Pada Tabel 2.1 merupakan contoh penerapannya.
Tabel 2.1 Contoh penerapan internet of things [14]
No Implementasi Internet Of
Things Hasil
1 Bidang Keamanan Keamanan dengan kamera CCTV untuk rumah, jalan dan gedung dapat
dikendalikan dimana saja.
2 Bidang Properti Eskalator, sistem pendingin gedung, sistem keamanan, CCTV, sistem manajemen, listrik, pipa ledeng, dll.
3 Bidang Kesehatan (Medis) Sensor detak jantung dan sensor lainnya dapat dipasang ke pasien dan
dihubungkan ke ruang pusat kendali untuk memantau kondisi pasien secara otomatis, mengirimkan peringatan jika terjadi kesalahan, menggunakan sistem pembayaran rumah sakit, dll.
Pada Tabel 2.1 menunjukkan bahwa Internet berfungsi sebagai jembatan antara interaksi dua mesin, sementara manusia hanya mengendalikan dan memantau pengoperasian perangkat mereka secara langsung.
2.6. Sensor Arus ACS712
Sensor ACS712 memiliki output 100 mV/A dan dapat mengukur arus dari 0 hingga 20 Ampere. Sensor tersebut menggunakan hall effect yang bekerja sesuai dengan prinsip Lorentz. Sensor ini memiliki tegangan operasi 5 V dan resistansi internal 1,2 m [19]. Pada Gambar 2.5 merupakan gambar sensor arus ACS712.
Gambar 2.5 Sensor arus ACS712 [19]
Pada Gambar 2.5 merupakan gambar sensor arus ACS712. Bagian-bagian dari sensor arus ACS712 adalah sebagai berikut:
Pin 1: IP+ merupakan input arus Pin 2: IP+ merupakan input arus Pin 3: IP- merupakan output arus Pin 4: IP- merupakan output arus Pin 5: Pembumian atau Ground Pin 6: Koneksi kapasitor eksternal Pin 7: Output tegangan analog Pin 8: Daya 5 Volt
2.7. Sensor Tegangan ZMPT101B
Pada contoh ini sensor ZMPT101B digunakan untuk mengukur tegangan.
Sensor ini berasal dari trafo step down ZMPT101B dan digunakan untuk menampilkan tegangan pemanggilan PLN dibandingkan dengan 0 s.d. 5V tegangan yang dapat diaktifkan oleh mikrokontroler. Pada Gambar 2.6 merupakan skematik sensor tegangan ZMPT101B [19].
Gambar 2.6 Sensor tegangan ZMPT101B
Berdasarkan pada Gambar 2.6 menunjukan sebuah gambar yang merupakan rancangan sensor tegangan ZMPT101B. Rumus yang digunakan dalam perhitungan sensor tegangan ditujukan pada persamaan (2.1).
U2 =𝑈1
𝑅 𝑥 𝑅′ (2.1)
Untuk mendapatkan tegangan input, gunakan rumus yang ditujukan pada persamaan (2.2).
U1 =𝑈2
𝑅′ 𝑥 𝑅 (2.2)
Nilai U1 atau tegangan masukan didapatkan melalui pembagian antara U2 atau tegangan keluaran dengan R’ atau tahanan pembatas arus yang dikali dengan R atau tahanan pembanding.
2.8. Sensor Tegangan Voltage Devider
Pembagi tegangan atau Voltage Devider adalah rangkaian langsung yang menurunkan tegangan tinggi. Pada rangkaian elektronika, pembagi tegangan ini membagi tegangan masukan menjadi satu atau lebih tegangan keluaran yang dibutuhkan oleh komponen rangkaian lainnya. Regulator tunggal dan tegangan input catu daya dapat digunakan untuk membuat pembagi tegangan langsung.
Persamaan dan rangkaian pembagi tegangan adalah dua langkah penting dalam
merancang pembagi tegangan.. Pada Gambar 2.7 merupakan sensor tegangan voltage devider.
Gambar 2.7 Sensor tegangan voltage devider
Pada Gambar 2.7 merupakan gambar sensor tegangan voltage devider.
Aturan kerja dari pembagi tegangan yang digunakan adalah mendapatkan masukan dari catu daya 12V dan kemudian meneruskannya ke pengendali atau trimpot yang berfungsi mengatur tegangan sehingga dapat dibaca dengan baik oleh ADC. Agar voltase terbaca, compiler mengatur voltase menjadi 10V. ADC kemudian memproses data dan menghasilkan pembacaan tegangan pada monitoring.
2.9. NodeMCU
Papan pengembangan ESP-12E dengan chip ESP8266 adalah NodeMCU ESP8266. NodeMCU ESP8266 yang digunakan dalam penelitian ini memiliki mikroprosesor RISC LX106 RXC Tensilica 32-bit yang dapat berjalan pada kecepatan clock 80 hingga 160 MHz. NodeMCU ESP8266 sangat baik untuk proyek berbasis IoT karena memiliki memori flash 4 MB, RAM 128 KB, dan konektivitas transceiver wifi dengan standar 802.11 b/g/n yang beroperasi pada 2,4 GHz dan 5V. [20]. Pada Gambar 2.8 merupakan modul NodeMCU.
Gambar 2.8 Modul NodeMCU [20]
Pada Gambar 2.8 merupakan gambar modul NodeMCU. NodeMCU ESP8266 ini memiliki lebih dari satu model dan versi, pada penelitian ini versi yang digunakan yaitu versi 1.0 dari vendor LoLin yangmmemiliki pin GPIO sebanyak 13 pinddan pin ADC sebanyak 1 pin yang akan digunakan untuk masukkan dataddari sensor.
2.10. LCD
Campuran organik diapit di antara lapisan kaca bening dengan elektroda indium oksida transparan berupa layar tujuh segmen dan lapisan elektroda pada kaca belakang dalam LCD (Liquid Crystal Display) [20]. Ketika terminal dipicu oleh medan listrik atau tegangan, lapisan sandwich memiliki polarizer vertikal di depan dan polarizer horizontal di belakang, diikuti oleh lapisan pintar. Segmen yang diaktifkan tampak gelap karena cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul yang terpasang, membentuk fitur data. Pada Gambar 2.9 merupakan tampilan fisik dari LCD.
Gambar 2.9 LCD 16x2 [21]
Pada Gambar 2.9 merupakan gambar dari LCD. Lapisan reflektor diikuti oleh polarizer vertikal depan dan polarizer horizontal belakang pada lapisan sandwich. Segmen yang diaktifkan tampak lebih gelap, membentuk huruf dari data yang ditampilkan, karena cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul pelurus.
2.11. Modul I2C
Modul LCD dalam modul I2C dikendalikan secara serial sesuai dengan protokol I2C/IIC atau TWI (Two Wire Interface). Modul LCD umumnya ditentukan dalam barisan untuk jalur informasi dan kendali. Namun, garis paralel menempati banyak pin pengendali, seperti yang ada di komputer, arduino, dan sebagainya. Rute paralel membutuhkan 6 s.d. 7 pin untuk mengendalikan modul LCD[22]. Pada Gambar 2.10 merupakan Modul I2C.
Gambar 2.10 Modul I2C [22]
Pada Gambar 2.10 merupakan gambar modul I2C. Regulator yang perlu mengendalikan banyak I/O, menggunakan cara yang sama tentu bukan solusi yang baik. Gambar 2.10 menggambarkan modul untuk konverter I2C.
Pengendalinya adalah produk ICPCF8574 dari NXP. IC ini pada dasarnya adalah ekspander I/O 8-bit seperti register geser untuk bus I2c.
.
2.12. Transformator
Trafo adalah suatu alat yang dimaksudkan untuk mengubah tegangan tertentu menjadi tegangan lain dengan ukuran yang berbeda, berdasarkan aturan pendaftaran elektromagnetik [16]. Elektronik dan sistem tenaga keduanya sangat
memungkinkan untuk memilih voltase ekonomis yang sesuai dengan semua kebutuhan, termasuk kebutuhan voltase tinggi saat mentransmisikan energi listrik jarak jauh. Dalam peralatan elektronik, salah satu kegunaan transformator adalah sebagai penggandengan impedansi antara sumber dan beban, mengisolasi satu rangkaian dari rangkaian lainnya dan memungkinkan arus bolak-balik mengalir di antara rangkaian sekaligus mencegah arus searah.
Pada dasarnya trafo terdiri dari dua buah kumparan, khususnya loop esensial dan loop opsional. Kumparan sekunder mengubah atau mengubah tegangan pada kumparan primer, dan besarnya perubahan atau perubahan ini ditentukan oleh jumlah putaran yang dilakukan oleh kedua kumparan tersebut. Jika terdapat kumparan pada kumparan primer N1 yang dialiri oleh sumber tegangan V1 dan kumparan pada kumparan sekunder N2, maka tegangan pada kumparan sekunder sebesar: Persamaan (2.3).
V1 = 𝑁2
𝑁1 𝑉2 (2.3)
Nilai V1 atau tegangan primer didapatkan melalui pembagian antara N2 atau jumlah lilitan sekunder dengan N1 atau jumlah lilitan primer yang dikali dengan V2 atau tegangan sekunder.
Dua prinsip muncul dalam transformator yaitu hukum Oersted untuk kumparan primer dan hukum Faraday untuk kumparan sekunder. Kedua hukum itu terdengar seperti berikut ini:
1. Hukum Faraday menyatakan bahwa medan magnet statis yang bergerak dengan waktu menghasilkan tegangan induksi, yang pada gilirannya menghasilkan arus induksi.
2. Hukum Oersted mengatakan bahwa ketika arus dilewatkan melalui kawat penghantar, medan magnet dihasilkan di sekitar kawat.
2.13. Relay
Sakelar yang dikendalikan oleh elektromagnetisme dikenal sebagai relay.
Medan magnet yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui kumparan relay menarik lengan relay sehingga menyebabkan posisi saklar bergeser dari terputus menjadi tersambung [22].
Ada tiga jenis kutub yang berbeda pada relay, kutub referensi adalah COMMON, kutub yang awalnya terhubung ke COMMON adalah NC (Normally Close), dan kutub yang awalnya terbuka kemudian dihubungkan ke COMMON ketika arus listrik dialirkan ke kumparan relay NO (Normally Open).
2.14. Blynk App
Blynk merupakan platform atau aplikasi baru yang memungkinkan untuk membuat interface dengan cepat untuk mengendalikan dan juga memantau project perangkat keras dari perangkat iOS dan Android. Pada Gambar 2.11 merupakan tampilan Blynk App.
Gambar 2.11 Platform Blynk [23]
Pada Gambar 2.11 merupakan gambar tampilan dari platform Blynk. Setelah mengunduh aplikasi Blynk, kemudian dapat membuat dasbor tugas dan melihat tombol, penggeser, grafik, dan item lainnya di layar. Pin dapat diaktifkan atau dinonaktifkan, dan data sensor dapat ditampilkan, berkat widgetnya.
Menghubungkan ke proyek langsung seperti kendali pencahayaan jarak jauh atau pemantauan suhu sangatlah mudah dengan Blynk. Blynk adalah Internet of Things (IoT) yang dimaksudkan untuk membaca informasi pengendali dan sensor dengan cepat dan efektif dari gadget Arduino atau ESP8266. Blynk bukan hanya cloud Internet of Things. Saat mengembangkan aplikasi yang berarti untuk produk dan layanan yang terhubung, Blynk adalah solusi lengkap yang menghemat waktu dan sumber daya. Tujuan dari Blynk adalah untuk memudahkan mengakses perangkat
2.15. Kajian Pustaka
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, terdapat acuan dari beberapa penelitian terdahulu yang berkaitan dengan tema yang diangkat pada penelitian ini sebagai bentuk perbandingan agar ditemukan sisi-sisi pembeda dari penelitian- penelitian sebelumnya. Kajian pustaka penelitian diambil dalam kurun waktu 5 tahun terakhir.
Pada penelitian awal artikel ini, mempresentasikan proposal desain inverter menggunakan dua metode yaitu SHF dan SPWM. Untuk memenuhi persyaratan driver SPWM, skema SHF menaikkan tegangan input menjadi 400 VDC.
Gelombang yang dihasilkan oleh SPWM memiliki ripple yang sangat kecil dan menyerupai gelombang sinusoidal murni. Tegangan output inverter yang diimplementasikan desain adalah hingga 220 VAC. 225 VAC, daya 400 watt, dan pengulangan 50,76 Hz, yang memenuhi spesifikasi normal. Konfigurasi inverter pada penelitian ini dapat menyalakan beban seperti lampu, kipas angin, besi pengikat, dan charger handphone asalkan total beban yang digunakan tidak melebihi 400 watt [24].
Beberapa kendali sudah dilengkapi dengan umpan balik tegangan output, sehingga akan mati ketika tegangan output mencapai level rendah tertentu sebesar 176V. Hasil output terbaik yaitu gelombang sinusoida murni yang di peroleh dari modul inveter EGS-900 yang menggunakan controller EGS-002. Menggunakan controller yaitu generator SPWM (Sinusoidal Pulse Wide Modulation) dengan ripple input 24V DC. Besarnya tegangan dan daya yang dihasilkan oleh sebuah inverter sangat bergantung pada trafo yang digunakan, semakin baik kualitas trafo maka semakin baik pula daya output inverter [25].
Perancangan kendali inverter ini menggunakan baterai GS dan FB dengan tegangan 12 Volt dan arus 3,5 Ah. Jenis baterai ini tahan terhadap siklus pengisian dan pengosongan yang berulang-ulang, atau pengosongan baterai. Teknik yang digunakan dalam desain kendali inverter adalah memaksimalkan arus yang diambil dari baterai. Dengan merancang kendali inverter ini, waktu kerja sumber baterai 24V DC lebih singkat 30 menit dibandingkan dengan kendali inverter
untuk sumber baterai 12V DC. Pengukuran dimulai pada tegangan baterai awal 12,17 VDC dan berakhir pada 7,14 VDC [2].
Untuk menyalakan beban AC dari sumber tegangan DC, inverter adalah rangkaian atau perangkat yang mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC.
Bagian utama dari inverter adalah SCR, semikonduktor atau MOSFET, semua bagian semikonduktor yang berfungsi sebagai saklar atau switch. Metode modulasi seperti pembuatan pulsa dan PWM digunakan untuk menentukan apakah sakelar hidup atau mati. Peragaan ulang yang dilakukan pada Proteus ISIS menunjukkan bahwa inverter satu tahap tanpa regulator menghasilkan frekuensi tinggi 2857,14 Hz, sehingga tidak aman untuk digunakan pada peralatan listrik tertentu, tetapi inverter satu tahap menggunakan kendali untuk menggerakkan skema PWM untuk menghasilkan sinyal pengulangan hasil dibandingkan dengan 50 Hz yang diharapkan dengan penundaan 10 ms ketika ketukan yang dihasilkan berubah. Arduino Uno menghasilkan pulsa, atau PWM [3].
Internet of Things (IoT) adalah sebuah ide yang ditujukan untuk memperluas keuntungan dari jaringan internet yang terkait secara konsisten.
Internet of Things (IoT) dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronik seperti lampu ruangan yang dapat dikendalikan dari jarak jauh melalui jaringan komputer di dalam gedung. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan perangkat pengatur cahaya berbasis mobile berbasis teknologi internet. Menggunakan bahasa pemrograman Python, prototipe dan aplikasi seluler dikembangkan untuk penelitian ini. Satu kendali lampu digunakan untuk menyalakan lampu pada penelitian ini, dan dua kendali digunakan untuk menyalakan lampu secara bersamaan. Penelitian ini memiliki fungsi kendali[14].
Berdasarkan beberapa kajian pustaka dari penelitian-penelitian terdahulu yang telah dilakukan, masih terdapat beberapa kekurangan, contohnya pada penelitian sebelumnya tidak menggunakan metode Internet of Thinks (IoT). Hal tersebut menjadi salah satu kekurangan pada penelitian-penelitian terdahulu.
Sedangkan pada penelitian yang dilakukan sudah menggunakan metode IoT yang berfungsi untuk mengendalikan alat dari jarak jauh. Maka dari itu penelitian ini menggunakan metode yang lebih baru dan lebih efektif supaya sistem dapat
