Pada penelitian ini telah direalisasikan prototype alat ukur digital berbasis ATMEGA 328P untuk penerapan pengukuran arus, tegangan dan daya listrik serta pengukuran komponen RLC. Kemudian melaksanakan penelitian dengan judul “Prototipe Alat Ukur Digital Berbasis Atmega 328P untuk Aplikasi pada Pengukuran Arus, Tegangan dan Daya Listrik serta Pengukuran Komponen RLC” sebagai tugas akhir di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Sains Universitas Lampung. 82 Gambar 4.52 (a) Implementasi pembacaan tegangan dan arus untuk komponen. b) Penerapan pembacaan tegangan dan daya komponen kapasitor pada RLC seri.
83 Gambar 4.54 (a) Implementasi pengukuran tegangan dan arus untuk komponen. b) Penerapan pengukuran tegangan dan daya untuk komponen resistif secara paralel RLC.
PENDAHULUAN
- Rumusan Masalah
- Tujuan Penelitian
- Manfaat Penelitian
- Batasan Masalah
Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini akan dibuat prototype alat ukur digital berbasis ATMega 328P untuk penerapan pengukuran arus AC/DC, tegangan dan daya serta pengukuran komponen hambatan, induktor dan kapasitor (RLC). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu instrumen yang memudahkan pengguna dalam memahami konsep dasar kelistrikan yang meliputi konsep arus listrik, tegangan listrik dan daya listrik. Sistem ini menggunakan adaptor 9V 2A sebagai sumber tegangan perangkat, sedangkan sumber listrik 0-42 VDC digunakan sebagai sumber utama lampu pijar dan dilengkapi dengan sensor ACS712 yang digunakan untuk mengukur arus bolak-balik (AC). dan sensor ZMPT101B untuk membaca tegangan AC.
Sistem ini menggunakan adaptor 9V 2A sebagai sumber tegangan alat tester komponen dan dilengkapi dengan sistem minimal ATMega 328P sebagai pengolah data pengukuran komponen. Cara merancang sistem digital untuk mengukur besaran listrik seperti arus, tegangan, daya, hambatan, induktansi dan kapasitansi menggunakan ATMega 328P yang mudah dan praktis. Rancanglah sistem digital untuk mengukur besaran listrik seperti arus, tegangan, daya, hambatan, induktansi dan kapasitansi menggunakan ATMega 328P yang mudah dan praktis.
Dengan melakukan penelitian ini, kami berharap dapat membangun sebuah instrumen yang dapat mengukur besaran listrik seperti arus, tegangan, daya, hambatan, induktansi, dan kapasitansi secara digital menggunakan ATMega 328P untuk aplikasi pengukuran komponen RLC dan beban DC ringan. Multimeter digital sebagai kalibrator standar untuk mengukur arus, tegangan, hambatan, induktansi dan kapasitansi pada penelitian ini. Menggunakan modul step down 0-35 VDC untuk mengubah tegangan input adaptor menjadi tegangan output yang dapat diatur sesuai kebutuhan.
TINJAUAN PUSTAKA
Listrik
- Arus Listrik
- Tegangan Listrik
- Hambatan Listrik
- Rangkaian Listrik
Arus listrik adalah aliran elektron yang terus menerus dan tidak terputus dalam suatu penghantar akibat adanya perbedaan jumlah elektron di beberapa tempat yang jumlah elektronnya tidak sama. Arus listrik dibedakan menjadi 2 yaitu arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Arus searah (arus searah atau DC) adalah aliran elektron dari satu titik yang berenergi potensial tinggi ke titik lain yang berenergi potensial lebih rendah.
Arus searah lebih stabil dibandingkan arus bolak-balik, sehingga lebih umum digunakan untuk menyalakan peralatan elektronik. Arus bolak-balik (AC) adalah arus listrik yang besar dan arah arusnya berubah-ubah. Arus listrik bolak-balik dapat dijumpai pada penyaluran listrik dari PLN ke rumah atau perkantoran (Jumadi, 2015).
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang dihubungkan secara seri (paralel) dan semua komponen masukannya berasal dari sumber yang sama. Pengaturan paralel dalam rangkaian listrik membutuhkan biaya lebih banyak (diperlukan lebih banyak kabel penghubung).
Sensor Arus ACS712
Sensor Tegangan ZMPT101B
Pada Gambar 2.7, rangkaian memiliki energi yang tersimpan di dalam rangkaian karena kondisi awal tetap pada tempatnya, baik dalam bentuk arus yang melalui induktor maupun tegangan pada kedua sisi kapasitor. Pada tahap ini dirancang sistem instrumentasi pengukuran arus AC dan DC, tegangan dan daya, serta sistem instrumentasi pengukuran komponen resistor, induktor dan kapasitor (RLC) dengan program kendali mikrokontroler ATMega 328P yang disimpan melalui bootloader Arduino UNO. . Sedangkan nilai resistor, induktor dan kapasitor akan diukur untuk sistem instrumentasi pengukuran komponen RLC pada penelitian ini.
Tahap perancangan sistem instrumentasi untuk pengukuran arus AC dan DC, tegangan dan daya listrik, serta perancangan sistem instrumentasi untuk pengukuran komponen RLC. Diagram rangkaian sistem alat ukur arus, tegangan dan daya AC dan DC ditunjukkan pada Gambar 3.3. Sistem pengukuran komponen RLC juga dapat melakukan pengukuran frekuensi yang terhubung dengan mikrokontroler ATMega 328P PD4 (XCK/T0).
Sedangkan untuk memudahkan penggunaan sistem instrumentasi pengukuran komponen RLC, terdapat rangkaian kontrol yang menggunakan rotary encoder sehingga memudahkan dalam pemilihan menu-menu yang menyertainya. Secara umum perancangan program kendali sistem instrumentasi pengukuran listrik AC dan DC ditunjukkan pada diagram alir pada Gambar 3.8. Sedangkan rancangan program pengendalian sistem instrumentasi pengukuran komponen RLC ditampilkan dalam bentuk diagram alir seperti pada Gambar 3.9.
Sistem instrumentasi pengukuran komponen RLC yang telah dirancang selanjutnya akan diuji untuk mengukur besaran komponen sehingga hasil pengukuran sesuai dengan nilai masing-masing komponen. Pengujian sensor dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran dari sistem instrumentasi pengukuran listrik AC dan DC dengan alat yang telah dikalibrasi yaitu multimeter digital tipe XL830L. Data hasil pengujian akan digunakan untuk menghitung persentase error, akurasi dan presisi pada sistem instrumentasi AC dan DC dengan menggunakan Persamaan 3.1 – 3.3.
Oleh karena itu, untuk mempermudah proses analisis data, maka dibuatlah tabel hasil pengukuran sistem instrumentasi pengukuran listrik AC dan DC sebagai berikut.
LCD (Liquid Crystal Display) I2C Tipe 16x2
Arduino Nano
Resistor
Resistor adalah suatu komponen elektronik yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir pada suatu rangkaian elektronik. Karena fungsi resistor sesuai dengan namanya adalah resistif dan termasuk komponen elektronik dalam kategori komponen pasif. Selain nilai resistansi (Ohm), resistor juga memiliki nilai lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang dapat ditransfer.
Segala nilai yang berkaitan dengan hambatan penting untuk diketahui pada saat merancang suatu rangkaian elektronik, oleh karena itu produsen resistor selalu mencantumkannya dalam kemasan resistor (Rahmawati, 2018). Nilai kapasitas daya dari resistor ini dapat diketahui dari ukuran fisik resistor tersebut dan kapasitas yang saya tulis dalam Watt untuk resistor dengan paket fisik yang besar. Penentuan kapasitas daya pada resistor penting dilakukan untuk mencegah rusaknya resistor akibat arus berlebih yang menyebabkan resistor terbakar, dan sebagai bentuk efisiensi biaya dan ruang pada saat membuat rangkaian elektronik.
Toleransi resistansi adalah perubahan nilai resistansi dari nilai yang tertera pada badan resistor yang masih diperbolehkan dan diindikasikan resistor dalam kondisi baik. Misal sebuah resistor dengan toleransi 5% dituliskan kode warna pada cincin emas ke-4.
Pengukuran
Resistansi satuannya adalah Ohm (Ω) merupakan komponen yang berfungsi menghambat arus listrik untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan.
RLC
Biasanya induktor adalah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, kumparan membantu menciptakan medan magnet yang kuat pada kumparan karena hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan pada rangkaian yang perubahan arus dan tegangannya disebabkan oleh kemampuan induktor dalam memproses arus bolak-balik. Fungsi induktor adalah sebagai penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet, sebagai penahan arus bolak-balik, sebagai penyalur atau penerus arus searah, sebagai penyaring dan sebagai penerima.
Kapasitor (kapasitor) yang dalam rangkaian elektronik dilambangkan dengan huruf “C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik dalam suatu medan listrik, mengumpulkan ketidakseimbangan internal muatan listrik. Fungsi penggunaan kapasitor pada suatu rangkaian adalah sebagai penghubung antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (dalam PS = catu daya), sebagai filter pada rangkaian PS, sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian antena, hingga penghemat listrik pada lampu neon. dan menghilangkan lompatan, kebakaran) bila dipasang di saklar (Saputra dkk, 2020).
Prinsip-prinsip Pengukuran
- Rangkaian Dasar
- Rangkaian RLC Paralel
- Rangkaian RLC Seri
Rangkaian RLC Paralel Sifat rangkaian paralel adalah arus dari sumber terbagi menjadi tiga yaitu arus ke resistor, induktor dan kapasitor. Arus yang melalui reaktansi induktif (XL) tertinggal dari tegangan sebesar 900 dan arus yang melalui reaktansi kapasitif (XC) tertinggal dari tegangan sebesar 900. Jika arus yang melalui reaktansi induktif lebih besar dari arus yang melalui reaktansi kapasitif, total arus tertinggal tegangan sebesar 900, maka rangkaian paralel ini cenderung induktif.
Sebaliknya jika arus yang melalui reaktansi induktif lebih kecil dari arus yang melalui reaktansi kapasitif, maka arus total mendahului tegangan sebesar 900, maka rangkaian paralel ini cenderung bersifat kapasitif. Jika suatu induktor tidak ideal (selain unsur induktif juga mengandung unsur resistif) dihubungkan secara paralel dengan kapasitor, maka rangkaian ekivalennya adalah rangkaian RLC paralel tanpa sumber seperti pada Gambar 2.7. Pada rangkaian RLC seri, komponen-komponen penyusunnya seperti kapasitor, resistor, dan induktor juga akan disusun atau dihubungkan secara seri.
Arus AC yang masuk ke resistor akan mempunyai besar tegangan yang sama dengan arus yang keluar. Dengan begitu, jika arus masuknya besar, maka arus keluarnya juga besarnya sama (sefasa). 𝑉𝑐 = 1/𝐶 ⎰ (𝑙𝑐 𝑑𝑡) (2.10) Sedangkan pada rangkaian RLC seri, besar tegangan dan arus pada resistor pada umumnya sama.
Tempat dan Waktu Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
- Pengujian Sistem
- Pengambilan Data
Kemudian untuk tahap pemrosesan, sinyal analog diubah menjadi sinyal digital oleh mikrokontroler ATMega 328P. Pada sistem ini digunakan 12 pin mikrokontroler ATMega 328P beserta 2 pin power yaitu VCC dan GND. Rotary encoder dihubungkan dengan pin PD1 dan PD3 pada mikrokontroler ATMega 328P seperti terlihat pada Gambar 3.7.
Mekanisme pengukuran komponen dilakukan sebanyak 3 kali pada komponen resistor, induktor dan kapasitor seperti pada Tabel 3.4-3.6. Mekanisme pengukuran daya dan tegangan arus listrik dilakukan sebanyak 3 kali pada beban lampu DC dan beban rangkaian RLC yang disusun secara seri atau paralel seperti pada Tabel 3.7-3.9 yang menampilkan data sampel untuk memperoleh nilai akurasi dan presisi dari dua sensor yang disertakan. dalam sistem instrumen meteran listrik. Sensor ACS712 pada penelitian ini dapat diterapkan untuk mengukur besarnya arus yang mengalir pada rangkaian AC dan DC.
Persentase keakuratan komponen alat ukur pada uji ketahanan diperoleh sebesar 99,35% dengan rata-rata tingkat kesalahan sebesar 0,65%. Persentase keakuratan alat ukur komponen pada pengujian induktor dicapai sebesar 94,11% dengan rata-rata tingkat kesalahan sebesar 5,89%. Persentase keakuratan alat ukur komponen pada pengujian kapasitor dicapai sebesar 98,03% dengan tingkat kesalahan rata-rata sebesar 1,97%.
Saran yang dapat dilakukan untuk penelitian selanjutnya adalah agar sistem pengukuran daya AC dan DC serta sistem pengukuran komponen RLC dapat dikembangkan dengan menciptakan sistem pengukuran yang dapat digunakan pada suatu alat seperti multimeter.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian pada Sistem Instrumentasi
- Pengujian Kalibrasi Alat Ukur Komponen RLC
- Pengujian sistem Alat Ukur RLC pada
- Pengujian Sistem Alat Ukur RLC pada
- Pengujian Sistem Alat Ukur RLC pada
- Pengujian Sensor Tegangan DC
- Pengujian Sensor ACS712
- Pengujian Sensor ZMPT101B
Pengambilan Data
- Implementasi Pengukuran Listrik DC
- Implementasi Pengukuran Komponen RLC
- Implementasi Pengukuran Listrik AC
SIMPULAN DAN SARAN
Saran
Creating a culture of inquiry in the classroom while promoting an understanding of theoretical concepts in direct current electrical circuits: A balanced approach.
