tugas akhir sistem data logger kincir angin

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
TUGAS AKHIR
SISTEM DATA LOGGER KINCIR ANGIN
PROPELER BERBAHAN KAYU
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
LULUK ARIYANTO
NIM : 125114024
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
FINAL PROJECT
DATA LOGGER SYSTEM WINDMILL
WOODEN PROPELLER
Presented Partial Fullfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program
LULUK ARIYANTO
NIM : 125114024
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
Jalani hidup dengan optimism dan kesabaran
Dengan ini kupersembahkan karyaku untuk …..
Bapak, Ibu, dan keluargaku tercinta,
Sahabat – sahabatku yang selalu setia bersama,
Teman-teman seperjuanganku Teknik Elektro 2012,
Dan semua orang yang hadir didalam kehidupanku
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Untuk mengetahui kinerja pembangkit listrik yang dihasilkan oleh kincir angin
propeller berbahan kayu. Diperlukan data – data parameter tegangan, arus generator listrik,
kecepatan angin, kecepatan poros dan arah angin. Sistem perekaman data tersebut dilakukan
oleh piranti data logger.
Sistem data logger menggunakan Arduino Uno sebagai pusat pengolahan dari kelima
sensor tersebut. Sensor tegangan, sensor arus, dan sensor kompas tersebut akan diambil
sampling setiap 0,04 detik,lalu untuk sensor tegangan, sensor arus dan sensor kompas akan
diolah samplingnya tadi setiap 0,4 detik, sedangkan untuk sensor kecepatan poros dan sensor
kecepatan angin diambil sampling setiap 1 detik, setelah itu akan disimpan setiap 10 detiknya.
Sebelum itu hasil pengolahan data akan ditampilkan di LCD 16x2 setiap detiknya.
Data logger kincir angin propeller berbahan kayu berhasil dibuat, dengan Tingkat
keberhasilan sensor tegangan sebesar 99,3%, sensor arus sebesar 96,78%, kompas sebesar
98,1%, sensor kecepatan angin 79,7% dan sensor kecepatan poros sebesar 94,1%
Kata kunci : data logger, kincir angin, Arduino Uno
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
To determine the performance of power generated by windmill wooden propeller. Need
required data parameter such as voltage, current electric generator, wind speed , the shaft speed
windmills and the wind direction. The data recording system is performed by the data logger.
The system uses an Arduino Uno as a center processing of the fifth sensor. A voltage
sensor, a current sensor, and compass sensor sampling will be take every 0,04 second, and then
to a voltage sensor, a current sensor and compass sensor will be processed every 0,4 second,
while for shaft speed sensor and wind speed sensor sampling will be taken every 1 second.
After that the fifth sensor will be recorder every 10 second. Before that the processing data of
fifth sensor will be displayed on the LCD 16x2 every second.
Datalogger windmill wooden propeller is fully established, with successful precentage
for voltage sensor is 99,3%, for a current sensor is 96,78%, for a compass sensor is 98,1%, for
a wind speed sensor is 79,7% and for shaft speed sensor is 94,1%.
The keywords : Datalogger, Windmill, Arduino Uno
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T karena atas segala rahmat-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan tugas akhir
ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.
Selama pembuatan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa begitu banyak pihak yang
memberikan bantuan baik berupa idea tau gagasan, dukungan moral, maupun bantuan materi.
Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Drs. Johanes Eka Priyatma, M.Sc., Ph.D, selaku Rektor Universitas Sanata Dharma
2. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math. Sc., Ph. D selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi
3. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku ketua Program Studi Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma.
4. Dr. Iswanjono, selaku dosen pembimbing yang dengan penuh setia, kesabaran dan
pengertian untuk membimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Martanto, S.T.,M.T. dan Augustinus Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku dosen
penguji yang telah memberi masukkan, kritik dan saran serta merevisi penulisan
tugas akhir ini.
6. Seluruh dosen yang telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat selama
menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
7. Keluarga penulis terutama bapak, ibu, kakak dan adek yang telah banyak
memberikan dukungan doa, kasih sayang dan motivasi selama menempuh
pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
8. Keluarga besarku yang telah memberi dukungan selama menempuh pendidikan di
Universitas Sanata Dharma.
9. Sahabat – sahabatku :Sambu Rezpatia, Andita Prastiti, Rico, Erik yang selalu ada
untuk membantuku, menyemangatiku dan menghiburku.
10. Teman – teman seperjuangan Teknik Elektro 2012 yang telah menemani pada saat
menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dhama.
11. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah banyak
memberikan banyak bantuan dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) ……………………………………………i
HALAMAN JUDUL(Bahasa Inggris)………………………………………………...ii
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………………………………………………………………….xvi
BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………………..1
1.1.
Latar Belakang………………………………………………………………...1
1.2.
Tujuan da Manfaat Penelitian…………………………………………………3
1.3.
Batasan Masalah………………………………………………………………3
1.4.
Metodologi Penelitian………………………………………………………...4
BAB II DASAR TEORI……………………………………………………………...6
2.1.
Pengondisi Sinyal…………………….............................................................6
2.2.
Pembagi Tegangan…………………………………………………………...7
2.3.
LM358………………………………………………………………………8
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.4.
HMC5883L…………………………………………………………………8
2.5.
Optocoupler…………………………………………………………………9
2.6.
Led…………………………………………………………………………. 11
2.7
Arduino Uno Rev3………………………………………………………….13
2.7.1. Spesifikasi Arduino Uno Rev3………………………………………14
2.7.2. Pemrograman Arduino IDE………………………………………….15
2.7.3. Komunikasi Serial Arduino………………………………………….17
2.8.
LCD………………………………………………………………………...17
2.9.
IC DS1307………………………………………………………………….19
2.10.
Saklar push button………………………………………………………….20
2.11.
WCS 1800………………………………………………………………….22
2.12. Rancang bangun Anemometer 3 mangkuk…………………………………23
2.12.1. Angin……………………………………………………………….23
2.12.2. Mangkuk Anemmeter……………………………………………...24
2.12.3. Momen Inersia……………………………………………………..24
2.13. Proses Pensamplingan Data………………………………………………..28
BAB III RANCANGAN PENELITIAN………………………………………...29
3.1.
Konsep Dasar.……………………………………………………………..29
3.2.
Perancangan Perangkat Keras……………………………………………..29
3.2.1. Sensor Tegangan……………………………………………………29
3.2.2. Sensor Arus…………………………………………………………30
3.2.3. Sensor Kompas……………………………………………………..33
3.2.4. Sensor Kecepatan Kincir Angin……………………………………34
3.2.5. Sensor Kecepatan Angin………………………………………..36
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.2.6. Arduino Uno…………………………………………………….37
3.2.7. Tombol………………………………………………………….39
3.2.8. Format Paket Data………………………………………………40
3.3.
LCD……………………………………………………………………41
3.4.
Skema Pemasangan……………………………………………………41
3.5.
Diagram Alir Utama Data logger……………………………………..41
3.5.1. Diagram Alir Subrutin Data Tegangan dan Arus………………41
3.5.2. Diagram Alir Subrutin Pengolahan Data kec.kincir
dan kec. Angin.………………………………………………………..42
3.5.3. Diagram Alir Subrutin Kompas………………………………..42
3.5.4. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan Data…………………….42
3.6.
Desain Boks Data logger……………………………………………..43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………………48
4.1.
Bentuk Fisik data logger dan Hardware elektronik…………………48
4.1.1. Bentuk Fisisk data logger……………………………………..48
4.1.1.1. Rangkaian Catu Daya DC…………………………...49
4.1.1.2. Rangkaian Pembagi Tegangan………………………49
4.1.1.3. Rangkaian Pengondisi Sinyal……………………….50
4.1.1.4. Rangkaian Reset ekternal dan LCD karakter………..51
4.2.
Pengujian Alat…………………………………………………….....51
4.2.1. Sensor Tegangan……………………………………………...51
4.2.2. Sensor Arus…………………………………………………...53
4.2.3. Sensor Kompas………………………………………………..54
4.2.4. Sensor Kecepatan Angin…………………………………....55
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4.2.5. Sensor Kecepatan Poros…………………………………….57
4.2.6. Pengujian RTC dan SD Card…………………………….....58
4.2.7. Pengujian Keseluruhan………………………………….......59
4.3.
Pengujian dan Pembahasan Perangkat Lunak…………………......59
4.3.1. Inisialisai I/O………………………………………………..60
4.3.2. Pensamplingan Data………………………………………...60
4.3.3. Pengolahan Data………………………………………….....61
4.3.4. Penyimpanan Data…………………………………………..60
4.3.5. Menampilakn ke LCD…………………………………….....61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………..63
5.1.
Kesimpulan…………………………………………………………63
5.2.
Saran……………………………………………………………......63
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………..64
LAMPIRAN……………………………………………………………….65
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin
Propeller Berbahan Kayu………………………………………………………………...2
Gambar 1.2. Diagram Blok Perancangan………………………………………………..5
Gambar 2.1. Rangkaian Penguat Selisih Tegangan……………………………………..6
Gambar 2.2. Rangkaian Buffer………………………………………………………….7
Gambar 2.3. Rangkaian Dasar Pembagi Tegangan……………………………………..8
Gambar 2.4. Konfigurasi LM358……………………………………………………….8
Gambar 2.5. Pin HMC5883L…………………………………………………………...9
Gambar 2.6. Simbol Optocoupler………………………………………………………10
Gambar 2.7. (a). Rangkaian Phototransistor Common Emiter Amplifier……………....10
Gambar 2.7.(b). Rangkaian Phototransistor Common Colector Amplifier……………..10
Gambar 2.8. Konfigurasi LED………………………………………………………….12
Gambar 2.9. Rangkaian Indikator LED………………………………………………...13
Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Arduino Uno…………………………………………...15
Gambar 2.11. Pin Mapping ATmega168/328…………………………………………..15
Gambar 2.12. Perangkat LUnak Arduino Uno IDE versi 1.6.6………………………...16
Gambar 2.13. LCD 16x2………………………………………………………………..18
Gambar 2.14.(a). Simbol Tombol tekan NO(Normally Open)…………………………21
Gambar 2.14.(b). Simbol tombol tekan NC(Normally Close)….………………………21
Gambar 2.15.(a). Rangkaian tombol tekan pull up……………………………………..21
Gambar 2.15.(b). Rangkaian tombol tekan pull down……………………….……….21
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.16. Rangkaian Reset Eksternal…………………………………….………22
Gambar 2.17. Ilustrasi Hall Effect sensor…………………………………………….22
Gambar 2.18. Konfigurasi sensor Arus hall effect…………………………………...23
Gambar 2.19. Perbandingan antara Tegangan Keluaran
dengan Arus Masukan WCS1800……………………………………………………23
Gambar 2.20. Momen inersia sebah titik partikel terhadap poros…………………...24
Gambar 2.21. Batang Uniform dengan sumbu putar melalui salah satu ujung……...25
Gambar 2.22. Setengah bola dengan sumbu putar melalui salah satu ujung…….......25
Gambar 2.23. Poros bermagnet dengan sumbu putar melalui pusatnya……………..26
Gambar 2.24. Sketsa mangkuk anemometer ideal…………………………………...27
Gambar 2.25.(a). Tinjau Segitiga x…………………………………………………..28
Gambar 2.25.(b). Tinjau segitiga y…………………………………………………..28
Gambar 3.1. Rangkaian pembagi tegangan dan nilai komponen………………...….30
Gambar 3.2. Grafik persamaan sensor WCS1800…………………………………...31
Gambar 3.3. Rangkaian pengondisi sinyal…………………………………………..32
Gambar 3.4. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis compass……………………………....33
Gambar 3.5. Tampak atas DT-Sense 3 axis compass…………………...…………..33
Gambar 3.6. Tampak bawah DT-Sense 3 axis compass…………………………....34
Gambar 3.7. Skematik rangkaian lin tracking sensor……………………………....35
Gambar 3.8.(a). Anemometer mangkuk…………………………………………....36
Gambar 3.8.(b). Skematik sensor kecepatan angin………………………………...36
Gambar 3.9. Tampa katas Arduino uno……………………………………………37
Gambar 3.10. Rangkaian reset eksternal………………………………………….38
Gambar 3.11.(a). Rangkaian start………………………………………………….40
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 3.11.(b). Rangkaian stop………………………………………………….40
Gambar 3.12. Rangkaian LCD character 16x2……………………………………41
Gambar 3.13. Skematik pemasangan data logger beserta peralatan pendukung…..43
Gambar 3.14. Diagram alir utama dari data logger………………………………..44
Gambar 3.15. Diagram alir subrutin pengolahan data tegangan dan arus…………45
Gambar 3.16. Diagram alir pengolahan data kec.kincir dan kec.angin…………....45
Gambar 3.17. Diagram alir subrutin pengolahan data kompas……………………46
Gambar 3.18.(a). boks tampak atas………………………………………………..46
Gambar 3.18.(b). Boks tampak belakang……………………………………….…46
Gambar 3.18.(c). Boks tampang samping………………………………………....46
Gambar 3.19. Diagram alir subrutin penyimpanan data……………………..…....47
Gambar 4.1. Kotak sistem tampak atas…………………………………………....48
Gambar 4.2. Kotak sistem tampak samping……………………………………....48
Gambar 4.3. Sensor kecepatan angin(anemometer)……………………………....49
Gambar 4.4.(a). Rangkaian sistem data logger…………………………………...50
Gambar 4.4.(b). Rangkaian catu daya DC………………………………………..50
Gambar 4.4..(c). Rangkaian pembagi tegangan…………………………………..50
Gambar 4.4.(d). Rangkaian pengondisi sinyal…………………………………....50
Gambar 4.4.(e). Rangkaian reset eksternal……………………………………….50
Gambar 4.4.(f). Rangkaian LCD karakter………………………………………..50
Gambar 4.5. Voltmeter…………………………………………………………...52
Gambar 4.6. Amperemeter…..…………………………………………………...52
Gambar 4.7. Grafik perbandingan tegangan voltmeter dengan data logger .....…52
Gambar 4.8. Grafik perbandingan arus data logger dengan amperemeter............53
xviii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 4.9. Grafik berbandingan antara kompas data logger dengan
kompas android.................................................................................................... 55
Gambar 4.10. Lampu Beban...............…………………………………………..55
Gambar 4.11. Ekor Kompas...................……………………………………….55
Gambar 4.12. Grafik perbandingan antara anemometer data logger
dengan anemometer ...........................................................................................56
Gambar 4.13. Anemometer.................................................…………………....57
Gambar 4.14. Grafik perbandingan antara kecepatan poros data logger
dengan Tachometer.............................................................................................58
Gambar 4.15. Contoh pengambilan data.............................................................59
Gambar 4.16. Inisialisasi I/O..............................................................................60
Gambar 4.17. Tata letak dan tampilan pada LCD 16x2.....................................62
xix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Negara Indonesia adalah Negara kepulauan yang terletak di wilayah khatulistiwa dan
diapit oleh dua benua: Asia dan Australia. Kurang lebih dua per tiga wilayah Indonesia
adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia, yaitu kurang lebih
80791,42km.
Itulah
mengapa
Indonesia
merupakan
wilayah
potensial
untuk
mengembangkan pembangkit energi bertenaga angin. Kecepatan angin di daerah pantai
Indonesia rata-rata 5 m/detik. Di beberapa daerah misalnya Laktutus, Atambua, NTT
kecepatan angin dapat mencapai hingga 12meter/detik.
Di Laktutus sudah pernah dibangun beberapa kincir angin dengan propeler berbahan
logam, akan tetapi karena desain tidak memperhatikan kondisi riil dearah tersebut, sehingga
kincir angin tersebut tidak dapat bertahan lama. Telah dilakukan studi perbandingan di
Rembang untuk melihat kincir angin petani garam. Sebagian besar kincir garam
menggunakan propeler dari bahan kayu dan dapat bertahan lama. Telah dilakukan
implementasi awal kincir garam dan diuji coba di daerah pantai selatan Yogyakarta. Dengan
kecepatan angin 4-7 meter/detik kincir dapat bekerja dengan baik dan kinerja kincir angin
masih dapat ditingkatkan, akan tetapi dengan kecepatan angin yang ada belum ada alat yang
membantu untuk mengoptimalkan energi angin yang ada.
Berdasarkan hal-hal tersebut, tim peneliti dari Universitas Sanata Dharma yang
diketuai oleh Dr. Ir. Iswanjono, M.T. melakukan penelitian desain dan implementasi kincir
angin propeler berbahan kayu dengan variasi bentuk sudu, sudut belok, dan sudut putar.
Kincir ini akan digunakan untuk menggerakan generator listrik. Kecepatan putar poros kincir
dan pemilihan beban listrik akan dikontrol secara otomatis untuk mendapatkan energi yang
optimal. Sistem secara keseluruhan dibagi menjadi empat bagian. Bagian pertama terdiri dari
kincir angin propeler berbahan kayu, bagian kedua terdiri dari sensor dan sistem data logger,
bagian ketiga terdiri dari sistem pengirim radio telemetri, dan bagian keempat terdiri dari
sistem penerima dan sistem akuisisi data seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1.
Berdasarkan Gambar 1.1 ,maka dibuatlah ide untuk membuat data logger. Data logger
sendiri dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil,
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
mengumpulkan dan menyiapkan data hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang
dikehendaki [1].
Generator AC
LCD
Push Button
LED
Push Button
Rectifier
Sensor Tegangan
Laptop/PC
Sensor Arus
Poros Kincir
Angin
Sensor
Kecepatan Poros
Angin
Sensor
Kecepatan Angin
Arduino Uno Rev3
Arduino Uno
Rev3
XBee
USB
Adapter
Sensor Kompas
RTC & SD Shield
RTC DS1307
Kincir Angin
Propeler
Berbahan Kayu
XBee PRO Shield V1.1
SD Card
XBee-PRO
(S2B)
Sistem Data Logger
Sistem Pengirim
XBee-PRO
(S2B)
Sistem
Penerima
Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin Propeler Berbahan
Kayu
Data logger ini merupakan pengembangan yang telah dibuat oleh IbIKK Teknik
Elektro Universitas Sanata Dharma [2],Dimana data logger ini nantinya akan menyimpan
data dari tegangan, arus, kecepatan putar kincir angin, kecepatan angin dan juga selain itu
ada juga arah angin, dimana untuk meningkatkan kecepatan putar dari kincir angin, maka
kincir angin harus lebih fleksibel bisa mengarah kesegala arah. Dengan menggunakan
Arduino Uno sebagai pengolah data dan juga untuk mengirimkan data tersebut ke penampil
data, memilih Arduino Uno dikarenakan adanya kesesuaian beberapa sensor yang dipakai
dengan Arduino Uno baik itu library maupun port yang digunakan. Selain itu untuk
menunjang semua itu maka didalam data logger akan ada sensor tegangan, sensor arus,
sensor arah angin, sensor kecepatan putar kincir angin dan juga sensor untuk kecepatan
angin.
Sensor-sensor ini akan bekerja secara terus-menerus lalu akan menyimpan data
kedalam SDCard setiap 10 detik sekali secara real time. Untuk menyimpan data secara real
time maka menggunakan RTC atau Real Time Clock, lalu menggunakan RTC Shield v1.0
yang telah sesuai dengan Arduino Uno. Lalu untuk membuat sensor tegangan menggunakan
pembagi tegangan, dimana perkiraan tegangan maksimum yang akan dihasilkan oleh kincir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
angin yaitu 60Voltdc. Lalu keluaran dari pembagi tegangan akan dihaluskan kembali dengan
RC Filter. Untuk sensor arus menggunakan modul sensor arus WCS1800, dimana sensor
WCS1800 ini memiliki kekuatan untuk mendeteksi arus maksimal yaitu sebesar 30 ampere
[3]. Lalu untuk sensor arah angin menggunakan modul sensor kompas HMC5883L yang
telah sesuai dengan setelan di dalam Arduino Uno. Selain itu menggunakan sensor rotary
encoder untuk menghitung kecepatan putar dari kincir angin dan juga kecepatan angin itu
sendiri.
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat data logger dengan pengolah data adalah
Arduino Uno yang didalamnya ada real time clock dan Slot memori untuk menyimpan data
dari beberapa sensor, seperti tegangan, arus, arah putar angin, kecepatan angin dan juga
kecepatan putar kincir angin dalam optimalisasi kincir angin propeler berbahan kayu.
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menunjang optimalisasi energi listrik yang
dihasilkan kincir angin propeler berbahan kayu. Sebagai tempat untuk menyimpan data
sewaktu-waktu diperlukan untuk diteliti lebih lanjut.
1.3 Batasan Masalah
Supaya Tugas Akhir ini bisa mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu
kompleksnya permasalahan yang muncul, maka perlu adanya batasan-batasan masalah yang
sesuai dengan judul Tugas Akhir ini. Adapun batasan masalahnya adalah :
1.
Menggunakan Arduino Uno untuk mengolah data dan juga mengirimkan data,
Arduino Uno ini menggunakan Integrated Circuit (IC) ATmega 328, selain itu
juga Arduino Uno untuk menampilkan ke LCD.
2.
Menggunakan pembagi tegangan sebagai sensor tegangannya, dengan jarak
tegangan 0 Volt dc sampai dengan 60 Volt dc. Dengan sensivitas 60:3,3
3.
Sensor yang digunakan untuk arus adalah modul sensor WCS1800. Integrated
Circuit (IC) WCS1800 merupakan jenis sensor hall effect jadi mengandalkan
medan magnet untuk mendeteksi arusnya.dengan jarak arus dari 0 Ampere
sampai dengan 25 Ampere. Dengan sensivitas 60mV/A
4.
Untuk sistem real time nya menggunakan RTC Shield V1.0 yang telah sesuai
dengan Arduino Uno. Lalu didalam RTC Shield V1.0 juga sudah terpasang ic
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
DS1307 sebagai ic Real Time clock dan kartu memori untuk menyimpan data
yang telah diproses di Arduino Uno.
5.
Sensor kompas menggunakan modul kompas HMC5883L yaitu DT- Sense 3
Axis Compass.
6.
Sensor kecepatan angin menggunakan optocoupler,dengan jumlah rotary adalah
10.
7.
Sensor kecepatan poros kincir angin menggunakan optocoupler dimana jumlah
rotary adalah 16.
8.
Menyimpan data pengukuran berupa data *,tanggal, jam, tegangan, arus,
kecepatan poros kincir angin, kecepatan angin, arah angin, dan #.
9.
Penyimpanan data setiap 10 detik sekali dan akan ditampilkan setiap detiknya.
10. Data disimpan dalam bentuk data text.
11. Menampilkan data yang tersimpan kedalam LCD 16x2.
1.4 Metodologi Penelitian
Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai, metode-metode yang digunakan dalam
menyusun tugas akhir ini adalah :
1. Studi literature, yaitu dengan cara mendapatkan data dengan cara membaca bukubuku dan jurnal-jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dalam
tugas akhir ini.
2. Eksperimen, yaitu dengan cara langsung melakukan praktek maupun pengujian
terhadap hasil pembuatan alat dalam pembuatan tugas akhir ini.
3. Perancangan subsistem hardware. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk
model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari
berbagai factor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Pada Gambar
1.2 menunjukan diagram blok perancangannya.
4. Pembuatan subsistem hardware. Dalam pembuatan data logger ini mulai
menyatukan beberapa sensor yang telah menjadi modul dan juga membuat sensor
yang belum menjadi modul, lalu digabungkan menjadi satu dengan Arduino Uno.
5. Proses pengambilan data. Pengambilan data dilakukan setelah alat jadi dan juga
mulai mengoperasikan kelima sensor tersebut untuk diambil data nya dengan
bantuan kincir angin propeler berbahan kayu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
RTC Shield v1.0
Real time Clock
Tombol
LCD
Arduino Uno
Sensor rotary encoder
sensor kecepatan angin
Sensor Line tracker
sensor kecepatan poros
kincir angin
Sensor tegangan
Sensor WCS1800
sensor arus
HMC5883L
Sensor kompas
Generator
Kincir angin
Gambar 1.2. Diagram Blok Perancangan
6. Analisis dan penyimpulan data percobaan. Analisis data dilakuka dengan cara
mengecek performe alat (misal : kestabilan system dalam jangka waktu yang
lama), keakurasian sensor yang ada di dalam data logger tersebut. Penyimpulan
hasil percobaan dapat dilakukan setelah selsai melakukan analisis. Penyimpulan
hasil dapat dilakukan dengan membandingkan data yang telah didapatkan dari
data logger dengan dengan data yang telah terakurasi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Pengondisi Sinyal
Rangkaian pengondisi sinyal merupakan rangkaian yang digunakan untuk mengubah
level tegangan sesuai dengan yang diinginkan. Rangkaian pengondisi sinyal sangat
diperlukan bila tegangan yang diperlukan tidak tersedia oleh tegangan yang ada. Seperti
rangkaian pengondisi sinyal yang dipakai untuk sensor WCS1800 yang disini akan dibuat.
Sebelum membuat sebuah rangkaian pengondisi sinyal harus memperhatikan karakteristik
sensor yang akan kita buatkan rangkaian pengondisi sinyalnya, dalam hal ini karakteristik
dari WCS1800 adalah[3] : memiliki sensivitas 60mV/A, ketika arus 0 ampere, maka
keluaran tegangan analog adalah 2,5volt dan ketika arus 25 ampere maka tegangan keluaran
analog sebesar 2,5volt + (25volt*60mV/A) = 4 volt. Dengan karakteristik itu dapat dibuatlah
pengondisi sinyal yang akan diinginkan, dimana karakteristik yang diinginkan adalah ketika
0 ampere keluaran tegangan analog adalah 0 volt dan ketika arus mencapai 25 ampere maka
keluaran tegangan analog adalah 3,3volt. dengan karakteristik ini dibuat pengondisi sinyal
yang sesuai yaitu yang menggunakan voltage subtraction.
Voltage subtraction atau penguat selisih tegangan adalah rangkaian penguat
operasional (operational amplifier) dimana ada dua masukan yang akan diolah didalam
penguat operasional ini. Dimana masukan pertama dari sensor yang akan dibuatkan
pengondisi sninyal dan masukan kedua berasal dari tegangan offset. Fungsi dari tegangan
offset itu sendiri adalah untuk mengenolkan nilai awal dari sensor WCS1800. Pada Gambar
2.1 menunjukan rangkaian dasar dari penguat selisih tegangan.
Gambar 2.1. Rangkaian Penguat selisih tegangan
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Dimana rangkaian penguat selisih tegangan memiliki persamaan [4] :
Vout 
R3 R2  R 4
R4
Vin 
Voff
R1  R3 R 2
R2
Vout
= m* (Vin +c)
(2.1)
(2.2)
Selain rangkaian penguat selisih tegangan ini juga dibutukan rangkaian buffer.
Rangkaian Buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan keluaran sama dengan
tegangan masukannya. Fungsi rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai
penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi penguatan tegangan.
Rangkaian buffer ditunjukan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Rangkaian Buffer [3]
Dengan metode hubung singkat antara jalur masukan pembalik (inverting) dan jalur
keluaran, maka diperoleh perhitungan matematis : Vout = Vin, sehingga diperoleh nilai
penguatan tegangan (Av) =
𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛
= 1 , dilihat dari hasil ini bisa dikatakan tidak terjadi
penguatan tegangan.
2.2. Pembagi tegangan
Rangkaian pembagi tegangan adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah
resistor yang diseri lalu diambil tegangan diantara sambungan resistor tersebut. Rangkaian
pembagi tegangan berfungsi membagi tegangan input menjadi beberapa bagian tegangan
keluaran. Pada Gambar 2.3 menunjukan rangkaian dasar dari pembagi tegangan. Dari
Gambar 2.3 mendapatkan persamaan tegangan keluaran yaitu:
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛 ∗ (
𝑅2
)
𝑅1 + 𝑅2
(2.3)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.3. Rangkaian dasar Pembagi Tegangan
2.3. LM358
Integrated Circuit (IC) LM358 merupakan ic penguatan operasional yang memiliki
dua buah penguatan operasional (operational Amplifier) didalamnya, memiliki penguatan
(gain) yang besar, IC ini memiliki single catu. Selain itu ic ini memiliki bandwidth yang
lebar yaitu 1MHz. Untuk single catu dianjurkan tegangan maksimal adalah 32 volt dan
minimal 3 volt[5]. Keluaran tegangan yang dihasilkan dari IC LM358 dari 0 volt sampai
dengan 26 volt. Untuk konfigurasi IC LM358 ditunjukan dengan Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Konfigurasi LM358
2.4. HMC5883L
HMC5883L merupakan jenis IC yang didesain untuk sensor magnetic dengan
antarmuka digital untuk aplikasi seperti kompas dan juga magnetometry. Magnetometry
adalah sebuah instrumen pengukuran yang digunakan untuk dua tujuan umum, yaitu untuk
mengukur magnetisasi bahan magnet seperti feromagnet, atau untuk mengukur kekuatan
dan, dalam beberapa kasus arah medan magnet pada suatu titik dalam ruang angkasa.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Didalam HMC5883L ini juga sudah terintegrasi untuk mengkalibrasi internal dan juga ada
driver untuk degaussing. Konfigurasi pin HMC5883L ditunjukan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Pin HMC5883L
HMC5883L sudah menjadi modul, salah satunya adalah DT- Sense 3 Axis Compass [6].
Spefisikasi dari modul DT- Sense 3 Axis Compass yaitu :
 Tegangan masukan 3,3 volt dc dan konsumsi arus rendah yaitu maksimal 100uA
 Memiliki sensor magnetoresistive 3 sumbu
 Memiliki jangkauan pembacaan medan magnet sampai dengan ± 8 Gauss dengan
resolusi 5 miliGauss
 Akurasi kompas hingga 1-2
2.5. Optocoupler
Optocoupler merupakan piranti elektronik yang terdiri dari dua bagian utama yaitu
LED (Light Emitting Diode) dan juga Phototransistor. Prinsip kerja optocoupler adalah: jika
antara Phototransistor dan LED terhalang maka Phototransistor tersebut akan mati sehingga
keluaran dari kolektor akan berlogika tinggi, sebaliknya jika antara LED dan Phototransistor
tidak terhalang maka Phototransistor akan nyala dan keluaran dari kolektor akan berlogika
rendah. Phototransistor adalah transistor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik
dan memiliki penguat (gain) internal. Penguat internal yang terintegrasi ini menjadikan
sensivitas atau kepekaan phototransistor terhadapa cahaya jauh lebih baik dari komponen
pendeteksi yang lain. Cahaya yang diterima oleh phototransistor akan menimbulkan arus
pada daerah basisnya dan menghasilkan penguatan arus hingga ratusan kali. Phototransistor
juga digolongkan sebagai tranduser.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Prinsip kerja phototransistor hampir sama dengan transistor pada umumnya. Dimana
arus pada basis transistor dikalikan untuk memberikan arus pada kolektor. Namun khusus
untuk phototransistor, arus basis dikendalikan oleh jumlah cahaya yang diterimanya. Oleh
karena itu fisik phototransistor hanya memiliki dua kaki yaitu kolektor dan emitter saja.
Sedangkan terminal basisnya berbentuk lensa yang berfungsi untuk menangkap cahaya.
Macam- macam konfigurasi common pada optotransistor ditunjukan pada Gambar 2.7. Pada
prinsipnya adalah ketika basis phototransistor menerima cahaya yang tinggi, maka arus yang
mengalir dari kolektor ke emitor akan semakin besar pula. Symbol Optocoupler ditunjukan
pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Simbol Optocoupler
Ada dua konfigurasi common :
(a)
(b)
Gambar 2.7. (a) Rangkaian Phototransistor Common Emiter Amplifier
(b) Rangkaian Phototransistor Common Colector Amplifier
Perbedaan dari kedua common adalah jika Common Emiter Amplifier jika ada
cahaya maka akan berlogika dari 1 menuju 0 tetapi Common Colector Amplifier jika ada
cahaya maka akan berlogika dari 0 menuju 1. Fungsi phototransistor juga ada dua yaitu
sebagai saklar dan juga penguat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Perbedaan antara phototransistor dengan photodioda diantarnya adalah photodioda lebih
cepat daripada phototransistor dalam hal respon frekuensi, jika dalam hal penguat (gain)
phototransistor lebih tinggi daripada photodioda.
Rumusan untuk menghitung besar kecepatan angin dengan optocoupler sebagai alat
pencacah adalah:
Rpm =
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒑𝒆𝒓𝒖𝒃𝒂𝒉𝒂𝒏_𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒖𝒑𝒔𝒊
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒓𝒐𝒕𝒂𝒓𝒊
∗ 60 ∶
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒑𝒆𝒓𝒖𝒃𝒂𝒉𝒂𝒏_𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒖𝒑𝒔𝒊
𝒑𝒆𝒓𝒊𝒐𝒅𝒂
∗𝟔𝟎: 𝟏𝟎𝟎𝟎 )
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒓𝒐𝒕𝒂𝒓𝒊
𝟐∗𝝅∗𝒓 (
Kecepatan angin =
Dimana :
60
𝒑𝒆𝒓𝒊𝒐𝒅𝒂
𝟏𝟎𝟎𝟎
: 1000
(2.6)
(2.7)
r : jari- jari lingkaran baling - baling/ mangkok.
Rumusan untuk menghitung kecepatan poros kincir angin dengan optocoupler
sebagai alat pencacahnya adalah :
rpm =
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒖𝒑𝒔𝒊_𝒌𝒆𝒕𝒊𝒌𝒂_𝒏𝒂𝒊𝒌
𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉_𝒓𝒐𝒕𝒂𝒓𝒊
∗ 60
(2.8)
2.6. Led
LED (Light Emitting Diode) adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan
semi konduktor jenis dioda yang mampu memancarkan cahaya. LED mampu menghasilkan
cahaya yang berbeda- beda menurut semi konduktor yang digunakan dan jenis bahan semi
konduktor tersebut akan menghasilkan panjang gelombang yang berbeda, sehingga cahaya
yang dihasilkan berbeda pula. LED adalah salah satu jenis dioda, maka LED memiliki dua
kutub yaitu anoda dan katoda. Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik yang
mengalir dari anoda menuju katoda.
Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik LED tidak akan
menyala. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang juga cahaya
yang dihasilkan., namun perlu diperhatikan bahwa arus yang diperbolehkan adalah 10mA20mA dan tegangan 1,6 volt - 3,5 volt menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus
yang mengalir melebihi 20mA, maka LED akan terbakar. Untuk menjaga supaya LED tidak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
terbakar maka perlu adanya resistor sebagai penghambat arus.LED ditunjukan pada gambar
2.8.
Gambar 2.8. Konfigurasi LED
Berdasarkan gambar diatas, persamaan untuk mencari nilai tegangan menggunakan hukum
ohm yaitu V=I*R, sehingga persamaan untuk mencari nilai resistor yang digunakan sebagai
indicatoradalah:
𝑅=
𝑉𝑠 −𝑉𝑑
𝐼
Dimana :
V
= Tegangan
I
= Arus listrik
R
= Resistor
Vs
= Tegangan sumber
Vd
= Tegangan LED
Tegangan kerja pada sebuah LED menurut warna yang dihasilkan [7]:
1. Infra merah
: 1,6V
2. Merah
: 1,8V – 2,1V
3. Oranye
: 2,2V
4. Kuning
: 2,4V
5. Hijau
: 2,6V
6. Biru
: 3,0V – 3,5V
7. Putih
: 3,0V – 3,6V
8. Ultraviolet
: 3,5V
(2.9)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Pada umumnya tegangan yang digunakan pada perancangan adalah tegangan
minimal LED (Vmin
LED),
tegangan minimal LED adalah sebesar 1,5V. gambar 2.9
menunjukan rangkaian indicator LED
Gambar 2.9. Rangkaian Indikator LED
2.7. Arduino Uno Rev3
Arduino adalah sebuah platform elektronik yang open source, berbasis pada software
dan hardware yang fleksibel dan mudah digunakan, yang ditujukan untuk para seniman,
desainer, hobbies dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang
interaktif[7]. Nama arduino disini tidak hanya dipakai untuk menamai papan rangkaiannya
saja, tetapi juga untuk menamai bahasa dan software pemrogramanya, serta Lingkungan
pemrogramannya. Kelebihan arduino dari segi hardware mikrokontroler yang lain adalah:
 IDE(Integrated Development Environment) arduino merupakan multiplatform, yang
dapat dijalankan diberbagai sistem operasi, seperti Windows, Macintosh, Linux
 IDE arduino dibuat berdasarkan pada IDE Processing, yang sederhana sehingga
mudah digunakan
 Pemrograman arduino menggunakan kabel yang teerhubung dengan port USB,
bukan port serial. Fitur ini juga berguna karena banyak koputer sekarang ini tidak
memiliki port serial
 Arduino adalah hardware dan software open source- pengguna bisa mendownload
software dan gambar rangkaian arduino tanpa harus membayar ke pembuat arduino
 Biaya hardware cukup murah, sehingga tidak menakutkan untuk membuat
kesalahan
 Proyek arduino ini dikembangkan dalam lingkungan pendidikan, sehingga bagi
pemula akan lebih cepat dan mudah untuk mempelajarinya.
 Memiliki begitu banyak pengguna dan komunitasdi internet yang dapat membantu
setiap kesulitan yang dihadapi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2.7.1 Spesifikasi Arduino Uno Rev3
Arduino Uno Rev3 adalah board sistem minimum berbasis mikrokontroler
ATmega328 keluarga AVR. Arduino Uno Rev3 memiliki 14 digital input/output (6
diantaranya digunakan untuk PWM output), 6 analog input, 16 MHz crystal oscillator, USB
connection, power jack, ICSP header, dan tombol reset. Beberapa pin Arduino Uno Rev3
memiliki keggunaan khusus, diantaranya: serial pin 0 dan 1, external intterups pin 2 dan 3,
PWM pin 3, 5, 6, 9, dan 11, SPI pin 10, 11, 12 ,dan 13, LED pin 13, dan TWI pin A4 dan
A5 . LED 13 merupakan built-in LED digital pin 13, ketika pin berlogika tinggi maka LED
akan menyala begitu sebaliknya. Arduino menyimpan informasi sket program. Ketika
Arduino di aktifkan maka LED 13 akan berkedip, begitu juga saat melakukan reset maka
LED 13 akan berkedip.
Tegangan kerja yaitu sebesar 5V, dan tegangan masukan yang direkomendasikan
adalah 7-12V bisa dari USB atau jack power. Arus keluaran dari arduino adalah 40mA untuk
5V dan 50mA untuk 3,3V. Didalam arduino uno juga ada regulator tegangan yaitu
3,3V.setiap pin digital bisa dih=gunakan untuk masukan maupun keluaran dengan fungsi
arduino. 14 pin ini memiliki tegangan keluaran sebesar 5V. Setiap pin menyediakan ataupun
menerima arus maksimal 40mA. Lalu ada tambahan pin untuk fungsi tertentu diantaranya
adalah :
 Serial: pin 0(Rx) dan pin 1(Tx),digunakan untuk menerima (Rx) dan mengirim (Tx)
serial data berupa tegangan TTL (5V dan 0V)
 Ekternal Interupt: pin 2 dan pin 3. Pin ini bisa digunakan untuk interupsi baik itu
rising atau falling edge.
 Pin untuk mengatur pulse Width Modulator (PWM): pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11.
Keluaran berupa 8 bit PWM.
 Pin untuk I2C : analog 4 (A4) atau Serial data (SDA) dan analog 5 (A5) atau Serial
Clock (SCL)
Papan Arduino Uno Rev3 ditunjukan pada Gambar 2.10. Papan Arduino Uno Rev3
berbasis mikrokontoler ATmega328 keluarga AVR. Komponen ini merupakan bagian utama
dari papan Arduino Uno Rev3, sehingga pengguna dapat menerapkan program kontrol untuk
menjalankan papan Arduino Uno Rev3. Selain ATmega328, papan Arduino juga dapat
diganti menggunakan mikrokontroler ATmega 8/Atmega 168 sesuai dengan kebutuhan
pengguna. Gambar 2.11. menunjukkan deskripsi pin mapping ATmega168/328.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Arduino Uno
Gambar 2.11. Pin Mapping ATmega168/328
2.7.2. Pemrograman Arduino IDE
Lingkungan pemrograman Arduino disebut IDE (Integrated Development
Environment). Perangkat lunak Arduino IDE adalah aplikasi cross-platform ditulis dengan
bahasa pemrograman java dan berasal dari IDE untuk bahasa pemrograman wiring project,
hal ini dirancang untuk memudahkan pengguna yang baru mempelajari mikrokontroler
dengan software development, termasuk didalam perangkat lunak dengan kode editor dan
fitur seperti sintaks, brace pencocokan, dan identasi otomatis, serta mampu compile dan
upload program dengan sekali perintah klik[7].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Gambar 2.12. Perangkat Lunak Arduino Uno IDE versi 1.6.6
Gambar 2.12. menuunjukkan perangkat lunak Arduino IDE versi 1.6.6. Perangkat
lunak Arduino IDE dilengkapi dengan library C/C++, membuat operasi input/output jauh
lebih mudah dipahami. Pengguna hanya perlu mendefinisikan dua fungsi untuk membuat
program dapat dijalankan ketika dieksekusi pada papan Arduino Uno Rev3. Fungsi tersebut
diantaranya:
1.
Setup(), fungsi berjalan satu kali pada awal dari sebuah program yang dapat
menginisialisasi masukan dan keluaran pada papan mikrokontroler Arduino Uno
Rev3.
2.
Loop(), fungsi yang dieksekusi berulangkali sampai papan mikrokontroler Arduino di
non-aktifkan.
Bahasa pemrogrman Arduino adalah bahasa C++, dengan dukungan berkas library
yang dapat menyederhanakan proses coding. C++ mendefinisikan beberapa jenis data yang
berbeda. Sign variable memungkinkan mengolah data negatif dan positif, sedangkan
unsigned variable hanya memungkinkan data positif. Tipe data yang digunakan dalam
coding Arduino adalah void, boolean, char, unsigned char, byte, int, unsigned int, word,
long, unsigned long, short, float, double, array, string-(char array), dan String-(object). Tipe
data string memungkinkan penggunaan untuk memanipulasi teks string dalam cara yang
lebih kompleks seperti melakukan penggabungan string, penambahan string, mengganti
substring, dan lain sebaginya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
2.7.3. Komunikasi Serial Arduino
Komunikasi serial Arduino Uno Rev3 pada dasarnya terletak pada pin serial 0 (Rx)
dan 1 (Tx) pada papan Arduino Uno Rev3 yang terhubung ATmega328. Komunikasi yang
disediakan adalah UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) TTL (5 volt).
Papan Arduino Uno Rev3 dilengkapi mikrokontroler ATmega16U2 yang memungkinkan
komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai COM Port Virtual (pada komputer)
sehingga papan Arduino Uno Rev3 dapat berinteraksi dengan perangkat komputer (Personal
Computer). Firmware ATmega16U2 menggunakan driver standar USB COM dan tidak
membutuhkan driver eksternal. Fitur serial monitor pada perangkat lunak Arduino IDE
memungkinkan data tekstual sederhana dikirimkan ke dan dari papan Arduino. LED Rx dan
Tx yang tersedia pada papan akan berkedip ketika data sedang dikirim atau diterima melalui
chip USB-to-serial. Berkas library SoftwareSerial memungkinkan komunikasi serial pada
beberapa pin digital Arduino Uno Rev3. IC ATmega328 pada Arduino Uno Rev3 juga
mendukung
I2C Two Wire Interface (TWI) menggunakan berkas library Wire dan
komunikasi Serial Pheripheral Interface (SPI) menggunakan berkas library SPI.
Fungsi komunikasi merupakan instruksi dalam sket program yang digunakan untuk
menjalankan program. Beberapa instruksi program yang digunakan dalam komunikasi serial
Arduino adalah if(Serial), available(), availableForWrite(), begin(), end(), find(),
findUntil(), flush(), parseFloat(), parseInt(), peek(), print(), println(), read(), readBytes(),
readBytesUntil(),
readString(),
readStringUntil(),
setTimeout(),
write(),
serialEvent().Beberapa instruksi yang umumnya dipakai dalam komunikasi serial arduino
adalah instruksi begin() digunakan untuk mengatur baudrate atau kecepatan komunikasi
umumnya bernilai 9600, instruksi available() digunakan untuk mendapatkan jumlah karakter
atau byte yang telah diterima diserial port, instruksi read(), digunakan untuk membaca data
yang telah diterima diserial port, instruksi println() sama seperti instruksi print() dengan
penambahan enter, dan instruksi readStringUntil(), digunakan untuk membaca data dengan
tipe data string sampai karakter yang ditentukan misalnya (“\n”) karakter enter.
2.8. LCD
LCD (liquid cell display) merupakan salah satu alat komponen elektronika yang
berfungsi untuk menampilkan data berupa karakter. LCD yang digunakan adalah tipe M1632
yang ditunjukan pada gambar 2.13.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Gambar 2.13. LCD 16x2
LCD tipe ini memiliki 2 baris dimana masing – masing baris memuat 16 karakter.
Selain itu LCD ini sangat mudah untuk dioperasikan, kebutuhan daya LCD ini hanya 5V.
konfigurasi pin LCD M1632 dapat dilihat pada Tabel 2.1. dibawah ini.
Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD M1632
No.
Nama
Fungsi
1
Vss
0V (GND)
2
Vcc
5V
3
VLC
LCD Contrast Voltage
4
RS
Register Select; H: Data Input; L: Instruction Input
5
RD
H: Read; L: Write
6
EN
Enable Signal
7
D0
Data bus 0
8
D1
Data bus 1
9
D2
Data bus 2
10
D3
Data bus 3
11
D4
Data bus 4
12
D5
Data bus 5
13
D6
Data bus 6
14
D7
Data bus 7
15
V+BL
Positif backlight voltage (4-4.2V; 50-200mA)
16
V-BL
Negative backlight voltage (0V; GND)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
2.9. IC DS1307 – Real Time Clock (RTC)
IC DS1307 adalah sebuah IC real time clock
yang dapat digunakan untuk
menyimpan waktu. Perangkat ini juga mampu menyimpan data waktu, mulai dari detik,
menit, jam, hari, hingga tanggal, bulan, dan tahun. IC DS1307 bekerja dengan menggunakan
komunikasi serial I2C. ketika catu daya utama tidak aktif maka IC ini akan secara otomatis
akan berpindah ke catuan dari baterai 3.2V.
Semua data yang diterima dari IC DS1307 sudah berupa data Binary Coded Decial
(BCD). Pertukaran data menggunakan antarmuka I2C, yang setiap memulai pertukaran data,
master device harus menginisialisasikan keadaan START dan diakhiri dengan keadaan
STOP. Keadaan STRART terjadi apabila pin SDA berubah dari logika satu menjadi logika
nol saat pin SCL berada pada logika satu. Sedangkan keadaan STOP terjadi saat pin SDA
berubah dari logika nol ke logika satu saat pin SCL berada pada logika satu. Sedangkan
pertukaran data terjadi pada saat pin SCL berada pada logika nol.
Memori IC DS1307 terdiri dua register utama, yaitu Timekeeper Register dan
Control Register. Timekeeper Register berisi data-data pewaktuan, mulai dari detik, menit,
jam, tanggal, bulan, tahun hingga hari. Sedangkan Control Register berisi bit untuk mengatur
keluaran pin SQW/OUT. Saat Square Wave Output tidak aktif, bila bit Out bernilai satu,
maka keluaran pin SQW/OUT juga akan bernilai satu. Bit SQWE berfungsi untuk
mengaktifkan Square Wave Output. Apabila bit ini bernilai satu maka Square Wave Output
akan aktif. Sedangkan nilai frekuensi yang dihasilkan tergantung dari kombinasi bit RS1 dan
RS0. Pengaturan dan keluaran pin SQW/OUT ditunjukan pada Tabel 2.2. untuk memori
pada IC DS1307 ditunjukan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.2. Pengaturan dan Keluaran pin SQW/OUT [9]
RS1
RS0
Frekeunsi
SQWE
OUT
0
0
1 Hz
1
X
0
1
4096 Hz
1
X
1
0
8,192 KHz
1
X
1
1
32,768 KHz
1
X
X
X
0
0
0
X
X
1
0
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Tabel 2.3. Memori pada IC DS1307 [9]
Alamat
Bit 7
Bit 6
Bit 5
00h
CH
10 detik
01h
0
10 detik
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit1 Bit 0
Fungsi
Rentang
Detik
Detik
00-59
Menit
Menit
00-59
1-12
02h
10
12
jam
10 jam
Jam
Jam
+AM/P
M
00-23
02h
24
AM/
PM
10 jam
03h
0
0
0
04h
0
0
10 tanggal
0
bulan
06h
10 tahun
OUT
0
0
SQWE
Hari
0
Jam
1-12
Hari
01-07
Tangga
Tanggal
10
05h
07h
0
Jam
l
Bulan
Bulan
01-12
Tahun
Tahun
00-99
Control
-
0
RS1
RS0
RAM
08h-3Fh
01-31
56x8
00h- FFh
2.10. Saklar push button
Tombol tekan atau push button adalah bentuk saklar yang paling umum dari
pengendali manual yang dijumpai di industry. Tombol tekan NO (normally open)
menyambung ke rangkaian ketika tombol ditekan dan kembali pada posisi terputus ketika
tombol dilepas. Sedangkan tombol tekan NC (normally close) akan memutus rangkaian
apabila tombol ditekan dan akan kembali pada posisi terhubung ketika tombol dilepaskan.
Symbol tombol tekan dapat dilihat pada Gambar 2.14. Dalam hal ini yang sering dipakai
dalam banyak percobaan adalah tombol tekan pull up dimana logika dari pull up adalah
ketika tombol tidak ditekan nilai masukan ke arduino uno berlogika tinggi. Selain itu juga
ada tombol yang digunakan untuk mereset arduino uno, berdasarkan datasheet dimana untuk
melakukan reset diperlukan minimal lebar pulsa sebesar 2,5 us, dan tegangan maksimum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
reset sebesar 1,6 volt. Dimana untuk mengetahui besaran komponen yang akan digunakan
mak menggunakan persamaan ini :
1
1
𝑓
2∗𝜋∗𝑅∗𝐶
𝑇= =
(2.10)
dan juga hukum Ohm V = I*R
(2.11)
(a)
(b)
Gambar 2.14.(a) Simbol tombol tekan NO (Normally open). (b) Simbol tombol tekan NC
(Normally close)
Lalu ada dua macam rangkaian untuk tombol tekan ini yaitu :
1. Hambatan Pull up, merupakan tombol tekan yang ketika tombol ditekan maka akan
berlogika nol (low),dan jika tombol tidak ditekan maiak akan berlogika satu (high).
Ditunjukan pada Gambar 2.15.(a)
2. Hambatan Pull down, merupakan rangkaian tombol, yang apabila tombol ditekan
maka akan berlogika satu (high), bila dilepas akan berlogika nol (low) . Ditunjukan
pada Gambar 2.15.(b).
(a)
(b)
Gambar 2.15.(a) Rangkaian tombol tekan pull up .(b) Rangkaian tombol tekan pul down
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.16. Rangkaian Reset Eksternal
2.11. WCS 1800
WCS1800 merupakan sensor arus yang yang bekerja secara hall effect. Dimana hall
effect sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall effect
sensor akan menghasilkan sebuah tegangan dengan medan magnet yang diterima oleh sensor
tersebut. Pendektesian perubahan kekuatan medan magnet melalui sebuah inductor yang
berfungsi sebagai sensornya. Sensor hall effect terdiri dari lapisan silicon dan dua buah
elektroda pada masing- masing silicon. Hal ini akan menhasilkan perbedaan tegangan pada
keluarannya ketika lapisan silicon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa ada pengaruh dari medan
magnet maka arus akan mengalir tepat ditengah- tengah silicon dan menghasilkan tegangan
yang sama antara elektroda sebelah kiri dan sebelah kanan sehingga menghasilkan tegangan
0 volt. Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir
akan berbelok mendekati/ menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika arus
yang melalui lapisan silicon tersebut mendekati sisi silicon sebelah kiri maka terjadi ketidak
seimbangan tegangan keluaran antara kanan dan kiri hal ini akan menghasilkan beda
tegangan di keluarannya. Semakin besar kekuatan medan magnet maka akan semakin besar
pula pembelokan arus didalam lapisan silicon tersebut dan juga itu akan mempengaruhi beda
tegangan pada keluarannya. Gambar 2.17 menunjuk ilustrasi kerja hall effect sensor
Gambar 2.17. Ilustrasi Hall Effect Sensor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Gambar 2.18.Konfigurasi sensor arus Hall effect
Dalam penelitian ini menggunakan modul WCS1800 yang terdiri hall sensor, diferential
amplifier, temperature compensation, dan juga ada transistor. Dalam modul ini terdapat dua
keluaran yaitu keluaran analog dan juga keluaran digital. untuk tegangan masukan (supply)
yaitu 3,3 voltdc. Untuk diameter lubang sensornya adalah 9mm, sensivitas sensor arus nya
adalah 60mV/A. Untuk karakteristik WCS1800 ditunjukan pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19. Perbandingan antara Tegangan keluaran dengan Arus masukan
WCS1800[2].
2.12. Rancang Bangun Anemometer 3 mangkuk
2.12.1. Angin
Angin adalah gerak nisbi terhadap permukaan bumi. Gerak atmosfer terhadap
permukaan bumi ini memiliki dua buah arah yaitu arah horizontal dan arah vertical. Kedua
gerak atmosfer ini disebabkan oleh ketidakseimbangan radiasi bersih, kelembaban dan
momentum
diantara
lintang
rendah
dan
lintang
tinggi
disuatu
pihak
lain
(Prawirowardoyo,1996). Adapun faktor- faktor yang mempengaruhi gerak atmosfer itu
sendiri yaitu topografi, distribusi antara permukaan daratan dan lautan serta arus laut.
Gerakan atmosfer yang umum adalah gerak horisoltal, karena daerah yang diliputi
jauh lebih luas dan kecepatan horisontalnya jauh lebih besar daripada vertikalnya. Akan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
tetapi yang merupakan sumber pembentukan awan konvektif dan curahan yang berperan
penting dalam menentukan cuaca dan iklim adalah gerak vertikal.
Perubahan cuaca dipermukaan bumi pada dasarnya adalah hasil dari gerak atmosfer
atau gerak udara, yaitu gerak yang dihasilkan oleh berbagai gaya yang bekerja pada paket
udara. Adapun gaya utama penggerak angin adalah gaya gradient tekanan yag disebabkan
perbedaan suhu. Sedangkan gaya- gaya sekunder yang mempengaruhi angin adalah gaya
Corolis (gaya yang timbul karena adanya rotasi bumi), gaya setrifugal dan gaya gesekan.
2.12.2. Mangkuk Anemometer
Mangkuk anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju angin
dimana sensor laju angin terdiri dari tiga mangkuk yang dihubungkan oleh lengan. Seluruh
mangkuk menghadap ke satu arah melingkar sehingga bila angin bertiup maka rotor akan
berputar pada arah yang tetap. Alat ini memberikan tanggapan atas gaya dinamik yang
berasal dari angin yang bekerja pada alat tersebut. Gaya dinamik angin pada permukaan
mangkuk cekung lebih besar daripada mangkk yang cembung.
2.12.2. Momen Inersia
Benda yang bermula- mula diam akan mempertahankan keadaan diamnya (malas
bergerak) dan benda yang bermula- mula bergerak akan mempertahankan keadaan geraknya
atau malas berhenti (Kanginan, 2004). Sifat benda yang cenderung mempertahankan
keadaan geraknya (diam atau bergerak) inilah yang disebut sebagai kelembaman atau
inersia. Sehingga dapat didefinisikan bahwa momen inersia adalah ukuran resistensi atau
kelembaman sebuah benda terhadap perubahan dalam gerak rotasi. Momen inersia ini
tergantung pada distribusi massa benda relative terhadap sumbu rotasi benda dapat dilihat
pada Gambar 2.20.
Momen inersia dari sebuah partikel bermassa m terhadap poros yang terletak sejauh
r dari massa partikel didefinisikan sebagai hasil kali massa partikel terhadap kuadrat jarak
dari titik poros, atau bisa ditulis 𝐼 = 𝑚 ∗ 𝑟 2
Gambar 2.20. Momen Inersia sebuah titik partikel terhadap poros
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Momen inersia untuk benda yang berbentuk batang dengan sumbu putar tegak lurus
dengan batang yang melalui salah satu ujungnya didapat dengan rumus sebagai berikut
massa total dari batang (M) didisribusikan secara uniform sepanjnag L, sehingga kerapatan
massa linier adalah p = M/L, jadi dm = p *dx = (M/L) * dx, untuk lebih jelasnya dapat dilihat
pada Gambar 2.21.
Gambar 2.21. Batang Uniform dengan sumbu putar melalui salah satu ujung
Sehingga momen inersia terhadap sumbu yang tegak lurus batang yaitu :
𝐿
𝐼 = ∫ 𝑥 2 𝑑𝑚
0
𝐿
= ∫ 𝑥2 ∗
0
𝑀
𝑑𝑥
𝐿
𝐿
𝑀
=
∫ 𝑥 2 𝑑𝑥
𝐿
0
𝑀 1 3
𝑥 ]
𝐿 3
1
= 𝑀𝐿2
3
= [
Untuk momen inersia dari belahan mangkuk yaitu sebagai berikut : massa setengah
bola berongga, 𝑑𝑚 = 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟 2 ∗ 𝑑𝑟 (𝑤/𝑔). Yang dimaksud massa disini adalah massa
suatu mangkuk yang tipis. Keterangan r adalah jari- jari mangkuk dan dr merupakan tebal
dari mangkuk, sedangkan w/g adalah massa material per volume. Ilustrasi dapat dilihat pada
Gambar 2.22dibawah ini.
Gambar 2.22. Setengah bola dengan sumbu putar melalui salah satu ujung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Maka perhitungan momen inersia dari setengah bola tersebut adalah :
2𝑎
2
𝑤
𝐼 = ∫ 𝑟 2 (2𝜋𝑟 2 𝑑𝑟 ( ))
3
𝑔
0
2𝑎
4 𝑤
= 𝜋
∫ 𝑟 4 𝑑𝑟
3 𝑔
0
=
4 𝑤 1 5
𝜋
[ 𝑟 ]
3 𝑔 5
=
4
𝑤
𝜋
32𝑎5
15 𝑔
2
21 2
= ( 𝜋𝑎3 𝑤) (
𝑎 32)
5
3𝑔
Dimana 𝑊 =
2
5
𝜋𝑎3 𝑤, maka : 𝐼 =
64
3
𝑚𝑎2
Lalu untuk momen inersia untuk benda berbentuk poros bermagnet yang melewati
pusatnya yaitu dengan mengambil elemen massa dm (Gambar 2.23). dimana setiap elemen
massa adalah sebuah cincin berjari- jari r yang tebalnya dr.
Gambar 2.23. Poros bermagnet dengan sumbu putar melalui pusatnya.
Momen inersia untuk setiap elemen adalah 𝑟 2 𝑑𝑚 dan luas tiap elemen adalah dA =
2 𝜋 𝑟 𝑑𝑟, maka massa setiap elemen adalah [11] :
𝑑𝑚 =
=
𝑀
𝑑𝐴
𝐴
𝑀
2𝜋𝑟 𝑑𝑟
𝐴
Dengan 𝐴 = 𝜋𝑅 2 adalah luas lingkaran, jadi didapatkan :
𝐼 = ∫ 𝑟 2 𝑑𝑚
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
𝑅
= ∫ 𝑟2
0
𝑀
2𝜋𝑟 𝑑𝑟
𝐴
𝑅
2𝜋𝑀
=
∫ 𝑟 3 𝑑𝑟
𝜋𝑅 2
0
2𝑀 𝑅 4
𝑅2 4
1
= 𝑀𝑅 2
2
=
sehingga rumus momen inersia untuk benda berbentuk mangkuk anemometer yaitu :
1
64
1
𝐼 = 3 ( 𝑀𝐿2 +
𝑚𝑎2 ) + 𝑀𝑅 2
3
3
2
Untuk konstruksi baling- baling mangkuk ditampilkan pada gambar 2.24. beserta
pehitungannya [11].
Gambar 2.24. Sketsa mangkuk anemometer ideal
Dari Gambar 2.25.(a) dapat diperoleh persamaan di bawah ini :
Cos 60°
=
𝑏
𝑑
(2.12)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
(a)
(b)
Gambar 2.25.(a). Tinjau segitiga x, (b). Tinjau segitiga y
Dari Gambar 2.25.(b) dapat diperoleh persamaan di bawah ini :
Cos 30°
=
𝑒
(2.13)
𝑓
2.13. Proses Pensamplingan Data
Pada sistem datalogger ini menggunakan Timer 1 yang ada didalam mikrokontroler.
Rumus yang akan digunkan untuk proses pensampingan ditunjukan pada persamaan
dibawah ini :
𝑻𝑪𝑵𝑻𝟏 = 𝟐𝟏𝟔 − (
𝒘𝒂𝒌𝒕𝒖 𝒕𝒖𝒏𝒅𝒂
𝟏
𝒇𝒓𝒆𝒌𝒖𝒆𝒏𝒔𝒊 𝒐𝒔𝒄∗𝒑𝒓𝒆𝒔𝒄𝒂𝒍𝒆
)
(2.14)
2.14. MAPE (Mean Absolute Percentage Error)
MAPE merupakan salah satu model perhitungan untuk mengetahui seberapa besar
error yang terjadi pada hasil yang diperoleh. MAPE memiliki persamaan sebagai berikut[12]
:
MAPE =|
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟−𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟
∗ 100%|
(2.15)
2.15. Sensitivity error
Sensitivity error merupakan perbandingan error antara nilai keluaran terhadap
perubahan masukan atau variabel yang diukur.
Rumus untuk sensitivity error sebagai berikut :
Sensitivity error = m(yang seharusnya) – m(yang didapat)*100%
(2.16)
Keterangan : m = gradien dari persamaan liniernya.
Semakin besar sensitivity error maka itu menandakan semakin besar pula eror yang
terjadi pada alat tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Konsep Dasar
Sistem data logger kincir angin propeler berbahan kayu digunakan untuk
menyimpan data, dimana data tersebut berisi 5 masukan yaitu data tegangan, data arus, data
kompas, data kecepatan angin, dan data kecepatan kincir angin. Kelima data tersebut akan
tersimpan didalam SD Card dan juga setiap detiknya akan menyimpan data tersebut dengan
bantuan Real Time Clock. Jadi keluaran dari generator kincir angin akan disearahkan oleh
rangkaian jembatan diode. Setelah itu akan masuk kedalam pembagi tegangan yang telah
dirancang sesuai masukan nya yaitu tegangan DC, setalah itu baru akan masuk ke dalam
Arduino Uno. untuk keluaran sensor arus akan diolah terlebih dahulu dengan pengondisi
sinyal, dikarenakan berdasarkan datasheet WCS1800 memiliki kelineritasan arus dari -20
Ampere sampai dengan +20 Ampere. Lalu setelah dari pengondisi sinyal akan masuk ke
dalam Arduino Uno. Untuk sensor kompas mengkalibrasi dengan sudut deklinasi lokasi
dimana kita melakukan percobaan. Selanjutnya untuk mengukur kecepatan kincir angin dan
kecepatan angin dengan menggunakan Phototransistor. Setelah mendapatkan kelima data
maka akan disimpan ke dalam SD Card yang diberi pewaktuan tiap detiknya. Mengacu pada
Gambar 1.2.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
3.2.1. Sensor Tegangan
Perancangan sensor tegangan mengacu pada rangkaian dasar pembagi tegangan pada
Gambar 2.3. Rangkaian Pembagi. Untuk mengetahui nilai komponen yang akan
dipakai,maka menggunakan persamaan 2.3. Dengan Vin mulai dari 0 volt sampai dengan 60
volt dan Vout mulai dari 0 volt sampai dengan 3,3 volt, dapat kita hitung besaran pembagi
tegangan yang akan kita gunakan. Dengan menentukan 𝑅1 sebesar 47KΩ,
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛 ∗ (
29
𝑅2
)
𝑅1 + 𝑅2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
3.3𝑉𝑑𝑐 = (
𝑅2
) 60𝑉𝑑𝑐
𝑅1 + 𝑅2
3.3(𝑅2 + 47KΩ) = R2 * 60Vdc
𝑅2 =
155100
60−3.3
𝑅2 = 2735.5Ω
Gambar 3.1. Rangkaian Pembagi tegangan dan nilai komponen
Gambar 3.1 menunjukan rangkaian pembagi tegangan yang diperuntukan tegangan
maksimal adalah 60 volt. Vin adalah tegangan masukan yang dihasilkan generator yang
sudah disearahkan oleh jembatan dioda. Vout adalah tegangan keluaran dari pembagi
tegangan
3.2.2. Sensor Arus
Dalam sensor arus ini menggunakan modul sensor arus yang telah terintegrasi yaitu
WCS1800, dimana berdasarkan datasheet modul sensor ini mampu mendeteksi arus dari 50 Ampere sampai dengan +50 Ampere. Dalam modul ini sudah tersedia keluaran analog
yang nantinya akan digunakan sebagai masukan ke dalam Arduino Uno. Ketika sensor
mendeteksi nilai 0 Ampere maka keluaran Analog Output adalah 2.5Vdc, maka dari itu
dibuat pengondisi sinyal supaya 2.5Vdc menjadi 0V dan nilai maksimum dari keluaran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
pengondisi sinyal adalah 3.3Vdc ketika arus mencapai 25 Ampere. Ilustrasi persamaan dapat
dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2. Grafik persamaan sensor WCS1800
Dimana sumbu y merupakan tegangan yang akan masuk kedalam Arduino Uno dan sumbu
x merupakan tegangan keluaran dari sensor WCS1800. Besaran nilai 2 Volt pada sumbu x
merupakan nilai tegangan keluaran ketika arus 0 Ampere adalah 2,5 Volt tetapi
diminimalkan menjadi 2 Volt. Lalu untuk besar 5 Volt merupakan tegangan maksimal yang
keluar dari WCS1800 dengan rumus : sensivitas sensor * rentang arus + 2,5 Volt = 60mV/A
* 30 Ampere + 2,5 Volt. Nilai sebenarnya adalah 4,3 Volt tetapi dimaksimalkan menjadi 5
Volt. Dengan begitu diharapkan sensor memiliki karakterisktik ketika tegangan keluaran
sensor 2 Volt maka pengondisi sinyal akan mengeluarkan tegangan 0 Volt dan ketika
tegangan keluaran sensor sebesar 5 Volt maka keluaran dari pengondisi sinyal adalah 3,3
Volt.
Dimana
𝑚=
∆𝑂𝑢𝑡
∆𝑖𝑛
=
3.3−0
5−2
= 1.1
y = m*x + c
3.3 = 1.1 *5 + c
c = - 2.2
Dengan persamaan 2.2, maka:
Vout
= m* (Vin +c)
= 1.1 * (Vin – Voffset )
= 1.1 * Vin – 2.2
= 1.1* (Vin - 2)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Dari hasil persamaan diatas dapat dilihat besar Voffset = 2V, dan penguatan sebesar 1.1
dengan begitu kita bisa menghitung besar R2 dan R4, dengan menentukan besar nilai salah
satu yaitu R2= 1KΩ, maka besar R4 adalah : 1.1 =
𝑅4
𝑅2
R4 = R2 * 1.1
R4 = 1KΩ * 1.1
R4 = 1.1KΩ
Dimana berdasarkan rangkaian voltage subtraction R1= R2 dan R3=R4. Lalu untuk
Voffset=2V dapat kita hitung dengan rangkaian pembagi tegangan dengan persamaan 2.3
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛 ∗ ( 𝑅
𝑅6
5 +𝑅6
2𝑉 = (
𝑅6 =
)
𝑅6
) ∗ 5𝑉
𝑅5 + 𝑅6
2𝐾Ω
= 666.66Ω
3
Setelah pembagi tegangan akan ada Buffer sebagai penyangga supaya nilai pada
pembagi tegangan tidak mempengaruhi nilai yang ada di voltage subtractionnya.
Gambar 3.3. Rangkaian pengondisi sinyal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Rangkaian keseluruhan pengondisi sinyal tditunjukan pada Gambar 3.3. untuk besaran arus
ini menggunakan penguat operasional LM358. Penguat ini menggunakan catu daya tunggal
sebesar 5V dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5mV sampai 3.5V.
3.2.3. Sensor Kompas
Sensor kompas yang digunakan adalah HMC5883L yang telah menjadi modul sensor
kompas yaitu DT- Sense 3 Axis Compass. Dalam mengkalibrasi alat ini penulis hanya
mengkalibrasi melalui program untuk sudut deklinasi dimana penulis melakukan percobaan
ini. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis Compass ditunjukan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis Compass
Dalam modul kompas ini yang digunakan untuk diolah di dalam Arduino Uno Rev3
adalah SCL (Serial Clock), SDA (Serial Data), tegangan masukan dan juga Ground. Dari
keempat keluaran dari modul kompas akan diolah kedalam Arduino Uno Rev3. Wujud riil
dari sensor kompas ditunjukan pada gambar 3.5 dan Gambar 3.6 terlihat tampak atas dan
tampak bawah
Gambar 3.5. tampak atas DT- Sense 3 Axis Compass
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Gambar 3.6. tampak bawah DT- Sense 3 Axis Compass
Untuk konfigurasi pin sensor DT- Sense 3 Axis Compass ditunjukan pada Tabel 3.1
dibawah ini.
Tabel 3.1. Konfigurasi Pin DT- Sense 3 Axis Compass
Pin
Nama
Fungsi
1
DRDY
Output
Data ready interrupt
2
NC
-
Tidak terhubung
3
NC
-
Tidak terhubung
4
NC
-
Tidak terhubung
5
SDA
Input/ Output
I2C serial data
6
SCL
Input
I2C serial clock
7
Ground
-
Titik referensi ground
8
V33
Input
Tegangan 3,3 VDC
3.2.4. Sensor Kecepatan Kincir Angin
Sensor kecepatan kincir angin menggunakan optocoupler, dimana antara LED dan
phototransistor diletakan berdekatan. Dimana LED akan memancarkan cahaya lalu akan
ditangkap oleh phototransistor. Dalam penelitian ini menggunakan modul yang telah
terintegrasi dengan Arduino Uno yaitu line tracking sensor. Dimana sensor optocoupler ini
akan membedakan warna putih diantara warna hitam. Untuk mengetahui berapa rpm (rotasi
per menit) maka harus mengetahui pula besaran diameter dari poros dan juga berapa jumlah
pencacah untuk mengetahui besar rpm yang dihasilkan. Untuk skematik line tracking
sensorditunjukan pada Gambar 3.7 seperti diwah ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 3.7. Skematik rangkaian line tracking sensor
Keluaran dari sensor adalah tegangan TTL dimana berlogika “1” atau logika “0”. Dari
skematik diatas menggunakan phototransistor Common Emiter jadi ketika ada cahaya maka
akan berlogika dari 1 (high) menuju 0 (low). Untuk memprosesnya maka harus
menggunakan operasi penjumlahan dimana selama waktu 10 detik ada berapa kali hitam lalu
dikalikan oleh pewaktu yang telah dibagi dengan jumlah pencacahnya. Dalam penelitian ini
karena dalam satuan detik dan juga jumlah rotari adalah 10, maka dengan persamaan 2.8
didapatkan besar rpm yang dihasilkan yaitu :
Rpm = jml putaran * (60/10)
3.2.5. Sensor Kecepatan Angin
Sensor kecepatan angin menggunakan gabungan dari optocoupler dan juga balingbaling setengah mangkok untuk bisa menangkap angin. Sensor kecepatan angin
menggunakan modul DI- Rev1. Dimana modul ini juga menggunakan optocoupler sebagai
sensor nya seperti halnya sensor kecepatan kincir angin, keluaran dari sensor kecepatan
angin juga berupa TTL yaitu berlogika “0” atau berlogika “1” didalam modul ada pengondisi
sinyal menggunakan ICLM311. Gambar 3.8.(a) menunjukan ilistrasi baling- baling yang
dibuat. Skematik sensor ditunjukan pada Gambar 3.8.(b).
Ketika anemometer tertiup oleh angin, maka baling- baling/ mangkok yang terdapat
pada anemometer. Semakin besar angin maka akan semakin cepat pula putaran yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
(a)
(b)
Gambar 3.8. (a) Anemometer mangkok (b) Skematik sensor Kecepatan Angin
dihasilkan oleh mangkok. Dari jumlah putaran dalam satuan detik maka dapat diketahui
kecepatan anginnya.didalam anemometer akan ada optocoupler sebagai alat pencacahnya
yang akan menghitung kecepatan angin. Untuk proses pengolahan data keluaran maka
menggunakan tegangan TTL, dimana hanya ada logika “1” atau logika “0”. didalam
anemometer akan ada pencacah yaitu sebanyak 10 pencacah. Untuk mengetahui besar
kecepatan angin yang dihasilkan dengan menghitung melalui persamaan 2.7. untuk
konstruksi baling baling mangkuk mengacu pada Gambar 2.31.
Perhitungan panjang jari- jari yang ideal :
Diketahui :
Panjang a
:2
cm
Panjang b
: 0,25 cm
Dengan persamaan 2.12, maka dapat dihitung, Cos 60°
𝑑=
0,25 𝑐𝑚
0,5 𝑐𝑚
Panjang e
= 0,5 cm
= 1,75 cm – 0,5 cm
= 1,25 cm
𝑡𝑔 60° =
𝑐
0,25 𝑐𝑚
=
0,25 𝑐𝑚
𝑑
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
c = 0,43 cm
dengan persamaan 2.32 maka dapat dihitung, 𝑐𝑜𝑠30°
=
1,25 𝑐𝑚
𝑓
f = 1,44 cm
panjang r
= panjang c + panjang f
= 0,43 cm + 1,44 cm = 1,9 cm (pembulatan )
Jadi panjang jari- jari anemometer yang ideal adalah 4 cm + 1,9 cm = 5,9 cm
Mangkuk anemometer dengan panjang jari- jari 5,9cm memiliki momen inersia yang
rendah. Dengan momen inersia yang rendah maka anemometer mangkuk ini akan mampu
berputar dan menghasilkan jumlah putaran yang paling banyak, lalu dengan panjang jarijari yang terlalu pendek diduga anemometer ini kurang sensitive terhadap kecepatan angin
lemah karena beratnya yang ringan sehingga dapat dikalahkan oleh gaya gesek.
3.2.6. Arduino Uno
Arduino uno merupakan papan mikrokontroler yang didalamnya sudah tersedia IC
ATmega328. Dimana pemakaian port pada Arduino uno ini banyak digunakan untuk
masukan dan juga keluaran baik itu untuk sensor maupun LCD.
Gambar.3.9. Tampak Atas Arduino Uno
Untuk tampak atas dari Arduino Uno Rev3 ditunjukan pada Gambar 3.9. dalam penelitian
semua port masukan dan keluaran ditunjukan pada Tabel 3.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Tabel 3.2. Pembagian port pada Arduino Uno Rev3
No.
Nama masukan/keluaran
Kaki yang digunakan
Keterangan
1
Sensor Tegangan
Analog 0 (A0)
Sebagai masukan
2
Sensor Arus
Analog 1 (A1)
Sebagai masukan
3
Sensor Kompas
Serial Clock (SCL)
Sebagai masukan
Serial Data (SDA)
Sebagai masukan
4
Sensor kec.Poros
Pin 2 (2)
Sebagai masukan
5
Sensor kec.Angin
Pin 3 (3)
Sebagai masukan
6
Real Time Clock (RTC)
Analog 4 (A4)
Sebagai Serial Data
Analog 5 (A5)
Sebagai Serial Clock
Pin 10 (10)
Sebagai Chip select
Pin 4 (4)
Sebagai keluaran
Pin 5 (5)
Sebagai keluaran
Pin 6 (6)
Sebagai keluaran
Pin 7 (7)
Sebagai keluaran
Pin 8 (8)
Sebagai keluaran
Pin 9 (9)
Sebagai keluaran
Pin 10 (10)
Sebagai Chip select
Pin 11 (11)
Sebagai MOSI
Pin 12 (12)
Sebagai MISO
Pin 13 (13)
Sebagai clock
Reset
Sebagai tombol reset
Analog 2
Sebagai tombol stop
Analog 3
Sebagai tombol mulai
7
8
9
LCD
SD Card
Tombol
Dengan pembagian port seperti diatas diharapkan tidak akan terjadi tabrakan didalam
port
itu sendiri, dikarenakan setiap port memiliki fungsi masing – masing untuk
menjalankan program yang ada.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
3.2.7. Tombol
Tombol yang digunakan adalah jenis tombol tekan NO (Normally Open) dan
berhambatan pull up ,jadi ketika tombol ditekan maka akan berlogika nol (low), apabila
dilepas akan berlogika satu (high). Rangkaian reset eksternal, berfungsi untuk reset
mikrokontroler IC ATmega328 papan Arduino Uno Rev 3. Rangkaian reset yang dibentuk
berdasarkan schematic rangkaian papan Arduino Uno Rev3. Rangkaian reset terdiri dari
komponen resistor sebesar 10 KΩ, dioda tipe 1N4048, kapasitor sebesar 100nF dan pin
header untuk tombol tekan. Pin reset mikrokontroler adalah aktif rendah, sehingga transisi
dari tinggi ke rendah saat tombol reset ditekan akan menyebabkan reset mikrokontroler.
Berdasarkan datasheet ATmega328 Lebar pulsa minimum yang diperlukan untuk melakukan
reset adalah 2,5us. Resistor pull-up akan menjaga agar pin reset tidak berlogika rendah
secara tidak sengaja. Untuk melindungi pin reset dari derau, dapat menambahkan kapasitor
yang terhubung dengan pin reset dan ground. Untuk mengetahui besar kapasitor dengan
persamaan 2.10.
Rangkaian reset ekternal ditunjukan pada Gambar 3.10. dan rangkaian tombol tekan
start dan stop ditunjukan pada Gambar 3.11. (a) dan (b).
2,5uS =
c=
1
2∗ 𝜋 ∗10∗103 ∗𝑐
1
2,5∗10−6 ∗2∗ 𝜋 ∗10∗103
= 6uF
Gambar 3.10. Rangkaian Reset Ekternal
Untuk rangkaian Start dan rangkain Stop menggunakan hambatan pull up. Dimana
berdasarkan rekomendasi datasheet ATmega328 maka menggunakan resistor sebesar 22kΩ.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
(a)
(b)
Gambar 3.11. (a) Rangkaian Start , (b) Rangkaian Stop
3.2.8. Format Paket Data
Penyimpanan data pengukuran dari kelima sensor ditetapkan dengan menyimpankan
sejumlah karakter dalam paket data yang disimpan sebanyak 56 karakter dalam setiap 10
detiknya. dan setiap data berjumlah 56 karakter. Format paket data yang digunakan adalah
berektensi .text dimana suatu format data dalam basis data dimana setiap penyimpanan
dipisahkan dengan koma (,) atau titik koma (;) dan format ini dapat dibuka didalam
MS.Word ataupun Notepad/wordpad. Karakter yang disimpan diawali dengan karakter “*”,
dan diakhiri dengan karakter “#” dan setiap karakter dipisahkan dengan karakter “,”, data
pengukuran yang dikirimkan adalah tanggal, jam, tegangan, arus, kecepatan poros,
kecepatan angin, dan arah angin. Berikut format data di dalam paket data:
*,zzzz,dd-mm-yyyy,HH:MM:SS,aaaaa,bbbbb,ccccc,dddd,eeeee#
Dari format data tersebut dapat dijelaskan pada Tabel 3.3
Tabel 3.3. Format Paket Data
Jumlah
rekam
Jumlah
Karakter
4
Tanggal
Jam
10
8
Tegangan
Arus
Arah angin
K. Angin
K.poros
(V)
(A)
(Deg)
(m/s)
(rpm)
5
5
6
5
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
3.3. LCD ( Liquid Cell Display)
LCD yang digunakan pada perancangan ini adalah LCD character 16x2 yang berfungsi
untuk menampilkan data setiap sensor. Berdasarkan datasheet tegangan kontras (pin VO)
maksimum LCD adalah 5 volt, sehingga digunakan sebuah dioda untuk membatasi tegangan
pada pin ini. Rangkaian LCD character 16x2 ditunjukan pada gambar 3.12.
Gambar 3.12. Rangkaian LCD character 16x2
3.4. Skema Pemasangan
Gambar 3.13 menunjukan skematika alur pemasangan data logger dengan power
supply dan juga beban yang terpasang. Fuse digunakan untuk memberikan pengamanan bila
tegangan generator melebihi dengan kapsitas yang ada di dalam data logger. Bila tegangan
dari generator melebihi kapasitas maka fuse akan putus dan tegangan tidak akan masuk
kedalam data logger. Besaran Fuse yang dipakai harus dibawah arus data logger. Dioda
digunakan untuk mengamankan arus balik dari beban. Untuk tegangan supply data logger
adalah aki sebesar 12 volt.
3.5. Diagram Alir Utama Data Logger
Pada Gambar 3.14 menunjukan diagram alir keseluruhan proses dari data logger.
3.5.1. Diagram Alir Subrutin Pengolahan Data Tegangan dan Arus
Gambar 3.15. menunjukan diagram alir untuk proses pengolahan data tegangan dan
arus. Untuk melakukan pengukuran tegangan harus mengkalibrasi antara sensor tegangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
dengan voltmeter. Besar nilai 0,005 merupakan contoh pembagi untuk mendekati dengan
nilai yang terdapat pada voltmeter. Lalu untuk besar nilai 488,76 adalah contoh nilai
pengurang dikarenakan nilai maksimum adalah 1024.
3.5.2. Diagram Alir Subrutin Pengolahan data Kecepatan Kincir dan
Kecepatan Angin
Dalam diagram alir pengolahan data kecepatan kincir dan kecepatan angin tidak ada
jumlah sampling dikarenakan untuk melakukan proses tersebut membutuhkan waktu proses.
Perioda diisi dengan besaran waktu yang dibutuhkan untuk tampilan ke dalam LCD.dimana
perioda minimal adalah satu menit. Untuk masukan dari kecepatan kincir dengan masukan
dari kecepatan angin berbeda. Dimana masukan untuk kecepatan poros kincir menggunakan
perubahan pulsa interupsi ketika naik saja, tetapi untuk masukan kecepatan angin
menggunakan setiap perubahan dari pulsa interupsi (ketika pulsa naik dan ketika pulsa
turun). Diagram ditunjukan pada Gambar 3.16
3.5.3. Diagram Alir Subrutin Kompas
Untuk kompas harus memasukan besar sudut deklinasi area yang akan dipasangi
kompas. Memasukan sudut harus masuk terlebiih dahulu dalam programnya. Data sampling
yang digunakan adalah 100 data. Gambar 3.17 menunjukan diagram alir dari proses
pengolahan data kompas
3.5.4. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan data
Proses penyimpanan menunggu sebanyak 5 data yang berasal dari tegangan, arus,
kompas,kecepatan angin, kecepatan poros kincir komplit, jika tidak komplit dalam satu
paket maka dikatakan data rusak dan tidak akan menyimpan dalam SDCard. Gambar 3.19
menunjukan diagram alir proses penyimpanan data.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
3.6 Desain Boks Data Logger
Pada perancangan boks untuk tempat data logger, bahan yang digunakan adalah
plastik yang cukup tebal. Boks ini diharapkan tertutup rapat dikarenakan untuk mencegah
debu atau kotoran masuk ke dalam boks. Boks yang didesain adalah 18cm x 6,5cm x 11,5cm.
Desain boks data logger ditunjukan pada gambar 3.19.a,b,c.
POROS
5V
5V
ANGIN
GND
3.3V
5V
DATA
GND
PORO
S
GND
ANGI
N
KOMPAS
3.3V
DATA
SDA
SCL
TX
SDA
RX
DATA LOGGER
G+
L+
G-/L-
GND
RX
XBEE
- Power Supply
+
TX
Aki
+
Aki
-
F
U
S
E
SCL
AKI 12V
(power suplly)
TERMINAL BLOCK
te
xt
OUT
GEN +
te
xt
OUT
GEN -
GENERATOR
DC
te
xt
te
xt
BEBAN
+
BEBAN
–
BEBAN
Gambar 3.13. Skematik Pemasangan Data logger beserta peralatan pendukungnya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Mulai
Inisialisasi waktu
sampling 10detik
Inisialisasi port
masukan
Inisialisasi nilai awal
v=0;i=0;poros=0;angin=0
Pewaktuan : jam,menit,detik,hari,
bulan, tahun
tidak
Start
ditekan?
ya
Pengolahan data
tegangan dan
arus
Pengolahan data
kec.poros dan
kec.angin
Pengolahan data
kompas
Penyimpanan
data
tidak
Stop
ditekan
ya
selesai
Gambar 3.14. Diagram Alir utama dari data logger
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Mulai
Baca tegangan
Baca arus
Hitung rata-rata tegangan dan arus ke a
a+1
tidak
a=100?
ya
Tampilkan LCD dan
simpan data
Selesai
Gambar 3.15. Diagram Alir subrutin pengolahan data Tegangan dan Arus
Gambar 3.16. Diagram Alir Pengolahan data Kecepatan Kincir dan Kecepatan Angin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Mulai
Inisialisasi sudut
deklinasi dan
sudut heading
Baca sudut deklinasi
Rata-rata kompas ke b
b+1
ya
tidak
b=100?
ya
Tampil LCD dan
simpan data
Selesai
Gambar 3.17. Diagram Alir Subrutin Pengolahan data Kompas
a.
b.
c.
Gambar 3.18. a. boks tampak atas b. boks tampak belakang c.boks tampak samping
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Mulai
Baca jam, menit,
detik,hari, bulan,
tahun
Baca rata- rata
tegangan
Baca rata – rata
arus
Baca rata – rata
kecepatan kincir
Baca rata – rata
kecepatan angin
Baca rata – rata
kompas
Simpan data dengan format
*dd-mmyyyy,hh:mm:ss,aaaa,bbbb,cccc,dddd,eeee#
selesai
Gambar 3.19. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan data
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan membahas tentang implemetasi dari perancangan pada bab 3,
pembahasan perbagian hardware, hasil pengujian rangkaian, hasi pengambilan data,
pembahasan mengenai data yang diperoleh, pembahasan tentang program yang digunakan
di Arduino uno,dan analisis dari hasil pengujian sistem yang telah dilakukan. Pengujian
sistem dilakukan untuk mengetahui kinerja dari kesuluruhan sistem yang telah dirancang.
Berdasarkan data-data yang diperoleh maka dapat dilakukan analisis terhadap proses kinerja
alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan akhir.
4.1. Bentuk Fisik Data logger dan Hardware Elektronik
4.1.1. Bentuk Fisik Data logger
Bentuk fisik dari Data logger secara keseluruhan ditunjukan pada Gambar 4.1
sampai dengan Gambar 4.2. bentuk fisik Data logger ini terdiri dari 1 box yang bertujuan
untuk melindungi dan merapikan rangkaian eleketronik yang terdapat didalamnya. selain itu
juga ada bentuk fisik sebagai pendukung sensor yang akan digunakan seperti sensor
kecepatan angin (Anemometer) yang akan ditunjukan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.1. Kotak Sistem tampak atas
Gambar 4.2. Kotak sistem tampak samping
48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.3. sensor kecepatan angin(anemometer)
Subrangkaian elektronik Rangkaian seperti rangkaian regulator tegangan, rangkaian
pengondisi sinyal untuk sensor arus, rangkaian pembagi tegangan, rangkaian reset eksternal,
rangkaian LCD karakter dan port untuk masukan aruino uno secara keseluruhan dalam satu
pcb ditunjukan pada Gambar 4.4
4.1.1.1. Rangkaian Catu Daya DC
Rangkian catu daya ditunjukan pada Gambar4.4.(b). Pengujian rangkian catu daya
DC dilakukan dengan memberikan sumber tegangan dari accumulator 12volt / 7,2 Ah
dengan tegangan keluaran accumulator terukur 12,26 volt. Tegangan tersebut dikurangi
dengan teganagn dioda 1N4004 yang aktif sebesar 0,7 volt, tegangan keluaran rangkaian
akan digunakan untuk mensuplai papan Arduino Uno Rev3 yang membutuhkan tegangan
masukan antara 7 – 12 volt untuk dapat bekerja. Selain itu tegangan accumulator tersebut
akan di turunkan tegangannya menjadi 5 volt sebagai suplai tegangan pada rangkaian
pengondisi sinyal, rangkaian LCD karakter, sensor kecepatan angin dan sensor kecepatan
poros. Hal ini menunjukan rangkaian catu daya DC dapat bekerja dengan baik.
4.1.1.2. Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan ditunjukan pada Gambar 4.4.(c). Pengujian rangkaian
pembagi tegangan dilakukan dengan memberikan tegangan masukan yang berasal dari
generator AC yang telah disearahkan dengan dioda bridge. Tegangan maksimal yang
dirancang adalah 60 volt dari tegangan generator AC dengan tegangan maksimal keluaran
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
yang dihasilkan dari rangkaian pembagi tegangan adalah 3,21 volt. Hal ini menunjukan
rangkaian pembagi tegangan dapat bekerja dengan baik.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Gambar 4.4.(a). Rangkaian Sistem Data logger, (b). Rangkaian Catu Daya DC, (c).
Rangkaian Pembagi Tegangan, (d). Rangkaian Pengondisi sinyal.(e). Rangkaian Reset
Ekternal (f). Rangkaian LCD karakter
4.1.1.3. Rangkaian Pengondisi Sinyal
Rangakaian pengondisi sinyal ditunjukan pada Gambar 4.4.(d). pengujian rangkaian
ini yaitu dengan mensuplai tegangan ke IC LM35 dengan tegangan regulator sebesar 5 volt.
Yang sebelumnya pada IC LM35 juga diberi tegangan referensi sebesar 2 volt, lalu hasil
pengukuran tegangan keluaran pada IC LM35 yaitu sebesar 0,78 volt, dimana diperancangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
tegangan keluaran pada IC LM35 adalah 100 milivolt, hal ini menunjukan bahwa rangkaian
pengondisi siyal tidak bekerja dengan baik meskipun sudah diganti beberapa IC LM35 yang
berbeda produkan.
4.1.1.4. Rangkaian Reset Eksternal dan LCD Karakter
Rangkaian reset eksternal ditunjukan pada Gambar 4.4.(e). pengujian rangkaian ini
dilakukan dengan terlebih dahulu mengaktifkan sistem data logger. Keluaran tegangan dari
rangkaian reset eksternal adalah 4,7 volt (logika tinggi). Pada saat tombol reset ditekan
keluaran tegangan menjadi 0,2 volt (logika rendah). Transisi dari logika tinggi ke rendah
inilah yang menyebabkan mikrokontroler reset. Untuk rangkaian LCD karakter ditunjukan
pada gambar 4.4.(f) dalam pengujiannya dilakukan pemrograma pada kaki Arduino Uno
yang diperuntukan untuk LCD tersebut telah itu dipasang kan dan muncul karekter sesuai
yang diinginkan. Hal ini menunjukan rangkaian reset dan rangkaian LCD karakter dapat
bekerja dengan baik.
4.2. Pengujian Alat
Pada pengujian alat akan diuji kebenaran setiap sensor, baik itu masing- masing
sensor maupun secara bersamaan dengan alat yang memiliki fungsi yang sama yang telah
dimiliki oleh laboratorium guna mengetahui galat yang terjadi, dimana diharapkan tingkat
galat ≤5% dengan kata lain tingkat keberhasilan ≥95% dan sensitivity error ≤5%.
Perbandingan semua sensor akan dibandingkan dengan data yang telah tersimpan pada SD
Card. Pengujian alat ini dilakukan di Laboratorium Teknik Tenaga Listrik Teknik Elektro
4.2.1. Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan tegangan masukan yang berasal dari
Generator AC yang digerakan oleh motor 3 fasa yang telah disearahkan oleh jembatan dioda
sebagai ganti dari generator AC yang digerakan oleh angin. Pengkalibrasian dan hasil dari
sensor tegangan akan dibandingkan dengan voltmeter merk yokogawa type 2051 class 1.0.
yang ditunjukan pada Gambar 4.5. Perbandingan antara hasil sensor tegangan data logger
dengan voltmeter ditunjukan pada Gambar 4.7 dan Tabel lampiran 1.
Pada Gambar 4.7 terlihat bahwa grafik perbandingannya telah linier yang ditunjukan
dengan R2=0,9998. Dimana R2 sering disebut dengan koefisien determinasi yang berfungsi
untuk mengukur kebaikan suai (goodness of fit) dari persamaan liniernya. Dimana semakin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
nilai R2 mendekati 1 maka semakin linier pula hasil yang diperoleh dan semakin mendekati
dengan nilai yang diharapkan. Dari persamaan linier y = 0,9976x + 0,0165 Dimana m adalah
gradien dari grafik yaitu m=0,9976,dengan persamaan 2.16. maka dapat dihitung sensitivity
error nya adalah (1 – 0,9976)*100% = 0,24%. Dengan sensitivity error = 0,24%, berarti
sangat kecil eror yang dihasilkan tegangan dari data loger terhadap voltmeter sebagai alat
ukur pembandingnya. Dengan menggunakan persamaan 2.15, diambil contoh ketika
tegangan pada voltmeter terukur 3,44 volt dan yang terukur dan pada data logger adalah 3,59
3,446−3,59
volt dengan mengunakan persamaan 2.15 MAPE =|
3,44
∗ 100%| = 4,36%. Pada
Tabel lampiran 1 terlihat bahwa Pengujian ini dilakukan dari tegangan 3,44 volt sampai
dengan 60 volt dan setiap volt diambil 10 kali data, dengan contoh perhitungan MAPE
diperoleh galat rata-rata sebesar 0,7% ,dapat dilihat tingkat keberhasilan sensor tegangan
pada data logger ini sebesar 100% - 0,7% = 99,3%. Tegangan yang dihasilkan sensor
tegangan dari data logger kadang masih fluktuatif itu dikarenakan kurang halusnya
penyearah yang dihasilkan dari jembatan dioda jadi tegangan keluaran dari generator yang
disearahkan masih ada ripple tegangannnya. Dengan tingkat keberhasilan 99,3% telah
sesuai dengan yang diharapkan dimana standar yag digunakan tingkat keberhasilan ≥95%.
Gambar 4.5. Voltmeter
Gambar 4.6. Amperemeter
data logger(volt)
TEGANGAN (VOLT)
80
y = 0,9976x + 0,0165
R² = 0,9998
60
40
tegangan(volt)
20
0
0
10
20
30
40
voltmeter (volt)
50
60
70
Linear
(tegangan(volt))
Gambar 4.7. Grafik perbandingan tegangan voltmeter dengan data logger
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
4.2.2. Sensor Arus
Dengan menggunakan modul sensor arus hall effect WCS1800 tinggal
menambahkan pengondisi sinyal. Pengujian sensor arus dilakukan dengan memasukan kabel
yang telah dilewati tegangan yang berasal dari jembatan dioda melalui lubang dari modul
sensor arus tersebut. Lalu kabel yang telah dilewati tegangan akan diserikan dengan beban
lampu sebesar 12 volt/21 watt yang ditunjukan pada Gambar 4.10. Pengkalibrasian dan hasil
sensor arus dari data logger akan dibandingkan dengan amperemeter merk Sanwa type
CD771 yang ditunjukan pada Gambar 4.6. Hasil perbandingan antara sensor arus dari data
logger dengan amperemeter ditunjukan pada Gambar 4.8 dan Tabel lampiran 2.
Berdasarkan Gambar 4.8 terlihat grafik linier yang berarti arus data logger mendekati
arus dari amperemeter dan ditunjukan juga dengan R2= 0,999 yang sangat mendekati nilai
1. Selain itu juga dapat diketahui besar sensitivity error nya dari persamaan y = 0,9714x 0,021. Dengan persamaan 2.16, maka sensitivity error = (1 – 0,9714)*100% = 2,86%,
dengan sensitivity error yang kecil menandakan eror antara arus data logger dengan arus
amperemeter juga kecil. Gambar 4.8 menunjukan pula bahwa mulai percobaan arus dimulai
dari 0 ampere sampai dengan 11,98 ampere yang sebelumnya target arus yang dicapai
sampai dengan 25 ampere. Dengan persamaan 2.15 maka dapat dihitung galat yang terjadi
pada Gambar 4.9 tersebut. Diambil contoh pada Tabel lampiran 2 ketika arus yang terukur
pada data logger sebesar 3,9 ampere sedangkan yeng terukur pada amperemeter sebesar 4,03
4,03−3,9
ampere. Maka MAPE =|
4,03
∗ 100%| = 3,22%. Seperti halnya dengan sensor tegangan
sensor arus juga diambil data 10 data setiap perubahan setiap amperenya. Dari perhitungan
MAPE berdasarkan Tabel lampiran 2 dihitung rata-rata galatnya sebesar 3,71%. Dengan
begitu dapat dihitung tingkat keberhasilan sensor arus data logger ini sebesar 100% - 3,71%
= 96,78% . ini dikatakan sesuai dikarenakan tingkat keberhasilan ≥95%.
Gambar 4.8. Grafik perbandingan arus data logger dengan amperemeter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
4.2.3. Sensor Kompas
Dengan menggunakan modul sensor kompas DT- Sense 3 Axis Compass yang telah
terkoneksi dengan Arduino Uno, maka tidak terlalu banyak kendala yang dihadapi.
Pengujian sensor kompas dari data logger dengan cara mengarahkan titik nol yaitu sudut dari
sensor kompas kearah 0º. Pengkalibrasian dan hasil sensor kompas akan dibandingkan
dengan aplikasi kompas yang ada didalam smartphone. Hasil perbandingan sensor kompas
dari data logger dengan sensor pada aplikasi smartpone ditunjukan Pada gambar 4.9 dan
Table lampiran 5.
Pada Gambar 4.9 terlihat bahwa grafik linier dengan ditunjukan pula R2= 0,9993
yang mendekati nilai 1 yang menandakan bahwa nilai kompas data logger dengan kompas
smartphone hampir sama. Selain itu juga dapat menghitung sensitivity error. Sama halnya
pembahasan yang sebelumnya sensitivity error dihitung dengan persamaan 2.16 dimana
persamaan yang terjadi adalah y = 0,9939x + 0,9695. Jadi besar sensitivity error = (1 0,9939)*100% = 0,61%. Dengan sensitivity error dibawah 5% seperti yang diharapkan
berarti eror yang dihasilkan kompas data logger terhadap kompas aplikasi smartphone sangat
kecil. Pada Gambar 4.9 menunjukan pula bahwa percobaan ini dilakukan setiap perubahan
1 derajatnya berarti mulai dari 0 º sampai dengan 360º. Dengan setiap perubahan derajat
diambil 10 data. Dengan persamaan 2.15 maka dapat didapatkan galat, diambil contoh pada
Tabel lampiran 5 ketika kompas data logger 62,7º sedangkan pada aplikasi android
60−62,7
menunjukan 60 º maka dapat dihitung MAPE sebesar MAPE =|
60
∗ 100%| = 4,5%.
Dilihat dari data yang didapatkan yang ditunjukan Tabel lampiran 5 maka hasil antara sensor
kompas dari data logger dengan kompas pada aplikasi smartphone rata-rata galat sebesar
1,9%. Dengan begitu sensor kompas ini memiliki tingkat keberhasilan sebesar 100% - 1,9%
= 98,1%. Terjadinya galat dikarenakan tidak terlalu presisi dalam memutar ekor pada sensor
kompas nya. Ekor kompas dari data logger akan ditunjukan pada Gambar 4.11. Dengan
tingkat keberhasilan 98,1% maka dikatakan sesuai dengan yang diharapkan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Gambar 4.9. Grafik berbandingan antara kompas data logger dengan kompas
android
Gambar 4.10.lampu beban
Gambar 4.11. Ekor kompas
4.2.4. Sensor Kecepatan Angin
Menggunakan modul DI-Rev1 dan persamaan 2.7. Pengujian alat ini dengan cara
memberikan angin yang dihasilkan dari kipas angin dengan mengatur jaraknya mulai dari
jarak yang paling dekat dengan kipas angin sampai dengan jarak yang relatif jauh.
Pengkalibrasian dan membandingkan hasil sensor kecepatan angin dengan menggunakan
anemometer dengan merk krisbow series KW06-562 yang akan ditujukan pada Gambar 4.13.
hasil perbandingan antara sensor kecepatan angin dari data logger dengan anemometer
krisbow ditunjukan pada Gambar 4.12 dan Tabel lampiran 3.
Berdasarkan data pada Gambar 4.12 terlihat bahwa pengambilan data diambil 5 kali
percobaan dan setiap perubahan percobaan tersimpan 10 data. Pada Gambar 4.12 terlihat
linier dengan ditunjukan juga besar R2 = 0,9946 yang telah mendekati nilai 1. Dengan
persamaan linier yang diperoleh dari grafik y = 0,6782x + 0,6689. dapat dihitung besar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
sensitivity error. seperti pembahasan sebelumnya rumus persamaan 2.16 jadi besar
sensitivity error kecepatan angin adalah = (1 – 0,6782)*100% = 32,18%. Dengan sensitivity
error yang melebihi standar yang diinginkan menandakan bahwa adanya eror yang cukup
besar antara anemometer data loger terhadap anemometer pembandingnya. ini dikarenakan
perbandingan untuk pengkalibrasi dengan yang dipakai adalah berbeda dimana data logger
menggunakan 3 mangkuk sedangkan untuk anemometer sebagai referensi menggunakan
yang digital bukan yang 3 mangkuk juga. Selain itu juga karena adanya anomali udara yang
berubah ubah. Dari Gambar 4.12 maupun Tabel lampiran 3 juga dapat dihitung galat
nya,contoh Tabel lampiran 3,ketika anemometer data logger menunjukan 2,1 m/s sedangkan
pada anemometer menunjukan 1,87 m/s dengan persamaan 2.15 maka dapat dihitung MAPE
1,87−2,1
sebesar MAPE =|
1,87
∗ 100%| = 12,3%.
Dari data yang diperoleh yang telah
ditunjukan pada Tabel lampiran 3 menunjukan rata-rata galat sebesar 20,3%, terlihat tingkat
keberhasilan anemometer data logger sebesar 100% - 20,3% = 79,7%. Ini dikarenakan proses
pengkalibrasian yang tidak akurat, selain itu juga anemometer yang digunakan untuk
mengkalibrasi nilainya selalu berubah – ubah dan tidak stabil, ini bisa dikarenakan karena
kecepatan angin tidak bisa diprediksi. Dengan tingkat keberhasilan 79,7% dapat dikatakan
dibawah standar yang telah dikehendaki yaitu ≥95%
Gambar 4.12. Grafik perbandingan antara anemometer data logger dengan anemometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Gambar 4.13. Anemometer
4.2.5. Sensor Kecepatan Poros
Dengan menggunakan modul sensor line tracking dimana gambar rangkaian telah
ditunjukan pada Gambar 3.8. Pengujian sensor kecepatan poros dilakukan dengan cara
meletakan sensor ini dekat dengan poros generator AC yang sebelumnya poros sudah
ditempel dengan stiker hitam putih sebanyak 15 strip. Pengkalibrasian dan hasil data sensor
kecepatan poros dari data logger akan dibandingkan tachometer merk krisbow series KW06302. Data hasil perbandingan antara sensor kecepatan poros dari data logger dengan
tachometer ditunjukan pada Gambar 4.14 dan juga ditunjukan pada Tabel lampiran 4.
Pada Gambar 4.14 terlihat grafik telah linier yang ditunjukan pula besar R2 = 0,9993
yang mendekati nialai 1 itu menandakan bahwa nilai kecepatan poros dari data logger cukup
mendekati nilai kecepatan poros pada tachometer. Selain itu juga dapat dihitung pula besar
sensitivity error dengan menggunakan persamaan 2.16. Dengan persamaan linier yang
diperoleh dari grafik yaitu y = 0,942x - 0,1351. Jadi besar sensitivity error = (1 –
0,942)*100% = 5,8%. Dengan sensitivity error yang melebihi standar yang diinginkan ini
menandakan adanya eror yang cukup kecil antara kecepatan data loggr terhadap tachometer
sebagai alat ukur pembandingnya.Pada Gambara 4.14 juga menunjukan bahwa ada
pengambilan data sebanyak 11 kali percobaan dimana setiap percoban akan tersimpan di SC
Card 10 data. Pada Gambar 4.14 ini terlihat bahwa hasil yang didapat adalah linier sesuai
dengan yang diharapkan. Dengan menggunakan Gambar 4.14 maka dapat kita hitung pula
galat yang terjadi. Diambil contoh pengambilan data kecepatan poros ini ketika tachometer
data logger menunjukan 44 rpm sedangkan pada tachometer menunjukan 45,5 rmp, dengan
persamaan 2.15 maka MAPE sebesar MAPE =|
45,5−44
45,5
∗ 100%| = 3,29%. Data hasil
percobaan yang tersimpan di SD Card yang ditunjukan pada Tabel lampiran 4 maupun
Gambar 4.14 menunjukan adanya rata-rata galat sebesar 5,9%. Tingkat keberhasilan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
tachometer data logger sebesar 100% - 5,9% = 94,1% Ini dikarenakan keterbatasan alat yang
dipakai yaitu menggunakan optocoupler yang rentan ketika adanya cahaya yang berlebih
atau terlalu terang.
Kecepatan poros (data
logger)[rpm]
KECEPATAN POROS (RPM)
350
300
250
200
150
100
50
0
y = 0,942x - 0,1351
R² = 0,9993
sens.kec.poros
Linear
(sens.kec.poros)
0
100
200
300
400
Kecepatan poros(tachometer)[rpm]
Gambar 4.14. Grafik perbandingan antara kecepatan poros data logger dengan
Tachometer
4.2.6. Pengujian RTC dan SD Card
Dengan menggunakan modul RTC dan SD Card yang telah compatible dengan
Arduino uno yang ditunjukan pada Gambar 4.10. Pengujian RTC dan SD Card dengan cara
memprogram ke dalam modul tersebut, selanjutkan pengecekan tanggal dan jam dengan
waktu yang sesuai seperti pewaktuan pada laptop. Lalu untuk pengecekan penyimpanan di
dalam SD card yaitu dengan cara memasukan program dimana program tersebut berisi
proses penyimpanan data yang berekstensi text. Pada Gambar 4.15 menunjukan bahwa
pewaktuan dan proses penyimpanan berhasil bekerja dengan baik. Untuk format
penyimpanan ditunjukan pada tabel 3.3 dimana memiliki format :
*,zzzz,dd-mm-yyyy,HH:MM;SS,aaaa,bbbb,cccccc,dddd,eee,#
Keterangan :

zzzz adalah banyak rekam setiap 10 detik,maksimal 8640 data

aaaa adalah nilai sensor tegangan dimana total ada 4 digit yang 1 dibelakang koma

bbbb adalah nilai sensor arus dimana total ada 4 digit yang 1 dibelakang koma

ccccc adalah nilai kompas dimana total ada 6 digit yang 2 dibelakang koma

dddd adalah nilai kec.angin dimana total ada 4 digit yang 2 dibelakang koma
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59

eee adalah nilai kec. Poros dimana ada 3 digit tanpa ada koma dibelangnya
Gambar 4.15. contoh pengambilan data
4.2.7. Pengujian Keseluruhan
Pada pengujian keseluruhan ini yang dimaksud adalah pengujian kelima sensor
secara bersamaan dan juga proses penyimpanan ke dalam SD Card. Pada Gambar 4.11
menunjukan keseluruhan program dapat berjalan dengan baik dan proses penyimpanan dapat
bekerja dengan baik pula. Yang menjadi kendala adalah keakurasian sensor arus yang masih
jauh dari sempurna, ini dikarenakan pengondisi sinyal untuk modul sensor arus yang tidak
dapat bekerja dengan baik selain itu juga proses pengolahan data sensor arus yang tidak
dapat bekerja dengan baik pula.
4.3. Pengujian dan Pembahasan Perangkat Lunak
Perangkat lunak atau program yang terdapat didalam Arduino Uno digunakan untuk
menunjang kinerja data logger ini. Dalam sistem ini terdapat beberapa program,diantaranya
adalah inisialisasi pin pada arduino sebagai input dan output, pengambilan data, pengolahan
data, penyimpanan data ke SD Card ,dan menampilkan ke LCD. Alur sistem keseluruhan
ini mengacu pada Gambar 3.11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
4.3.1. Inisialisasi I/O
Inisialisasi input output bertujuan supaya komponen yang terpasang pada Arduino
Uno dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan konfigurasi yang telah ditentukan. Pada
Gambar 4.12 menunjukan inisialisasi port yang akan dipakai untuk masukan dari kelima
sensor. Selain ada kelima sensor juga ada port untuk tombol start dan stop.
Gambar 4.16. Inisialisasi I/O
Pada Gambar 4.12 menunjukan bahwa inisialisasi pada Arduino Uno menggunakan
#define dan penamaan port nya, seperti port untuk tegangan diberi nama pintegangan pada
kaki Analog 0 (A0), yang berbeda pada inisialisasi diatas adalah untuk inisialisasi kompas
yang menggunakan komunikasi I2C, jadi pada inisialisasi kompas menggunakan
HMC5883L compass. Selain itu juga ada inisialisasi untuk RTC, LCD 16x2, dan SD Card.
Inisialisasi untuk RTC dengan cara RTC_DS1303 rtc, lalu untuk inisialisasi LCD 16x2
dengan cara LiquidCrystal lcd(4,5,6,7,8,9) angka pada inisialisasi LCD adalah kaki yang
akan dipakai untuk LCD berkomunikasi dengan Arduino Uno. Lalu untuk inisialisasi SD
Card dengan cara File myFile.
4.3.2. Pensamplingan Data
Pada pensamplingan untuk sensor tegangan, arus dan kompas dilakukan setiap 0,04
detik. Sedangkan untuk sensor kecepatan poros dan sensor kecepatan angin setiap 1 detik.
Pada sistem data logger ini menggunakan Timer 1 yang telah ada. Dengan persamaan 2.14
dan waktu tunda yang telah ditentukan maka besar TCNT1 adalah 63036.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
4.3.3. Pengolahan Data
Setelah melakukan proses pensamplingan proses yang akan dilakukan adalah
penjumlahan dari sensor tegangan, sensor arus dan sensor kompas. Untuk sensor kecepatan
angin dan sensor kecepatan poros tidak dilakukan proses penjumlahan dikarenakan untuk
kedua sensor memang memerlukan waktu untuk sekali proses pengambilan data yaitu
selama 1 detik. Proses penjumlahan ketiga sensor tersebut dilakukan dalam rentang waktu
0,4 detik . Jadi bila dihitung ada 10 data sampling, dengan gambaran 0,4/0,04 = 10. Pada
setiap 0,4 detik akan dilakukan pembagian yaitu setelah proses penjumlahan selama 0,4 detik
akan dibagi dengan 10.
4.3.4. Penyimpanan Data
Pada proses penyimpanan data akan dilakukan setiap 10 detik. Jadi selama rentang
waktu 10 detik akan dilakukan proses pensamplingan setiap 0,04 detik lalu dilanjutkan
penjumlahan dan pembagian dalam rentang waktu 0,4 detik, setelah itu pada 10 detik kelima
sensor akan tersimpan ke dalam SD Card. Untuk sensor kecepatan angin dan sensor
kecepatan poros tanpa melalui proses penjumlahan dan pembagian seperti sensor tegangan,
arus dan kompas. Untuk mengetahui besar memori yang digunakan untuk sehari 24 jam
penyimpanan adalah sebagai berikut : untuk setiap penyimpanan ada 56 karakter yang akan
tersimpan setiap 10 detiknya, 1 karakter = 1 byte, jadi 56 x 1byte = 56 byte.
1 hari = 24 jam x 60 menit x 60 detik
1 hari = 24 jam x 60 menit x 6 data
1 hari = 24 jam x 60 menit x (6x 56 byte) = 483840 byte atau 483,8 Kilobyte
Lalu yang dipakai saat ini menggunakan memori sebesar 8 Gigabyte. jadi bisa kurang lebih
8∗106 𝐾𝐵
483,8 𝐾𝐵
= 166535,7 ℎ𝑎𝑟𝑖
Jadi dalam 1 hari menghabiskan 483,8 Kilobyte.
4.3.5. Menampilkan ke LCD
Untuk memperlihatkan hasil proses dari setiap 0,4 detik tadi akan ditampilka ke LCD setiap 1
detiknya. Selain itu juga untuk mendeteksi proses pengolahan data berjalan dengan baik atau tidak,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
akan ditampilkan juga tanda “-” dan “|” secara bergantian di LCDnya. Pada Gambar 4.13 menunjukan
contoh tampilan ketika data logger ini bekerja.
Energi
Kompas
Gambar 4.13. Contoh tampilan LCD ketika sistem bekerja
Tegangan
Arah angin
Kecepatan poros
Arus
Tanda proses
Gambar 4.17. Tata letak dan tampilan pada LCD 16x2
Supaya data yang telah terproses di Arduino Uno bisa tertampil sepenuhnya didalam LCD 16x2 maka
dibuatlah alokasi penulisan pada LCD 16x2 seperti berikut dan ditunjukan pada Gambar 4.13 :
 v merupakan lambang tegangan dimana dialokasikan 4 digit 1 angka dibelakang koma
 i merupakan lambang arus dimana dialokasikan 4 digit 1 angka dibelakang koma
 e merupakan lambang energi dimana dialokasikan 5digit tanpa koma
 k merupakan lambang kompas dimana dialokasikan 4 digit 1 angka dibelakang koma
 a merupakan lambang kecepatan angin dimana dialokasikan 4 digit 1 angka dibelakang
koma
 p merupakan lambang kecepatan poros dimana dialokasikan 3 digit tanpa koma
 |- merupakan indikasi bahwa telah terjadinya pemrosesan data di dalam Arduino Uno
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini menjelaskan tentang penarikan kesimpulan berdasarkan implementasi sistem
dan data pengujian pada bab IV, dan beberapa saran yang dapat digunakan untuk
penegmbangan sistem selanjutnya.
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari pengujian dan pengambilan data sistem
datalogger kincir angin propeller berbahan kayu ini adalah :
1. Data logger dapat bekerja dengan menggunakan Arduino Uno sebagai pengolah
datanya dan data berisi rekaman, tanggal, jam, tegangan, arus, arah angin kecepatan
angin dan kecepatan poros yang akan tersimpan dalam SD Card setiap 10 detiknya.
2. Tingkat keberhasilan sensor tegangan sebesar 99,3%, sensor arus sebesar 96,78%,
kompas sebesar 98,1%, sensor kecepatan angin 79,7% dan sensor kecepatan poros
sebesar 94,1%
5.2. Saran
Saran untuk pengembangan sistem data logger kincir angin propeller berbahan kayu
ini adalah :
1. Perlu adanya perbaikan untuk sensor kecepatan poros dimana dalam data logger
ini masih menggunakan optocoupler yang rentan terhadap cahaya.
2. Perlu dilakukan pengujian alat anemometer dengan alat ukur pembanding yang
hampir memiliki spesifikasi yang sama, dikarenakan pada pengujian alat
anemometer data logger ini menggunakan 3 manggkuk sebagai penagkap angin
nya, sedangkan alat ukur pembandingnya tidak menggunakan 3 mangkuk sebagai
penangkap anginnya.
63
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Pribadi, F., S., Ananta, H., 2011, PC Data Logger Berbasis Telemetri, vol. 3, no. 1,
hal 58- 59.
[2]
Martanto,2014, DATA LOGGER ENERGI LISTRIK UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN, IbIKK TE USD
[3]
----, 2015, data Sheet WCS1800, Winson
[4]
Boylestad, Robert L., 2009, Electronic devices and circuit theory, 10th ed. New Jersey,
Pearson Prentice Hall, Inc.
[5]
----, 2000, data Sheet LMx58, Texas Instrument
[6]
----, 2012, DT-Sense 3 Axis Compass, innovative electronic
[7]
https://www.led-tech.de/en/3mm-LEDs_ DB-3.pdf, diakses 16 Desember 2015.
[8]
Artanto Dian, 2012, Interaksi Arduino dan LABView, 1st ed, Elex Media Komputindo,
Jakarta
[9]
----, 2015, data Sheet DS1307, maxim integrated
[10] ----, 2013, data Sheet LM78XX, Texas Instrument
[11] Palupi Dian, 2006, Uji Karakteristik Dimensi Sensor (Jari- jari) dari Cup Counter
Anemometer, Departemen Geofisika dan Meterologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
[12] Myttenaere de Arnaud, Mean Absolute Precentage Error for Regression
Models,Centre de recherche en Informatique, Universite Paris 1 Pantheon.
64
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L0
LAMPIRAN
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L1
LAMPIRAN
Tabel lampiran 1. Pengambilan data tegangan
tegangan sanwa CD771(volt)
3,446
4,55
5,55
6,47
7,53
8,55
9,54
10,47
11,49
12,51
13,53
14,56
15,55
16,54
17,52
18,53
19,55
20,55
21,45
22,64
23,44
24,48
25,54
26,64
27,63
28,55
29,85
30,58
31,78
32,73
33,65
34,62
35,55
36,47
37,6
38,5
39,5
40,7
tegangan datalogger(volt)
3,59
4,6
5,55
6,02
7,77
8,52
9,31
10,42
11,51
12,59
13,47
14,49
15,5
16,47
17,5
18,63
19,48
20,6
21,71
22,55
23,62
24,62
25,64
26,49
27,55
28,6
29,48
30,62
31,48
32,74
33,53
34,62
35,24
35,69
37,43
38,69
39,64
40,69
galat(%)
4,2
1,1
0
7,0
3,2
0,4
2,4
0,5
0,2
0,6
0,4
0,5
0,3
0,4
0,1
0,5
0,4
0,2
1,2
0,4
0,8
0,6
0,4
0,6
0,3
0,2
1,2
0,1
0,9
0,0
0,4
0
0,9
2,1
0,5
0,5
0,4
0,02
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L2
41,5
41,73
42,6
42,54
43,6
43,47
44,5
44,17
45,5
45,36
46,6
46,58
47,8
47,58
48,6
48,56
49,7
49,54
50,5
50,45
51,4
51,61
52,5
52,72
53,6
53,61
54,4
54,71
55,7
55,47
56,7
56,24
57,6
57,3
58,5
58,6
60,2
59,6
galat rata-rata sensor tegangan :
0,6
0,1
0,3
0,7
0,3
0,04
0,5
0,08
0,3
0,1
0,4
0,4
0,02
0,6
0,4
0,8
0,5
0,2
1,0
0,7
Tabel lampiran 2. Pengambilan data arus
sensor arus (15-7-2016)
teg.pengondisi
sens.arus data
sanwa(CD771)
sinyal
logger
0,676
0
0
0,795
1
0,9
0,93
2,006
1,9
1,069
3,0057
3
1,197
4,03
3,9
1,331
5,07
4,9
1,453
6,02
5,8
1,584
7,05
6,8
1,713
8,07
7,9
1,83
8,99
8,7
1,973
10,1
9,7
2,1
11,3
10,7
2,2
11,98
11,9
rata-rata galat sens.arus data logger
galat(%)
0
10
5,28
0,19
3,23
3,35
3,65
3,55
2,11
3,23
3,96
5,31
0,67
3,71
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L3
Tabel lampiran 3. Pengambilan data kecepatan angin (m/s)
sensor kec.angin(m/s)
krisbow(KW06-562)
kecepatan angin
1,11
1,4
1,14
1,45
1,23
1,52
1,82
1,9
1,87
2,1
rata-rata galat sens.kec.angin :
galat(%)
26,1
27,2
23,6
4,4
12,3
20,3
Tabel lampiran 4. Pengambilan data kecepatan poros (rpm)
sensor kec.poros(rpm)
Krisbow(KW06-302)
s.kec.poros datalogger
45,5
44
70,4
66
89,3
80
137
132
160
152
178
168
194
184
210
196
228
212
263
248
318
300
rata-rata galat sens.kec.poros :
galat(%)
3,3
6,3
10,4
3,6
5,0
5,6
5,2
6,7
7,0
5,7
5,7
5,9
Tabel lampiran 5. Pengambilan data kompas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L4
kompas
applikasi android HMC5883L
0
1
10
11,3
20
21,5
30
32,2
40
41,8
50
48,7
60
62,7
70
70,2
80
82,7
90
88,3
100
101,7
110
108,2
120
115,3
130
134,7
140
138,3
150
149,8
160
159,6
170
169,9
180
179,2
190
189
200
199,2
210
211,5
220
221,7
230
230,1
240
239,8
250
249,6
260
256,7
270
271,22
280
280,6
290
287,3
300
294
310
308,3
320
324,9
330
335,7
340
341,4
350
348,4
360
357,3
rata-rata galat sens.kompas :
galat(%)
0
13
7,5
7,3
4,5
2,6
4,5
0,3
3,4
1,9
1,7
1,6
3,9
3,6
1,2
0,1
0,3
0,1
0,4
0,5
0,4
0,7
0,8
0,0
0,1
0,2
1,3
0,5
0,2
0,9
2,0
0,5
1,5
1,7
0,4
0,5
0,7
1,91742
Pengambilan data keseluruhan tertanggal 1 Juli 2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L6
Skematik Rangkaian Keseluruhan Datalogger
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L7
Skematik Rangkaian Pengondisi Sinyal
Skematik Rangkaian Pembagi Tegangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L8
Subrutin Pengolahan sensor tegangan dan sensor arus
Mulai
Baca tegangan
Baca arus
Hitung jumlah yang tersampling
untuk tegangan dan arus ke d
Rata- rata yang
tersampling dari d ke
dalam e
tidak
e=10?
ya
Tampilkan LCD dan
simpan data
Selesai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L9
Subrutin Pengolahan sensor kompas
Mulai
Inisialisasi sudut
deklinasi dan
sudut heading
Baca sudut deklinasi
Hitung jumlah yang
tersampling ke d
Rata- rata yang
tersampling dari d
ke e ya
tidak
e=10?
ya
Tampil LCD dan
simpan data
Selesai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L10
Dokumentasi Alat