Makalah - Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
advertisement
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM PENGGERAK PINTU
AIR DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI
ALTERNATIF MATAHARI
(HARDWARE/SOFTWARE)
TRIYAS IKA WULANDARI
NRP. 7306 040 015
Dosen Pembimbing:
Ir. GIGIH PRABOWO, MT
NIP. 19621205 199103 1 003
INDHANA SUDIHARTO,ST, MT
NIP. 19660227 199403 1 001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
1
2010
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM PENGGERAK PINTU
AIR DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI
ALTERNATIF MATAHARI
(HARDWARE/SOFTWARE)
TRIYAS IKA WULANDARI
NRP. 7306 040 015
Dosen Pembimbing:
Ir. GIGIH PRABOWO, MT
NIP. 19621205 199103 1 003
INDHANA SUDIHARTO,ST, MT
NIP. 19660227 199403 1 001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2010
2
RANCANG BANGUN SISTEM PENGGERAK PINTU AIR
DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI ALTERNATIF
MATAHARI
Oleh:
Triyas Ika Wulandari
NRP.7306.040.015
Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk
Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST)
Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Disetujui oleh :
Dosen Pembimbing
Tim Penguji Proyek Akhir
1. Ir. Joke Pratilastiarso, MT.
NIP. 196209201988031002
1.
Ir. Gigih Prabowo, MT.
NIP. 19621205 199103 1 003
2. Drs. Irianto, MT.
NIP. 196405221991031003
2.
Indhana Sudiharto,ST, MT.
NIP. 19660227 199403 1 001
Ir
Abdul Nasi31 964 534
3. Renny Rachmawati, ST, MT
NIP. 197210241999032001
Surabaya, 5 Agustus 2010
Mengetahui
Ketua Jurusan
Teknik Elektro Industri
Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 19640713198903 1 005
3
ABSTRAK
Dalam proyek akhir ini telah dibuat simulator sistem penggerak
pintu air menggunakan sumber solar cell. Solar cell mempunyai
kelemahan sangat tergantung adanya sinar matahari. Untuk mengatasi
masalah pada solar cell bila cuaca mendung supply energi listrik di catu
melalui baterai backup untuk sistem penggerak pintu air. Cara ini
dimaksudkan agar pintu air dapat bekerja sewaktu-waktu dalam segala
kondisi secara otomatis. Untuk mendapatkan tegangan keluaran solar
cell yang tetap, diberikan rangkaian battery charger sehingga output
tegangan dari rangkaian battery charger dapat dijaga tetap 13,6V. Sistem
buka tutup pintu air digerakkan oleh Motor DC berdasarkan sensor
ketinggian air sungai. Sebagai sistem pengontrolan buka tutup pintu air
menggunakan kontrol logika fuzzy untuk menggerakkan motor pada
penggerak pintu air. Dari sistem ini didapatkan kondisi ideal dari
otomatisasi sistem penggerak pintu air.
Kata Kunci : Solar cell, battery charger, driver motor, sensor level.
4
ABSTRACT
This final project has made driving simulator sluice system
using solar cell source. Solar cell has a weakness depends on the
existence of the sun. To overcome the problems of the solar cell when
the weather was overcast in the supply of electrical energy through the
battery backup power supply for propulsion systems sluice. This method
is intended to sluice can work at any time in all conditions
automatically. To get the solar cell output voltage is fixed, given a series
battery charger so that the output voltage of the battery charger circuit
can be kept fixed at 13,6V. Open and close the door of the water system
is driven by DC motors based on river water level sensor. As a system of
controlling opening and closing of water gates using fuzzy logic control
to drive the motor at the driving gate. From this system obtained under
ideal conditions of the driving gate automation system.
Key Words Solar cell, battery charger, driver motor, sensor level.
5
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah
SWT karena hanya dengan rahmat, hidayah dan inayah-Nya
kami dapatmenyelesaikan proyek akhir ini dengan judul :
Rancang Bangun Sistem Penggerak Pintu Air Dengan
Memanfaatkan Energi Alternatif Matahari
Dalam menyelesaikan proyek akhir ini, kami berpegang pada teori
yang pernah kami dapatkan dan bimbingan dari dosen pembimbing
proyek akhir. Dan pihak – pihak lain yang sangat membantu hingga
sampai terselesaikannya proyek akhir ini.
Proyek akhir ini merupakan salah satu syarat akademis untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST) di Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya.
Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada
perancangan dan pembuatan buku proyek akhir ini. Oleh karena itu,
besar harapan kami untuk menerima saran dan kritik dari para pembaca.
Semoga buku ini dapat memberikan manfaaat bagi para mahasiswa
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya pada umumnya dan dapat
memberikan nilai lebih untuk para pembaca pada khususnya.
Surabaya, Juli 2010
Penulis
6
UCAPAN TERIMA KASIH
Alhamdulillah, atas berkah dan karunia Allah SWT penulis dapat
menyelesaikan Proyek Akhir ini dan dalam pelaksanaan pembuatannya
penulis banyak mendapatkan bimbingan dan dukungan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu pada kesempatan kali ini Penulis mengucapkan
terima kasih yang tulus dan ikhlas kepada :
1. Allah SWT, karena Perlindungan, Pertolongan, dan Ridho-Nya
saya mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini serta hambanya yang
termulia Nabi Besar Muhammad SAW.
2. Bapak, Ibu, dan keluarga yang telah memberikan cinta dan kasih
sayang baik itu berupa dorongan moral maupun material. Terima
kasih bapak dan ibu, jangan pernah berhenti berdoa demi
kesuksesan anakmu, AMIN.
3. Dr. Dadet Pramadiharto, M.Eng, selaku Direktur PENS-ITS.
4. Ainur Rofiq Nansur, ST. MT, selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Industri
5. Ir. Gigih Prabowo, MT dan Indhana Sudihato, ST, MT selaku
dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk
membimbing kami setiap saat.
6. Bapak Darwis yang telah banyak membantu dan memberi nasehat
selama pengerjaan Tugas Akhir.
7. Pak Eko PPNS yang telah membantu dalam pengerjaan mekanik
dalam Tugas Akhir ini.
8. Seluruh dosen penguji yang telah bersedia meluangkan waktunya
untuk menguji dan mengoreksi hasil proyek akhir ini.
9. Teman-teman D4 Elin ’06, terima kasih atas segala bantuan dan
doanya.
10. Seluruh rekan - rekan dan karyawan Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya ITS yang tercantum maupun tidak tercantum namanya
semoga mendapat balasan kebaikan dari ALLAH SWT dan
limpahan rahmat dan hidayat-NYA untuk kita semua.
Akhir kata penulis berharap agar buku ini dapat bermanfaat
bagi senua pihak dan mudah-mudahan dapat dikembangkan dan dapat
berguna di masa yang akan datang.
7
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.........................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................. ii
ABSTRAK ........................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ...................................................................... v
UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................. vi
DAFTAR ISI ..................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................ xi
DAFTAR TABEL ............................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN .............................................................. 1
1.1. Latar Belakang ............................................................. 1
1.2. Tujuan .......................................................................... 2
1.3. Permasalahan.................................................................. 2
1.4. Batasan Masalah .......................................................... 2
1.5. Tinjauan Pustaka .......................................................... 3
1.6. Metodologi ................................................................... 5
1.7. Sistematika Penulisan .................................................. 6
BAB II TEORI PENUNJANG........................................................
2.1. Solar Cell .....................................................................
2.2. Motor DC .....................................................................
2.2.1. Prinsip kerja. ......................................................
2.2.2. Konstruksi Motor DC. .......................................
2.2.3. Rugi-rugi dan Efisiensi. .....................................
2.2.4. Jenis-jenis Motor DC .........................................
2.2.5. Karakteristik Motor DC. ....................................
2.2.6. Pengaturan Kecepatan Motor DC. .....................
2.3. Boost Konverter ...........................................................
2.3.1. Prinsip Kerja ......................................................
2.4. Battery Charger ............................................................
2.5. Aki / Accumulator .......................................................
2.6. Desain Induktor ...........................................................
2.6.1. Maxsimum fluk density. ....................................
2.6.2. Induktansi. .........................................................
2.6.3. Winding area......................................................
8
7
7
12
12
13
14
15
15
16
17
18
20
21
25
28
29
29
2.6.4. Winding Resistance. ..........................................
2.7. Rangkaian Snubber ......................................................
2.8. The Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET). .....
2.8.1. Mosfet sebagai switch. ......................................
2.9. Pulse Width Modulation. ............................................
2.10. H-Bridge Driver. ........................................................
2.11. Optocoupler. ..............................................................
2.12. Sensor Level. .............................................................
2.13. Mikrokontroller..........................................................
2.13.1. Mikrokontroller AVR AT-Mega16. ................
2.13.2. Port Sebagai Input/Output Digital. ..................
2.13.3. Rutin-rutin Standart. ........................................
2.13.4. Port Sebagai Analog Digital Converter. ..........
2.13.5. Code Vision AVR 1.24.0.1. .............................
30
32
33
35
36
37
39
41
41
41
46
48
50
52
BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT ................
3.1. Konfigurasi Sistem ......................................................
3.2. Perancangan Hardware ................................................
3.2.1. Desain Prototype Pintu Air ................................
3.2.2. Perancangan dan Pemasangan Solar Cell ..........
3.2.3. Desain boost Converter......................................
3.2.4. Desain Snubber ..................................................
3.2.5. Perencanaan dan Perancangan sistem Pengisian
pada Battery Charger ........................................
3.2.5.1. Komponen Kontrol battery charger .....
3.2.5.2. Rangkaian Battery Charger ..................
3.2.6. Driver Motor ......................................................
3.2.7. Sensor Level ......................................................
3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software). ..................
3.3.1.Sistem Mikrokontroller .......................................
3.3.2.Cara Penulisan CodeVision AVR .......................
3.3.3.Pembacaan Tegangan oleh Mikrokontroller
melalui ADC Channel.........................................
3.3.4.Perencanaan dan Pembuatan Hardware dan
Program LCD .....................................................
3.3.5.Pembuatan Program Fuzzy .................................
3.3.6.Desain Crisp Input dan Crisp Output ..................
3.3.7.Fungsi Keanggotaan ...........................................
3.3.8.Proses Kuantisasi ................................................
55
55
56
56
58
59
64
9
65
65
67
68
68
71
71
73
74
75
76
77
79
81
3.3.9.Desain Rule Base ................................................ 82
3.3.10.Fuzzy Evaluation .............................................. 83
3.3.11.Defuzzyfikasi .................................................... 84
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ..........................................
4.1. Metode Pengujian ........................................................
4.2. Pengujian Parsial .........................................................
4.2.1.Pengujian Tegangan Output Solar Cell...............
4.2.2.Pengujian Battery Charger ..................................
4.2.3.Pengukuran Nilai Induktor .................................
4.2.4.Pengujian PWM ..................................................
4.2.5.Pengujian Boost Converter .................................
4.2.6.Pengujian Sensor Level ......................................
4.2.7.Pengujian Minimum Sistem Mikrokontroller .....
4.2.8.Pengujian ADC ...................................................
4.2.9.Pengujian Program Fuzzy ...................................
4.3. Pengujian Integrasi ......................................................
87
87
87
87
88
90
91
92
93
94
95
98
100
BAB V PENUTUP........................................................................... 105
5.1. Kesimpulan .................................................................. 105
5.2. Saran-saran .................................................................. 105
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... xv
LAMPIRAN
10
DAFTAR GAMBAR
Gambar
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.a
2.10.b
2.11.
2.12.a
2.12.b
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
2.19.
2.20.
2.21.
2.22.
2.23.
2.24.
2.25.
2.26.
2.27.
2.28.
2.29.
2.30.a
2.30.b
Halaman
Solar cell......................................................... 7
Grafik I-V curve ............................................ 9
Grafik arus terhadap temperatur ..................... 10
Grafik arus terhadap tegangan ........................ 11
Ekstra luasan panel PV dalam posisi datar ..... 12
Prinsip Kerja Motor DC. ................................ 13
Diagram Skematik Motor DC . ..................... 13
Konstruksi Motor DC ..................................... 14
Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguat
Terpisah. ........................................................ 16
Grafik Fungsi Torsi Terhadap Kecepatan. ...... 17
Karakteristik Torsi dan Kecepatan Saat
Pembebanan. ................................................. 17
Rangkaian Boost Konverter ........................... 18
Motor Saklar ON ........................................... 18
Motor Saklar OFF.......................................... 18
Proses Charge dengan Arus Konstan ............. 21
Proses Discharge dengan Arus Konstan ......... 22
Proses Charge dengan Daya Konstan ............. 22
Proses Discharge dengan Daya Konstan ........ 23
Proses Charge dengan Arus Konstan atau
Tegangan Konstan........................................... 23
Proses Discharge dengan Resistansi Konstan 23
Rangkaian Ekivalen Induktor ......................... 26
Bentuk Ekivalen Induktor .............................. 27
Rangkaian Ekivalen Magnetic ........................ 28
Winding Area ................................................. 30
Rangkaian snubber ......................................... 33
Simbol Mosfet ................................................ 34
Mosfet Sebagai Switch ................................... 35
Gelombang tegangan input dan output ........... 36
Rangkaian PWM ............................................ 36
Gelombang pulsa keluaran PWM ................... 37
Rangkaian H-Bridge ....................................... 38
Rangkaian H-Bridge Bergerak maju .............. 38
Rangkaian H-Bridge Bergerak mundur ......... 38
11
Gambar
2.31.
2.32.
2.33.
2.34.
2.35.
2.36.
2.37.
2.38.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.a
3.14.b
3.15.a
3.15.b
3.16.
3.17.
3.18.
3.19.
3.20.
3.21.
3.22.
3.23.
3.24.
Halaman
Arsitektur H-Bridge ........................................ 39
Optocoupler .................................................... 40
Pin-pin AT-Mega 16 Kemasan 40-pin ........... 44
Arsitektur CPU dari AVR .............................. 45
Alur Pemrograman AVR Menggunakan
CodeVision AVR ............................................ 46
Code Vision AVR 1.24.0.1............................. 53
Blok Penginisialisasian Program .................... 54
Bagian Penulisan Program.............................. 54
Blok diagram sistem ....................................... 55
Prototype Pintu Air Tampak Keseluruhan...... 56
Desain Pintu Air ............................................. 57
Pemasangan Solar Cell ................................... 58
Boost Konverter .............................................. 59
Rangkaian Simulasi Boost Konverter ........... 63
Tegangan keluaran boost converter ................. 63
Rangkaian RCD dan RC Snubber ................... 65
Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM350 ..... 66
Konfigurasi Pin LM324................................... 66
Rangkian Battery Charger ............................... 67
Rangkaian Driver Motor DC ........................... 68
Potensiometer .................................................. 69
Gambar Skematik Potensiometer .................... 69
Potensiometer dengan Parameter Tegangan ... 69
Potensiometer sebagai Sensor Level Tampak
Depan .............................................................. 70
Potensiometer sebagai Sensor Level Tampak
Samping .......................................................... 70
Grafik Linieritas Sensor Ketinggian Level Air 70
Flowchart sistem ............................................. 72
Proses Menulis Program.................................. 73
Seting ADC pada AT-Mega 16 ....................... 75
Rangkaian LCD 2x16 ...................................... 75
Flowchart Logika Fuzzy .................................. 77
Proses Pemasuka Crisp input Error dan Delta
Error ................................................................ 78
Proses Pemasukan Crisp Output ...................... 79
Fungsi Keanggotaan Error ............................... 80
12
Gambar
3.25.
3.26.
3.27.
3.28.
3.29.
3.30.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
Halaman
Fungsi Keanggotaan Delta Error ..................... 80
Fungsi Keanggotaan Output ............................ 81
Rule Base......................................................... 83
Membership Function Error dan Delta Error
pada Program Fuzzy Evaluation ..................... 83
Rule Strength ................................................... 84
Fuzzy Output ................................................... 85
Gambar solar Cell............................................ 87
Rangkaian Battery Charger ............................. 89
Pengukuran Nilai Induktor .............................. 90
Pengujian Rangkaian PWM ............................ 91
Hasil Pengujian PWM ..................................... 91
Pengujian Boost Konverter. ............................ 92
Hasil Pengujian LCD....................................... 95
Hasil Pembacaan Input, Error dan Output
Fuzzy ............................................................... 99
Simulasi Sistem Kerja dari Pintu Air .............. 101
13
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1.
2.2.
3.1.
3.2.
3.3.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
Halaman
Kapasitas Aki ................................................... 24
Konfigurasi pin port ......................................... 47
Winding data .................................................... 62
Tabel Input/Output Mikro ................................. 71
Tabel Definisi Fungsi Keanggotaan .................. 82
Data pengujian solar cell ................................... 88
Data Pengujian Battery Charger ........................ 89
Data Pengukuran Nilai Induktor ....................... 90
Pengujian boost konverter ............................... 92
Pengujian Sensor Ketinggian Air ...................... 93
Tabel Data Pengujian ADC Internal
Mikrokontroller ................................................. 97
Pengujian Output Fuzzy ..................................... 99
Pengujian Sistem Rangkaian Daya dengan
Menggunakan Solar Cell .................................... 100
Respon Kecepatan buka Tutup Pintu air ............ 101
14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Pada saat ini penggunaan sistem penggerak pintu air di
sebagian besar pintu air sungai di Indonesia masih secara manual. Pintu
air dikendalikan oleh manusia, yang bertugas menjaga supaya air di hulu
dan hilir tetap stabil. Dalam hal ini air di hulu tidak melebihi batas yang
ditentukan. Oleh karena itu, petugas penjaga pintu air harus siap siaga
setiap saat. Tapi sangat tidak mungkin petugas itu setiap saat ada untuk
menjaga pintu air. Alat ini berguna sebagai pengganti sebagian atau
bahkan seluruh kerja dari seorang operator. Fakta ini diperkuat dengan
masih sering terjadinya banjir di sebagian besar daerah di Indonesia.
Meskipun sebagian kota besar di Indonesia menggunakan
motor AC sebagai sistem penggerak pintu air yang mendapatkan supply
energi dari PLN. Akan tetapi sistem tersebut dianggap kurang efektif
karena belum bisa bekerja secara otomatis. Dilain pihak, PLN sebagai
penyedia sumber energi listrik di Indonesia masih banyak mengalami
kesulitan dalam menyediakan listrik. PLN masih menggunakan bahan
bakar minyak bumi, gas alam, batubara, energi hidro, panas bumi dan
disel. Dapat kita ketahui bahwa minyak bumi, gas alam dan batubara
adalah sumber energi yang semakin menipis dan mahal. Masalah lain
adalah sering terjadinya pemadaman listrik sehingga menghambat
sistem kerja dari penggerak pintu air yang sudah ada.
Pada tugas akhir ini akan dirancang suatu sistem penggerak
pintu air secara otomatis yang memanfaatkan energi matahari sebagai
sumber utama, sehingga alat ini diharapkan dapat terealisasi di semua
pintu air di Indonesia. Motor DC sebagai penggerak pintu air yang
dikontrol berdasarkan level air sungai, sehingga dapat menggerakkan
pintu air sungai secara otomatis. Sistem penggerak pintu air ini
mendapatkan sumber energi dari solar cell dan aki.
1.2. Tujuan
Tujuan dari proyek akhir ini adalah membuat perencanaan
Sistem Penggerak Pintu Air dengan menggunakan Solar Cell dan Aki
15
sebagai sumber hybrid. Dengan menggunakan Solar cell diharapkan
dapat menghemat energi listrik pada sistem penggerak pintu air. Alat ini
juga dapat digunakan untuk pintu air yang jauh dari supply PLN.
Dengan adanya sistem pengendalian ketinggian air secara otomatis,
diharapkan akan menghasilkan efisiensi yang tinggi dan responsif.
1.3. Permasalahan
Berikut rumusan masalah yang akan dihadapi dalam proses
pengerjaan Proyek Akhir ini :
a. Bagaimana mendesain boost konverter sebagai penggerak motor
DC.
b. Bagaimana mendesain rangkaian charge untuk baterai aki dengan
masukan solar cell.
c. Bagaimana mendesain rangkaian PWM untuk menyulut mosfet.
d. Bagaimana membuat sensor level ketinggian air.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam proyek akhir ini adalah sebagai
berikut :
a.
Penggunaan Boost Converter sebagai penaik tegangan dari Aki
sebagai supply Motor DC.
b.
Penggunaan Rangkaian Regulator sebagai Charger Baterai ke Aki.
c.
Desain prototype ini untuk pintu air berskala kecil.
d.
Penggunaan sensor level air sebagai pembanding tinggi air sungai
sehingga system penggerak pintu air dapat bekerja secara otomatis
(diasumsikan daerah hulu merupakan daerah yang padat
penduduk).
1.5. Tinjauan Pustaka
Dalam
sebuah
artikel
berlabel
RAPI-Nusantara..NET
memaparkan bahwa banjir bukan sekedar fenomena alam. Fenomena
alamnya adalah hujan. Tetapi hujan belaka tidak otomatis menyebabkan
banjir. Oleh sebab itu, untuk meminimalisasi terjadinya banjir, teknologi
yang dapat dikembangkan adalah bagaimana mengendalikan
pembuangan air. Air yang mengalir di permukaan harus dibuang ke laut
dengan mengoptimalkan sistem kerja dari pintu air sungai. Perlu
16
diketahui, selama ini sistem penggerak pintu air yang sudah ada masih
menggunakan sistem manual. Walaupun sebagian sistem penggerak
pintu air di kota-kota besar sudah menggunakan motor listrik sebagai
penggerak pintu air, namun cara kerja dari sistem tersebut masih
dilakukan dengan sistem on/off secara manual. Serta sistem yang sudah
ada tersebut menggunakan sumber energi listrik dari PLN.
Untuk mengatasi permasalahan yang dikemukakan diatas
banyak cara yang dapat dilakukan. Salah satunya dengan perancangan
sistem penggerak pintu air secara otomatis dengan memanfaatkan energi
matahari yaitu menggunakan solar cell sebagai supply utama. solar cell
bekerja untuk menyuplai seluruh beban pada sistem penggerak pintu air
dan sebagian energinya diisi ke Aki sebagai cadangan daya. Solar Cell
mempunyai beberapa kelemahan ketika dia bekerja menyuplai beban
dan mengisi ke Aki. Solar Cell akan lebih banyak menyuplai ke beban
yang mempunyai kebutuhan energi yang besar daripada beban
selainnya, akibatnya apabila daya dalam Aki telah habis maka energi
dari Solar Cell lebih tersupply ke Aki daripada ke beban yaitu motor
DC. Selain itu juga karakteristik dari Solar Cell hanya mempunyai daya
maksimum pada waktu-waktu tertentu saja dan tidak setiap waktu
mempunyai daya yang besar.
Hal ini seperti juga yang dikemukakan dalam buku tugas akhir
Surya Darma Adi mengenai Penerangan Jalan Umum (PJU) dengan
menggunakan Tenaga Surya (PENS-ITS), dalam artikel tersebut salah
satunya menjelaskan bahwa kemampuan Solar Cell dalam mengisi
dayanya ke Aki. Daya dari Solar Cell tersebut mengalir melalui battery
charger yang berfungsi untuk rangkaian charge ke aki. Dengan battery
charger ini sumber yang dikeluarkan oleh Solar Cell dapat diisi ke Aki
sesuai dengan daya yang dibutuhkan,apabila daya dari aki sudah penuh
maka battery charger akan memutuskan sumber ke Aki dan
mengalirkannya daya itu ke beban. Aki tersebut bekerja ketika sumber
dari Solar Cell tersebut tidak mendapatkan energi cahaya dari matahari.
Pada kondisi itu battery charger akan menutup kontak dari sumber Aki
sehingga sumber akan dialiri oleh Aki.
Dalam tugas akhir ini, dirancang suatu sistem penggerak pintu
air dengan menggunakan solar cell sebagai sumber utama. Dengan
mengoptimasi Solar cell dan Aki sebagai supply, sistem penggerak pintu
air akan tetap terjaga, sehingga dapat meminimalisasi penggunaan
energi listrik dari PLN. Sistem penggerak pintu air ini menggunakan
mikrokontroller sebagai pembanding data ketinggian air yang dibaca
17
oleh sensor dengan seting data yang telah ditentukan. Sensor yang
dipakai yaitu sensor level karena memiliki keakuratan yang bagus
dengan harga yang relatif murah. Output dari sensor level akan masuk
sebagai data input dari sensor pada komparator yaitu mikrokontroler.
1.6. Metodologi
Untuk mencapai tujuan diatas maka perlu ditempuh langkahlangkah sebagai berikut :
1. Studi literatur tentang teori penunjang proyek akhir.
Mengumpulkan dan mempelajari literatur sehubungan dengan
permasalahan yang dihadapi seperti rangkaian PWM, mosfet, desain
boost konverter, serta desain battery charger.
2. Perencanaan sistem
Melakukan perencanaan sistem proyek akhir secara umum, yaitu
boost konverter serta desain battery charger.
3. Pengujian alat
Melakukan pengujian dan analisa terhadap hasil output PWM, boost
converter, serta battery charger yang telah dirancang.
4. Penyempurnaan alat
Perbaikan terhadap kerusakan dan penyempurnaan dari sistem yang
telah dibuat.
5. Penyusunan buku
Menyimpulkan hasil perencanan, dan pengujian alat dengan hasil
pengujian dan analisa sehingga tersusunlah buku proyek akhir ini.
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika
pembahasan
direncanakan sebagai berikut :
penyusunan
proyek
akhir
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas pendahuluan yang terdiri dari latar
belakang, tujuan, metodologi, batasan masalah, sistematika
pembahasan proyek akhir dan tinjauan pustaka.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini membahas teori-teori yang menunjang dan berkaitan
dengan penyelesaian proyek akhir, antara lain teori mengenai
18
motor DC, desain boost converter, solar cell , rangkaian
mosfet, rangkaian PWM, aki, dll.
BAB III: PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Bab ini membahas tahap perencanaan dan proses pembuatan
perangkat keras proyek akhir.
BAB IV: PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas secara keseluruhan dari sistem dan
dilakukan pengujian serta analisa pada setiap percobaan
modul praktikum serta, Mengintegrasikan seluruh sistem dan
pengujian, kemudian berdasarkan data hasil pengujian dan
dilakukan analisa terhadap keseluruhan sistem.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas kesimpulan dari pembahasan,
perencanaan, pengujian dan analisa berdasarkan data hasil
percobaan. Untuk meningkatkan hasil akhir yang lebih baik
diberikan saran-saran terhadap hasil pembuatan proyek akhir.
19
‖Halaman Ini Sengaja Dikosongkan‖
20
BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1 Solar Cell1
Suatu sumber energi listrik yang memanfaatkan cahaya
matahari sebagai sumber energi diubah menjadi listrik. Pada
kenyataanya solar cell juga sebagai sumber energi yang ramah
lingkungan dan sangat menjanjikan pada masa yang akan datang, karena
tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi dan
berlimpahnya sumber energi matahari yang berasal dari alam, terlebih di
negeri tropis semacam Indonesia yang menerima sinar matahari
sepanjang tahun.
Cara kerja solar cell sendiri sebenarnya identik dengan piranti
semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan solar cell dan
diserap oleh bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction
semiconductor), sehingga terjadi pelepasan elektron.
Gambar 2.1. Solar cell
Apabila elektron tersebut dapat menempuh perjalanan menuju
bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda maka akan terjadi
perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semikonduktor akan menyebabkan aliran medan listrik dan menyebabkan
elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan
pada perabot listrik. Gambar 2.1 merupakan bentuk dari solar sel.
1
‖Strategi Aplikasi Sel Surya (Photovoltaic Cell) Pada Perumahan
dan Bangunan Komersial‖, hal 129-130, Diakses 20 Desember
2009
http://puslit.petra.ac.id/journals/architecture/aplikasisolar
cellpada perumahan.pdf
21
Perkembangan pembuatan solar cell atau sel surya mengalami kemajuan
dari berbagai jaman dan dipengaruhi oleh bahan-bahan pembuatan cellcell tersebut. Bahan-bahan yang dipakai antara lain sebagai berikut :
a. Mono-crystalline (Si)
Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan
silikon dalam bentuk bujur. Sekarang mono-crystalline dapat dibuat
setebal 200 mikron, dengan nilai effisiensi sekitar 24%.
b. Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si)
Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian
pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang
akan timbul diatas lapisan silikon. Sel ini kurang efektif dibanding
dengan sel polycrystalline( efektivitas 18% ), tetapi biaya lebih murah.
c. Gallium Arsenide (GaAs)
Sel surya III-V semikonduktor yang sangat efisien sekitar 25%.
Karakteristik kerja dari solar cell ketika sinar matahari jatuh
pada diode silikon(silikon cell) yang menghasilkan photon, secara
konstan yang akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt — max. 600
mV pada 2 ampere, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2
= ‖1 sun‖ akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel
surya. Pada grafik I-V curve gambar 2.2 yang menggambarkan keadaan
sebuah sel surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan
energi maximum jika nilai Vm dan Im juga maximum. Sedangkan Isc
adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol; Isc berbanding
langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maximum
pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar
matahari, karakter ini yang memungkinkan sel surya untuk mengisi accu
Gambar 2.2. Grafik I-V curve2
2
ibid, hal. 131
22
Keterangan Gambar 2.2 :
Isc
= Arus hubung singkat.
Vsc
= Tegangan tanpa beban.
Vm
= Tegangan maksimum.
Im
= Arus maksimum.
Pm
= Daya maksimum.
Faktor pengoperasian maximum solar cell sangat tergantung
pada :
a. Ambient air temperature
b. Radiasi solar matahari (insolation)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfir bumi
e. Orientasi panel atau array PV
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle )
Sebuah Sel surya dapat beroperasi secara maximum jika temperatur sel
tetap normal (pada 25 derajat celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi
dari temperatur normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc).
Setiap kenaikan temperatur sel surya 1 derajat celsius (dari 25 derajat)
akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan 8 atau
akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur sel per 10 derajad C.
Gambar 2.3 merupakan grafik pengaruh temperatur pada solar cell
dalam oC.
Gambar 2.3. Grafik arus terhadap temperatur
23
Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan
sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar
matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt.
Gambar 2.4 merupakan grafik pengaruh temperatur pada solar cell
dalam W/m2.
Gambar 2.4. Grafik arus terhadap tegangan3
Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu
mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array. Keadaan
atmosfir bumi—berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap
air udara (Rh), kabut dan polusi sangat mementukan hasil maximum
arus listrik dari deretan PV.
Orientasi dari rangkaian PV (array) ke arah matahari secara
optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan
energi maximum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari
panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maximum
(lihat penjelasan tilt angle). Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak
di belahan utara latitude, maka panel/deretan PV sebaiknya
diorientasikan ke Selatan, orientasi ke timur—barat walaupun juga dapat
menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/deretan PV, tetapi tidak
akan mendapatkan energi matahari optimum.
Pada gambar 2.5 tilt angle (sudut orientasi matahari)
mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV
secara tegak lurus akan mendapatkan energi maximum ± 1000 W/m2
atau 1 kW/m2.
3
ibid, hal. 132
24
Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar
matahari dengan bidang PV, maka extra luasan bidang panel PV
dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude yang berubah setiap
jam dalam sehari).
Gambar 2.5. Ekstra luasan panel PV dalam posisi datar
2.2. Motor DC
Untuk pembahasan teori tentang motor dc akan dibahas
mengenai prinsip kerja, karakteristik motor dc, konstruksi motor dc,
rugi-rugi dan efisiensi serta pengaturan kecepatan pada motor.
2.2.1. Prinsip Kerja
Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin yang
berfungsi untuk mengubah tenaga listrik searah menjadi tenaga gerak
atau tenaga mekanik berupa putaran dari rotor. Prinsip kerja motor dc
hampir sama dengan generator dc. Kecuali pada konversi daya yang
dihasilkan. Prinsip dasar motor dc yaitu: ―Apabila suatu kawat berarus
diletakkan diantara kutub-kutub magnet Utara dan selatan (U-S), maka
pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat
tersebut‖ seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.
U
S
Gambar 2.6. Prinsip kerja Motor DC
25
Bila sebuah lilitan terletak dalam medan magnet yang homogen
arah gerakanditunjukkan seperti gambar diatas, karena kedua sisi belitan
mempunyai arah arus yang berlawanan.
2.2.2. Konstruksi Motor DC
Bagian-bagian penting dari motor dc ditunjukkan seperti pada
Gambar 2.7 berikut :
Gambar 2.7. Diagram Skematik Motor DC
Stator mempunyai kutub menonjol dan diteral oleh satu atau
lebih kumparan medan. Pembagian fluks celah udara yang dihasilkan
oleh lilitan medan secara simetris berada disekitar garis tengah kutub
medan. Sumbu ini dinamakan sumbu medan atau sumbu langsung.
Gambar 2.8 menunjukkan gambar konstruksi motor dc.
Gambar 2.8. Konstruksi motor dc
26
Kumparan penguat dihubungkan seri. Jangkar merupakan besi
berlaminasi yang bergerak untuk mengurangi arus Eddy. Letak
kumparan jangkar pada slot besi disebelah luar permukaan jangkar. Pada
kumparan jangkar terdapat komutator yang berbentuk silinder dan
terisolasi. Sisi kumparan dihubungkan dengan segmen komutator pada
beberapa bagian yang berbeda, sesuai dengan jenis belitan motor itu
sendiri.
2.2.3. Rugi-rugi dan Efisiensi
Sebagian tenaga listrik (input) motor dc hilang atau berubah
menjadi panas. Rugi-rugi lain yang terjadi dalam mesin arus searah atau
motor dc adalah :
1. Rugi besi, yang terdiri atas rugi histerisis dan rugi arus Eddy
2. Rugi listrik, yang dikenal sebagai rugi tembaga (I²R)
3. Rugi mekanik yang terdiri atas rugi geser pada sikat, pada sumbu dan
rugi angin efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan daya output
dengan daya input.
Effisiensi=
DayaOutput
x100%………………(2.1)
DayaInput
2.2.4. Jenis-jenis Motor DC
Berdasarkan sumber arus penguat magnet motor dc dapat
dibedakan menjadi :
1. Motor DC Penguat Terpisah,
jika arus penguat magnet diperoleh dari sumber dc di luar motor.
2. Motor DC Penguat Sendiri,
bila arus penguat magnet berasal dari motor itu sendiri.
2.2.5. Karakteristik Motor DC
Untuk menentukan karakteristik motor dc hal yang harus
diingat adalah 2 persamaan dasar yaitu :
1. Kecepatan n =
V Ia.Ra
……………………….. (2.2)
C.
27
2. Torsi T = K . Ia . Ф…………………………………(2.3)
Keterangan :
n
T
: Kecepatan dalam rotasi per menit (rpm)
: Torsi dalam Newton Meter (Nm)
Berdasarkan persamaan diatas, dapat dilihat bahwa kecepatan
(n), dapat diatur dengan merubah besaran Ф, Ra atau Vt.
2.2.6. Pengaturan Kecepatan Motor DC
Salah satu pengaturan kecepatan motor dc adalah dengan
mengatur tegangan Vt, pada pengaturan kecepatan motor dc dengan
penguat sendiri yang diatur adalah tegangan jepit pada kumparan
jangkar Vt atau Va. Hampir sama dengan motor dc penguat terpisah
hanya saja pada motor dc penguat sendiri pada proyek akhir ini adalah
menggunakan magnet permanen, ditunjukkan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9. Rangkaian ekivalen motor dc penguat terpisah
Pada saat start, motor dc penguat sendiri pertama kali berputar
pada kecepatan (ω) rendah dan torsi (τ) pada motor sangat tinggi.
Kondisi seperti ini berlanjut apabila kecepatan motor dc semakin tinggi
maka torsi pada motor akan semakin rendah. Hal ini sesuai dengan
persamaan, bahwa :
T=
P
……………………………………… (2.4)
dimana : T = Torsi motor
P = Daya motor
28
ω = Kecepatan motor
Sesuai persamaan diatas bahwa kecepatan dan torsi saling
berbanding terbalik. Artinya semakin besar kecepatan motor maka torsi
motor semakin kecil dan apabila kecepatan motor semakin kecil maka
torsi motor semakin besar. Gambar 2.10 menunjukkan garfik fungsi torsi
terhadap tegangan.
a.
b.
Gambar 2.10.(a) Grafik fungsi torsi terhadap kecepatan
(b)Karakteristik Torsi dan Kecepatan saat
pembebanan
2.3. Boost Converter
Konverter boost adalah konverter DC- DC jenis penaik tegangan
atau step up. Konverter boost mampu menghasilkan nilai tegangan
output sama atau lebih besar dari tegangan inputnya. Konverter boost
dapat menaikkan tegangan tanpa membutuhkan trafo. Karena hanya
menggunakan satu buah semikonduktor, konverter boost memiliki
efisiensi yang tinggi. Gambar 2.11. Rangkaian dasar Konverter boost
memiliki 2 mode, yaitu mode switch on dan switch off. Pada mode 1 (
transistor on ), arus masukan meningkat mengalir melalui induktor L
dan switch 1. Pada mode 2 saat switch 1 dimatikan arus mengalir
melalui resistor yang berasal dari induktor L dan difilter oleh kapasitor
C.
29
V
d
Gambar 2.11. Rangkaian Boost Converter
2.3.1. Prinsip kerja
Boost converter memiliki 2 mode, yaitu mode switch on dan
switch off. Pada mode 1 ( transistor on ), arus masukan meningkat
mengalir melalui induktor L dan switch 1,seperti gambar 2.12.a. Pada
mode 2 saat switch 1 dimatikan arus mengalir melalui resistor yang
berasal dari induktor L dan difilter oleh kapasitor C, seperti pada gambar
2.12.b.
L
Vd
L
+
D
C
R
V0
Vd
+
D
C
R
Gambar 2.12.a. Mode saklar
On
V0
-
-
Gambar 2.12.b. Mode saklar
Off
Boost converter memiliki 5 komponen utama, yaitu:
1. PWM generator, yaitu pembangkit pulsa berfrekuensi tinggi (diatas
20 KHz) yang duty cycle-nya dapat diubah-ubah bergantung besar
tegangan output yang diinginkan dan tegangan input yang ada.
Output dari PWM generator ini digunakan untuk men-drive
MOSFET yang berfungsi sebagai saklar elektronik. Besar duty cycle
untuk mengeluarkan tegangan output yang diinginkan dapat dihitung
dengan rumus:
V0
Vd
………………………………(2.5)
D
30
Dimana:
V0 = tegangan output yang diinginkan
D = duty cycle PWM
Vd = tegangan input.
2. MOSFET
3. Diode freewheel
4. Induktor digunakan untuk menyimpan arus untuk sementara waktu
yang menyebabkan tegangan output bisa menjadi lebih besar dari
inputnya. Untuk perhitungan nilai Induktor dapat dihitung dengan
rumus :
L
D Vd
f i L
…………………………(2.6)
Dimana:
L = Induktor (H)
Vo = tegangan output yang diinginkan (V)
d = duty cycle PWM
Vd = tegangan input (V)
f = frekuensi switching
ΔIL= delta arus
5. Kapasitor sebagai filter tegangan untuk mengurangi ripple tegangan.
Untuk perhitungan nilai Induktor dapat dihitung dengan rumus :
C
Dimana:
C =
Vo =
f
=
ΔVo =
ID
………………..............(2.7)
f Vo
kapasitor (H)
tegangan output yang diinginkan (V)
frekuensi switching
riple tegangan
31
2.4. Battery Charger4
Pengertian dari battery charger adalah suatu alat yang berfungsi
untuk mengisi battery dengan tegangan konstan hingga mencapai
tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang ditentukan itu telah
tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis sesuai dengan
settingan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat
sehingga indikator menyala menandakan battery telah terisi penuh.
Didalam rangkaian battery charger terdapat rangkaian regulator
dan rangkaian komparator. Rangkaian regulator berfungsi untuk
mengatur tegangan keluaran agar tetap konstan, sedangkan rangkaian
comparator berfungsi untuk menurunkan arus pengisian secara otomatis
pada battery pada saat tegangan pada battery penuh dan menahan arus
pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga menyebabkan indikator
aktif menandakan battery telah terisi penuh.
2.5. Aki / Accumulator
Baterry (accumulator) merupakan salah satu komponen yang sangat
penting untuk memberikan supply tenaga terutama pada kendaraan
bermotor, akan tetapi dalam tugas proyek akhir ini yang berjudul Sistem
Penggerak Pintu Air Dengan Memanfaatkan
Energi Alternatif Matahari, accumulator digunakan untuk
menyimpan energi listrik yang berasal dari solar cell karena cahaya
matahari yang berubah-ubah sehingga tegangan keluaran dari solar cell
juga berubah-ubah.
Penelitian atau percobaan tentang charge discharge telah
menghasilkan banyak sekali metode yaitu antara lain:
2.5.1. Proses Charge Discharge dengan Arus Konstan.
Proses Charge dan Proses Discharge dengan arus konstan yang
ditunjukkan pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14 dapat diambil
kesimpulan bahwa, proses charge discharge akan berakhir.
4
http://www.eouguelph.ca/‖antoon-pemanfaatan rangkaian baterry
charger‖ , diakses pada tanggal 28 Januari 2009.
32
Ketika waktu yang telah diset terlampaui atau apabila kapasitas baterry
(accumulator) yang ditentukan telah terpenuhi.
Gambar 2.13. Proses Charge dengan Arus Konstan
Gambar 2.14. Proses Discharge dengan Arus Konstan
2.5.2. Proses Charge Discharge dengan Daya Konstan.
Proses Charge dengan daya konstan yang ditunjukkan pada
Gambar 2.15 dilakukan ketika tegangan naik dan arus turun, proses ini
berakhir ketika set time terpenuhi atau tegangan pada battery terpenuhi.
Sedangkan Proses Discharge dengan daya konstan yang ditunjukkan
pada Gambar 2.16 dilakukan ketika tegangan baterry turun dan arus naik
dan discharge berakhir saat set time terlampaui atau tegangan beban
terpenuhi.
33
Gambar 2.15. Proses Charge dengan Daya Konstan
Gambar 2.16. Proses Discharge dengan Daya Konstan
2.5.3. Gambar 2.17 menunjukkan Proses Charge dengan arus konstan
ketika tegangan terminal lebih rendah dari pada tegangan charge.
Gambar 2.17. Proses Charge dengan arus konstan atau tegangan
konstan
2.5.4. Gambar 2.18 menunjukkan Proses Discharge dengan resistansi
konstan ketika tegangan baterry turun dan arus juga turun.
34
Gambar 2.18. Proses Discharge dengan Resistansi Konstan
Pada aki biasanya tertera angka yang menunjukan
kemampuannya, disini akan kita gunakan ..Ah misalnya 50Ah. Hal ini
berarti aki tersebut akan benar2 habis dalam 30 jam jika digunakan pada
beban 1 Ampere.
Untuk mendapatkan umur yang panjang aki tidak boleh
digunakan pada beban yang melebihi nilai Ah-nya di bagi 10. Biasanya
beban yang digunakan berada pada kisaran Ah/3 atau 4 atau 6. Misalnya
aki dengan kapasitas 50 Ah penggunaan beban maksimum yang dapat
digunakan adalah 5 Ampere agar tidak merusak aki.
Selain dengan mengukur berat jenis atau densiti dari air aki, aki
dapat di uji dengan menggunakan Volt meter. Seperti kita ketahui aki
yang baik adalah aki yang menunjukkan voltase 12,6Volt. Namun pada
saat setelah pengisian penuh aki biasanya dapat mencapai 13,8Volt,
apabila pengisian dihentikan maka voltase13,8 V itu akan turun dengan
cepat ke 13 dan perlahan-lahan turun hingga 12,6 volt.
Berikut merupakan data dari kapasitas aki pada saat kosong
sampai pada kondisi aki terisi penuh dengan menggunakan aki GS
70Ah.
Tabel 2.1. Kapasitas Aki
Kapasitas Aki (%)
0%
Tegangan (Volt)
11
10 %
11,2
20 %
11,4
30 %
40 %
11,6
11,8
35
50 %
12
60 %
12,2
70 %
12,4
80 %
90 %
12,6
12,8
100 %
13
Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian
accumulator, dapat menggunakan perhitungan dibawah ini :
1. Lamanya pengisian Arus :
Ta =
Ah
A
………………………………...(2.8)
Keterangan :
Ta = Lamanya pengisian arus (jam).
Ah = Besarnya kapasitet accumulator (Ampere hours).
A = Besarnya arus pengisian ke accumulator(Ampere).
2. Lamanya pengisian Daya :
Td =
dayaAh
dayaA
…………………………..(2.9)
Keterangan :
Td
= Lamanya pengisian Daya (jam).
daya Ah
= Besarnya daya yang didapat dari perkaliAh dengan
besar tegangan accumulator (Watt hours).
daya A
= Besarnya daya yang didapat dari perkaliA dengan
besar tegangan accumulator (Watt).
36
2.6. Desain Induktor5
Banyak faktor yang mempengaruhi dalam mendesain peralatan
magnetik. Puncak flux density inti tidak boleh saturasi. Puncak ac flux
density juga harus cukup kecil, untuk memenuhi jumlah banyak putaran
pada inti.
Pokok bahasan ini yang sangat berpengaruh adalah area untuk
menggulung kawat (wire cross section area) harus seluas mungkin,
untuk mengurangi gulungan resistor dc dan rugi tembaga. Tetapi apabila
kawat terlalu padat sehingga tidak dapat diterima karena dapat
menyebabkan efek permukaan kawat (proximity effect). Celah udara
dibutuhkan untuk peralatan yang menyimpan energi seperti induktor
pada rangkaian buck boost converter.
Induktor dapat dimodelkan seperti rangkaian ekivalen pada
Gambar 2.19 merupakan resistansi dc kumparan.
Maka induktor dapat menghasilkan induktansi dan resistansi R pada
kumparan. Induktor tidak saturasi apabila menggunakan worstcase arus
puncak Imax.
Sebagai catatan hubungan antara R ekivalen dan rugi tembaga Pcu
ditunjukkan pada persamaan berikut :
Pcu I 2 rms R ...........................................................(2.10)
Keterangan :
Pcu
Irms
R
= Daya output pada Tembaga.
= Arus Maksimum dibagi akar 2.
= Tahanan.
R
L
i(t)
Gambar 2.19. Rangkaian Ekuivalen Induktor
Resistansi kumparan induktor mempengaruhi efisiensi dan
tegangan keluaran konverter. Maka pada desain konverter diperlukan
konstruksi induktor dengan resistansi kumparan yang kecil.
5
Ir. Moh. Zaenal Efendi, MT,‖Design of Inductance 2008’, Mata
Kuliah Desain Komponen & Elektromagnetik,2008.
37
Bentuk induktor dapat diasumsikan bahwa ukuran induktor
yang ditunjukkan sebagai bentuk pengganti ditunjukkan pada Gambar
2.20 untuk rangkaian ekivalen magnetik ditunjukkan pada Gambar 2.21
Untuk besar nilai reluktansi inti Rc dan reluktansi celah udara Rg
ditunjukkan pada persamaan berikut :
Rc
lc
o Ac
Rg
lg
Dimana :
o Ac
lc
Ac
c
lg
...........................................................(2.11)
.........................................................(2.12)
= Lebar bagian Inti Magnetik.
= Inti cross section area.
= Permeabilitas Udara.
= Lebar Celah Udara.
Reluktansi inti dan reluktansi celah udara dapat diasumsikan
bahwa inti dan celah udara mempunyai luas penampang yang sama.
Persamaan untuk Gambar 2.20 adalah
ni Rc Rg ...............................................(2.13)
Biasanya, Rc << Rg
disederhanakan sebagai berikut:
dan
persamaan
(2.13)
ni Rg .............................................................(2.14)
38
dapat
Gambar 2.20. Bentuk ekivalen induktor6
Gambar 2.21. Rangkaian ekivalen magnetic7
2.6.1 Maximum flux density
Dengan memberikan arus puncak Imax, diharapkan inti dapat
bekerja pada nilai puncak fluk density Bmax. Besar dari Bmax dipilih
yang lebih kecil dari pada worst-case saturasi flux density bahan dari
inti.
Subtitusikan Φ = BAc pada persamaan (2.13) diperoleh
persamaan berikut:
ni BAc Rg ...........................................................(2.15)
6
7
ibid, hal.13
ibid, hal.21
39
Apabila max I = I max dan B max = B , maka diperoleh :
nI maks Bmaks Ac Rg Bmaks
Keterangan :
n
Imaks
Bmaks
Ac
Rg
Lg
o
……..(2.16)
= Jumlah Lilitan.
= Arus Maksimum pada Induktor.
= Nilai kerapatan Fluks.
= Luas Penampang Induktor.
= Tahanan Air gap.
2.6.2 Induktansi
Nilai induktansi L harus ditentukan. Induktansi dapat diperoleh
dengan persamaan berikut :
L
2
o Ac n.........................................(2.17)
n2
Rg
lg
Keterangan :
L
n
µ0
Ac
= Nilai Induktansi.
= Jumlah Lilitan.
= Permeabilitas Udara.
= Luas Penampang Lilitan.
2.6.3 Winding area
Winding area ditunjukkan pada Gambar 2.22 Gulungan kawat
harus tersusun rapi dan rapat pada inti yang merupakan lubang tengah
daripada inti. Cross section area konduktor, luas penampang konduktor
AW. Apabila gulungan mempunyai n putaran, maka area untuk
konduktor tembaga adalah
nAw ...............................................................(2.18)
Apabila inti mempunyai window area WA, kemudian dapat dinyatakan
area untuk gulungan konduktor sebagai berikut :
W A KU ............................................................(2.19)
40
Ku merupakan window utilization factor atau fill factor. Maka desain
selanjutnya dapat dinyatakan sebagai berikut :
W A KU nAw ................................(2.20)
Keterangan :
WA
AW
KU
= Inti Wilayah Kumparan.
= Luas Wilayah Kumparan.
= Faktor Kerapatan Kumparan.
Nilai Ku untuk inti dengan gulungan pada bobbin adalah 0,5 untuk
induktor tegangan rendah, 0,25-0,3 untuk off-line transformator, 0,050,2 untuk transformator tegangan tinggi untuk supplai berkisar kV, dan
0,65 untuk transformator foil dan induktor tegangan rendah.
Gambar 2.22. Winding area8
2.6.4 Winding resistance
Besar nilai resistansi pada gulungan adalah
R
lW
...........................................................(2.21)
AW
ρ adalah tahanan jenis dai bahan induktor, W l adalah panjang kawat dan
W A adalah luas penampang kawat. Tahanan jenis tembaga pada suhu
ruangan adalah 1,724 x 10-6 Ohm-cm.
8
ibid, hal.13
41
Panjang kawat terdiri dari n putaran gulungan dapat dinyatakan sebagai
berikut :
lW n(MLT ) ......................................................(2.22)
MLT (mean-length-per-turn) adalah panjang kawat dalam satu
putaran. Panjang kawat dalam satu putaran (MLT) merupakan fungsi
geometri inti. Subtitusikan persamaan (2.21) ke persamaan (2.22)
diperoleh persamaan berikut :
R
n( MLT )
.................................................(2.23)
AW
Parameter yang harus diperhatikan dalam pembuatan
komponen L adalah sebagai berikut :
a. Resistansi penghantar
ρ= 1,74.10-6 (Ω-cm)
b. Arus maksimum
I=I+ΔI(A)
c. Induktansi
L(H)
d. Resistansi kumparan
R(Ω)
e. Faktor kerapatan kumparan
Ku = 0,5
f. Kerapatan fluk maksimum
Bmax = 0,25(tesla)
g. Kerugian kumparan
Pcu = 10mw-1,5w
h. Permeabilitas dari bahan
μo=4π.10-7
i. Dimensi inti besi yang meliputi (bisa dilihat di manual book)
Untuk dimensi inti dalam pembuatan induktor mempunyai
parameter sebagai berikut :
a. Luas wilayah inti
= Ac (cm2)
b. Luas wilayah kumparan
= Aw (cm2)
c. Panjang kawat per satu putaran
= MLT (cm2)
Prosedur mendesain induktor dapat diikuti dengan langkahlangkah berikut :
A. Menentukan ukuran inti besi(core size)
Ditentukan oleh faktor konstanta geometri inti (the core
geometri constant Kg)
Kg
L2 I 2 maks
B
2
maks
R Ku
5
108 (Cm.........(2.24)
)
42
Dimana:
R
Pcu
....................(2.25)
, Pcu 1,5W 0,75W
I 2 maks
Pilih inti yang mempunyai Kg yang lebih besar dari yang dihitung.
B. Menentukan panjang celah udara(air gap length)
lg
o L I 2 max
B 2 max Ac
.....................(2.26)
104 ( mm
)
Ac dalam cm2
C. Menentukan jumlah lilitan
n
L I max
4
........................................(2.27)
10
Bmax Ac
Ac dalam cm2
D. Menentukan ukuran kawat
Aw
K u WA
(cm 2 )....................(2.28)
n
2.7. Rangkaian Snubber
Pada rangkaian converter DC-DC sangat dibutuhkan sekali
rangkaian snubber untuk memotong tegangan Vds yang mempunyai
spike yang tinggi atau melampaui tegangan Vds pada MOSFET. Untuk
rangkaian flyback converter setelah disupply tegangan pada sisi input,
tegangan spike yang ditimbulkan oleh leakage inductance (induktansi
bocor) cukup tinggi. Untuk itu digunakan rangkaian snubber yng
berfungsi meredam tegangan spike tersebut. Pada rangkaian snubber
semakin besar nilai kapasitor yang digunakan, semakin besar tegangan
yang dipotong. Tetapi nilai kapasitor kapasitor yang digunakan harus
43
menyesuaikan dengan resistor yang diseri dengan kapasitor dan fast
diode yang dipasang parallel.
Gambar 2.23. Rangkaian snubber
Pada Gambar 2.23 (a) menunjukkan rangkaian RCD snubber,
dimana untuk penggunannya dipasang secara paralel terhadap
tranformator, sedangkan Gambar 2.23 (b) adalah menunjukkan
rangkaian RC snubber, dimana penggunannya dilakukan dengan
memasangkan secara paralel terhadap MOSFET. Walaupun konfigurasi
rangkaianya berbeda akan tetapi fungsi dari kedua rangkaian snubber
tersebut adalah sama yaitu untuk mengurangi tegangan Vds dengan nilai
spike yang tinggi.
Pada rangkaian snubber gambar 2.23 (b), nilai R diperoleh melalui
rumus :
Rs
ton D.T
............................................................(2.29)
5C 5C
Dan untuk menghitung nilai Cs adalah :
C
I Lt f
2V f
...................................................................(2.30)
2.8.
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
(MOSFET)
Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh medan
listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction. Bentuk lain dari
piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan bahan elektroda
gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel semikonduktor.
Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS) mengijinkan
44
karakteristik channel dikontrol oleh medan listrik dengan memberikan
tegangan diantara gate dan body semikonduktor dan pemindahan
melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang disebut dengan mosfet
atau MOS transistor. Hal ini penting digaris bawahi dengan kenyataan
bahwa IC lebih banyak dibuat dengan piranti MOS dari pada jenis
piranti semikonduktor lain.
Ada dua tipe mosfet. Deplesi mosfet mempunyai tingkah laku
yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan tegangan drain
tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan diberikan
potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti normally on). Jenis
yang lain dari piranti ini disebut dengan Enhancement mosfet yang
menunjukkan tidak ada arus pada saat tegangan gate nol dan besar arus
keluaran besar dengan bertambah besar potensial gate (normally off).
Kedua tipe dapat berada dalam salah satu jenis channel P atau N.
Terdapat 4 simbol yang digunakan untuk mosfet yang
ditunjukkan pada Gambar 2.24. Simbol-simbol pada Gambar (a) dan (b)
merupakan mosfet tipe N yang digunakan untuk enhancement dan
depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan mosfet
tipe P yang digunakan pada mode enhancement dan depletion device .
Gambar 2.24. Simbol mosfet
Pengertian positif untuk semua terminal arus menuju ke dalam
piranti. Kemudian mosfet chanel N, Id adalah positif dan Is adalah
negatif. Ketika Id = Is, Ig sebenarnya berharga nol. Tegangan drop
diantara drain dan source didesain oleh Vds, Vds digunakan untuk
menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk mosfet channel
P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan terminal tegangan
adalah negatif sebanding dengan kualitas mosfet channel N. Source dan
substrate dihubung singkatkan di dalam mosfet channel P yang
standard.
45
2.8.1 MOSFET Sebagai Switch9
MOSFET digunakan secara ekstensif dalam rangkaian digital
yang mana piranti ini memiliki karakteristik switch. Rangkaian yang
ditunjukkan pada gambar 2.25. berikut menampilkan pengoperasian
switch pengendali Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran
rangkaian seperti terlihat pada Gambar 2.26. Untuk t<T, tegangan input
1,5 Volt, kemudian karakteristik V0 – V1 pada Gambar 2.26 (a), dapat
diketahui bahwa V0 = 4 Volt.
Gambar 2.25. Mosfet Sebagai Switch
Arus pada rangkaian ID1 adalah nol. Karakteristik switch open ini
seperti tegangan yang melewati switch cukup besar, sedangkan arus
adalah nol.
Untuk t>T, tegangan masukan adalah 5 Volt, Vo = 1,5 Volt dan ID1 =
250 μA. Bentuk gelombang output ditampilkan pada Gambar 2.26 (b).
Untuk t>T, tegangan masukan adalah 5 Volt, Vo = 1,5 Volt dan ID1 =
250 μA. Bentuk gelombang output ditampilkan pada Gambar 2.26 (b).
Gambar 2.26. Gelombang Tegangan Input dan Output
9
Issa Batarseh,‖ Power Electronics Handbook”, Academic Press,
2001, hal 75-78
46
2.9. Pulse Width Modulation10
PWM merupakan pulsa yang mempunyai lebar pulsa (duty
cycle) yang dapat diubah-ubah. Pada Gambar 2.27 merupakan proses
pembuatan PWM yang terdiri dari gelombang segitiga, tegangan
referensi dan komparator.
Komparator merupakan piranti yang digunakan untuk membandingkan
dua buah sinyal masukan. Dua sinyal masukan yang dibandingkan
adalah gelombang segitiga dengan tegangan referensi yaitu tegangan
DC.
Gambar 2.27 Rangkaian PWM
Pada Gambar 2.28 adalah hasil perbandingan gelombang segitiga
dengan tegangan DC yang menghasilkan gelombang kotak dengan lebar
pulsa yang dapat diatur. Pengaturan lebar pulsa dapat dilakukan dengan
cara mengubah-ubah nilai tegangan DC referensi.
Gambar 2.28 Gelombang pulsa keluaran PWM11
10
Yahya Shakweh,‖ Power Electronics Handbook”, Academic
Press, 2001, hal 650
11
ibid, hal. 652
47
Apabila menginginkan gelombang kotak yang mempunyai waktu ON
dan OFF berkebalikan maka diperlukan tegangan DC referensi yang
negatif. Untuk memperoleh tegangan DC negatif adalah dengan
memasukkan tegangan DC positif ke rangkaian pembalik (inverting).
2.10. H-Bridge Driver12
H-Bridge atau yang diterjemahkan secara kasar sebagai
―Jembatan H‖, adalah sebuah rangkaian dimana motor menjadi titik
tengahnya dengan dua jalur yang bisa dibuka tutup untuk melewatkan
arus pada motor tersebut, persis seperti huruf ―H‖ (dengan motor berada
pada garis horizontal), seperti gambar 2.29 berikut:
Gambar 2.29 Rangkaian H-Bridge
Dua terminal motor a dan b dikontrol oleh 4 saklar (1 s/d 4).
Ketika saklar satu dan dua diaktifkan (saklar 3 dan 4 dalam keadaan
off), maka terminal motor a akan mendapatkan tegangan (+) dan
terminal b akan terhubung ke ground (-), hal ini menyebabkan motor
bergerak maju (atau searah jarum jam), sedangkan sebaliknya, bila
saklar 1 dan 2 dalam keadaan off, saklar 3 dan 4 dalam keadaan aktif,
12‖
H-Bridge Driver Kontrol Arah Motor‖, diakses 20 Agustus 2009
http://blogstats.blogspot.com/ihsan sains project/H-bridge driver kontrol
arah motor.htm
48
maka terminal a akan terhubung ke ground (-) dan terminal b
akan mendapatkan tegangan (+), dan tentunya hal ini dapat
menyebabkan motor berubah arah putarnya, menjadi bergerak mundur
(atau berlawanan dengan arah jarum jam), ditunjukkan pada gambar
2.30.
(a)
(b)
Gambar 2.30.(a) Rangkaian H-Bridge bergerak maju
(b) Rangkian H-Bridge bergerak mundur
Untuk mengimplementasikan H-Bridge ini, tidak bisa langsung
dihuhubungkan ke output yang diambil dari pin I/O mikrokontroler.
Sebab output dari mikrokontroler hanya mempunyai daya yang sangat
kecil. Sedangkan untuk motor sendiri, kadang-kadang membutuhkan
daya yang tidak kecil (misalnya 200 mA, 1 A atau bahkan lebih). Jika
kita memaksakan menghubungkan output digital dari mikrokontroler
langsung ke motor, bisa jadi merusak mikrokontroler itu sendiri. Untuk
itu kita membutuhkan sebuah rangkaian penguat yang dapat dikontrol
dari input digital.
Arsitektur dari half H-Bridge ini sebenarnya terdiri dari 2 amplifier,
seperti terlihat pada gambar 2.31
Gambar 2.31. arsitektur H-Bridge
49
Untuk membuat motor berhenti ada 2 cara:
1. Memberikan logic yang sama pada x dan y
2. Tidak memberikan speed (speed=0)
2.11. Optocoupler13
Optocoupler merupakan piranti elektronika yang berfungsi
sebagai pemisah antara rangkaian power dengan rangkaian control.
Optocoupler merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan
sinar sebagai pemicu on/off-nya.
Opto berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa
diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja
berdasarkan picu cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor,
dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar
rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar 2.32 dibawah ini:
Gambar 2.32. Optocoupler
Bagian pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led
infra merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada
menggunakan led biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari
rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga
bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter
dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led
dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk
mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada
disk drive computer. Tapi pada proyek akhir ini optocoupler untuk
mendeteksi putaran.
13‖
Sensor Optocoupler‖, diakses 20 Agustus 2009
http://elektronika-elektronika.blogspot.com/ sensor optocoupler.htm
50
Penggunaan dari optocoupler tergantung dari kebutuhannya.
Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type. Seperti MOC 3040 atau
3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya. Pada umumnya semua jenis
optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan sampai
7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran
optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan
X adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai
tegangan isolasi sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led
dialiri arus fordward sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang
digunakan berkisar antara 15mA - 30 mA dan untuk menghubungkannya dengan tegangan +5 Volt diperlukan tahanan pembatas.
2.12. Sensor Level
Rangkaian sensor level yang digunakan pada Proyek Akhir ini
menggunakan sebuah pelampung yang terhubung dengan potensiometer.
Sensor ini dipasang untuk mendeteksi tinggi air sungai pada daerah
sebelum pintu air (diasumsikan daerah hulu), maka bila terjadi
perubahan level air , sensor akan terkoneksi dengan mikrokontroller
sehingga mikrokontroller akan memberi output pada driver untuk
membuka pintu air sesuai dengan level yang terbaca pada sensor dengan
pembukaan pintu diatas dari level yang terbaca oleh sensor, proses ini
diatur dengan menggunakan kontrol fuzzy. Dan begitupun sebaliknya
bila level air turun sampai dengan batas level nominal pembukaan pintu
air.
2.13. Mikrokontroller
Sistem pemrograman pada proyek akhir ini menggunakan
mikrokontroller AT-Mega 16 seperti yang dijelaskan sebaagi berikut:
2.13.1. Mikrokontroller AVR AT-Mega 1614
AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan
Atmel, betbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR
mempunyai 32 register general-purpose, timer/ counter fleksibel dengan
mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART,
programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa
diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal.
14
Atmel,‖ Data Sheet 8-bit AVR Microkontroller ATmega16‖, Atmel
1
Corporation, 2002, hal.
51
AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang
mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem
menggunakan hubungan serial SPI. Chip AVR yang digunakan adalah
Atmega16.
Atmega16 adalah mikrokontroller CMOS 8-bit daya-rendah
berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan intruksi
dikerjakan pada satu siklus clock, Atmega16 mempunyai throughput
mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk
mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.
Beberapa keistimewaan dari AVR Atmega16 antara lain:
A.
Advanced RISC Architecture
1. 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle
Execution
2. 32 x 8 General Purpose Working Registers
3. Fully Static Operation
4. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
5. On-chip 2-cycle Multiplier
B.
Nonvolatile Program and Data Memories
6. 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
Endurance: 10,000 Write/ Erase Cycles
7. Optional Boot Code Section with Independent Lock
Bits
In-System Programming by On-Chip Boot Program
True Read-While-Write Operati
8. 512 Bytes EEPROM
Endurance: 100,000 Write/Erase Cycles
9. 512 Bytes Internal SRAM
10. Programming Lock
C.
Peripheral Features
11. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers
and Compare Modes
12. One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler,
Compare Mode, and Capture Mode
13. Real Time Counter with Separate Oscillator
4. Four PWM Channels
52
5.
D.
E.
F.
G.
8-Channel, 10-bit ADC
8 Single-ended Channels
7 Differential Channels for TQFP Package Only
2 Differential Channels with Programmable Gain at
1x, 10x, or 200x for TQFP Package Only
6. Byte-oriented Two-wire Serial Interface
7. Programmable Serial USART
8. Master/Slave SPI Serial Interface
9. Programmable Watchdog Timer with Separate Onchip Oscillator
10. On-chip Analog Comparator
Special Microcontroller Features
1. Power-on Reset and Programmable Brown-out
Detection
2. Internal Calibrated RC Oscillator
3. External and Internal Interrupt Sources
4. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Powersave, Power-down, Standby and Extended Standby
I/O and Packages
1. 32 Programmable I/O Lines
2. 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44pad MLF
Operating Voltages
1. 2.7 - 5.5V for ATmega16L
2. 4.5 - 5.5V for ATmega16
Speed Grades
1. 0 - 8 MHz for ATmega16L
2. 0 - 16 MHz for ATmega16
53
Gambar 2.33. Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin15
Pin-pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 2.33.
Guna memaksimalkan performa dan paralelisme, AVR
menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah
untuk program dan data). Arsitektur CPU dari AVR ditunjukkan oleh
gambar 2. Instruksi pada memori program dieksekusi dengan pipelining
single level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi
berikutnya diambil dari memori program, seperti pada gambar 2.34.
15
ibid, hal. 4
54
Gambar 2.34. Arsitektur CPU dari AVR16
Program ditulis menggunakan tool CodeVisionAVR.
CodeVisionAVR merupakan crosscompiler. Program cukup ditulis
menggunakan bahasa-C. Alur pemrograman ditunjukkan pada gambar
2.35.
16
ibid, hal. 6
55
Gambar 2.35. Alur pemrograman AVR menggunakan CodeVisionAVR 17
2.13.2 Port sebagai input/output digital
ATmega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA,
PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up.
Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan
PINxn. Huruf ‗x‘mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‗n‘
mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapatpada I/O address DDRx, bit
PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada
I/O address PINx.
Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register)
menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin
output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input.
Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin
input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor
pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output.
Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset.
Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin
output maka pin port akan berlogika 1.
Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin
output maka pin port akan berlogika 0.
Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0,
PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus
ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0,
PORTxn=1)atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0).
17
ibid, hal. 6
56
Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya,
selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan
antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan
suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk
mematikan semua pull-up dalam semua port.
Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low
juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi
tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1,
PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.
Lebih detil mengenai port ini dapat dilihat pada manual datasheet dari
IC ATmega16, ditunjukkan pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Konfigurasi pin port18
Bit 2 – PUD : Pull-up Disable
Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan
walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk
menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).
18
ibid, hal. 8
57
2.13.3 Rutin-rutin standar
Pada software CodeVisionAVR telah disediakan beberapa rutin
standar yang dapat langsung digunakan. Anda dapat melihat lebih detil
pada manual dari CodeVisionAVR. Beberapa contoh fungsi yang telah
disediakan antara lain adalah:
Fungsi LCD
Berada pada header lcd.h yang harus di-include-kan sebelum digunakan.
Sebelum melakukan include terlebih dahulu disebutkan pada port mana
LCD akan diletakkan. Hal ini juga dapat dengan mudah dilakukan
dengan menggunakan CodeWizardAVR.
/* modul LCD dihubungkan dengan PORTC */
#asm
.equ __lcd_port=0x15
#endasm
/* sekarang fungsi LCD dapat di-include*/
#include <lcd.h>
Fungsi-fungsi untuk mengakses LCD diantaranya adalah :
• unsigned char lcd_init(unsigned char lcd_columns)
Untuk menginisialisasi modul LCD, menghapus layar dan
meletakkan posisi karakter pada baris ke-0 kolom ke-0. Jumlah kolom
pada LCD harus disebutkan(misal, 16). Kursor tidak ditampakkan. Nilai
yang dikembalikan adalah 1 bila modul LCD terdeteksi, dan bernilai 0
bila tidak terdapat modul LCD. Fungsi ini harus dipanggil pertama kali
sebelum menggunakan fungsi yang lain.
• void lcd_clear(void)
Menghapus layar LCD dan meletakkan posisi karakter pada
baris ke-0 kolom ke-0.
• void lcd_gotoxy(unsigned char x, unsigned char y)
Meletakkan posisi karakter pada kolom ke-x baris ke-y. Nomor
baris dan kolom dimulai dari nol.
• void lcd_putchar(char c)
Menampilkan karakter c pada LCD.
• void lcd_puts(char *str)
Menampilkan string yang disimpan pada SRAM pada LCD.
58
Fungsi Delay
Menghasilkan delay dalam program-C. Berada pada header delay.h
yang harus di-includekan sebelum digunakan. Sebelum memanggil
fungsi, interrupsi harus dimatikan terlebih dahulu, bila tidak maka delay
akan lebih lama dari yang diharapkan. Juga sangat penting untuk
menyebutkan frekuensi clock chip IC AVR yang digunakan pada menu
Project- Configure-C Compiler-Code Generation.
Fungsi delay yang disediakan adalah:
• void delay_us(unsigned int n)
menghasilkan delay selama n µ-detik, n adalah nilai konstan
• void delay_ms(unsigned int n)
menghasilkan delay selama n mili-detik, n adalah nilai konstan.
Kedua fungsi tersebut secara otomatis akan me-reset watchdog-timer
setiap 1 milidetik dengan mengaktifkan instruksi wdr.
2.13.4 Port sebagai Analog Digital Converter (ADC)
ATMega 16 memiliki kelebihan berupa 10 bit internal ADC.
ADC ini terhubung p3ada 8 channel multiplexer analog yang
melewatkan 8 jenis masukan dari pin-pin pada port A. Piranti ini juga
dilengkapi 16 kombinasi masukan tegangan differensial. Dua dari
masukan differensial (ADC 1, ADC 0 dan ADC 2, ADC 3) juga
dilengkapi dengan programmable gain stage. Pin-pin ADC ini juga
memiliki rangkaian sample dan hold, yang membuat nilai masukan
menjadi konstan hingga berakhir konversi. Waktu yang diperlukan ADC
untuk menyelesaikan konversi adalah 60 –260 uS. Internal ADC dapat
diaktifkan dengan cara mengatur ADC enable bit, ADEN didalam
ADCSRA. Tegangan referensi dan pemilihan channel masukan tidak
akan berjalan sampai ADEN telah diset. Hasil berupa 10 bit data
disimpan didalam register-register khusus, yaitu ADC Data Registers
(ADCH dan ADCL). Ketika konversi telah selesai maka ADC dapat
menginterupt diri sendiri. Saat ADC berada dalam posisi antara
membaca register ADCH dan ADCL, maka interupsi akan aktif
meskipun data yang telah dihasilkan hilang. Hal-hal yang berhubungan
dengan internal ADC pada ATMega 16 sebagai berikut :
1. Channel masukan ADC
Single Conversion Mode. Pada saat menggunakan mode Single
Conversion Mode, harus selalu dipastikan telah memilih salah satu
channel sebagai masukan. Untuk memindahkan channel masukan harus
59
menunggu hingga ADC selesai melakukan konversi. Free Running
Mode: Sama seperti pada Single Conversion Mode, namun karena
masukan ADC telah dimulai secara otomatis, maka hasil konversi ini
merupakan cerminan dari hasil konversi yang lalu pada channel tersebut.
Ketika memindah ke channel penguatan differensial, hasil dari konversi
pertama memiliki akurasi yang buruk, sehingga disarankan untuk tidak
menggunakan hasil konversi yang pertama.
2. Tegangan Referensi
Tegangan Referensi dari ADC (VREF) menunjukkan range
konversi dari ADC. VREF dapat dipilih mulai dari AVCC, internal 2.56
V referensi, atau melalui pin AREF. AVCC terhubung dengan ADC
melalui switch pasif, sementara internal 2.56 V dihasilkan dari internal
bandgap (VBG) penguat internal dan pin AREF langsung terhubung ke
ADC. Ketika menggunakan tegangan referensi eksternal (AREF) maka
tidak diperbolehkan untuk menggunakan tegangan referensi internal.
3. Akurasi ADC
n-bit single-ended ADC mengkonversi tegangan secara linear
antara GND dan VREF dalam tingkat 2n (LSB). Kode terendah dibaca
sebagai 0 dan kode tertinggi dibaca 2n – 1.
4. Offset:
Penyimpangan dari perpindahan pertama (0x000 ke 0x001)
dibandingkan dengan perpindahan ideal (pada 0.5 LSB). Nilai adalah 0
LSB.
5. Gain Error:
Setelah menaikkan nilai offset, gain error ada sebagai
penyimpangan pada saat perpindahan terakhir (0x3FE ke 0x3FF)
dibandingkan dengan perpindahan yang ideal (pada 1.5 LSB dibawah
maksimum). Dengan nilai ideal 0 LSB.
6. Integral Non-Linearity (INL) :
Setelah Offset dan Gain error, INL adalah penyimpangan
maksimum dari perpindahan aktual dibandingkan dengan perpindahan
ideal untuk semua kode. Dengan nilai idealnya adalah 0 LSB.
60
7. Differential Non-Linearity(DNL) :
Penyimpangan maksimum pada lebar perpindahan actual (jarak
antara dua batas perpindahan) terhadap lebar perpindahan ideal (1 LSB).
Nilai idealnya adalah 0 LSB.
8. Hasil Konversi ADC
Setelah konversi selesai (ADIF dalam posisi high), hasil dari
konversi ini dapat ditemukan di ADC Result Registers (ADCH, ADCL).
Untuk Single-Ended Conversion, menghasilkan
ADC
V in1024
……………………………(2.31)
Vref
Keterangan:
Vin = tegangan pada pin masukan
Vref = tegangan referensi yang dipilih
Jika menggunakan penguatan differensial, maka:
ADC
(Vpos Vneg) Gain 512
………(2.32)
Vref
Keterangan :
Vpos = tegangan pada masukan pin positif
Vneg = tegangan pada masukan pin negatif
Gain = faktor penguatan yang dipilih
Vref = tegangan referensi yang dipilih
2.13.5. Code Vision AVR 1.24.0.1
Merupakan suatu software yang digunakan dalam penulisan
program yang nantinya akan di download pada microcontroller AVR
ATmega 16. Dapat dilihat seperti struktur program pada gambar 2.36
dibawah ini :
61
Gambar 2.36. Code Vision AVR 1.24.0.1
Dalam penggunaan microcontroller AVR menggunakan
software CodeVision AVR. Seperti umumnya microcontroller, program
untuk microcontroller AVR ditulis menggunakan bahasa assembly.
CodeVision AVR merupakan software C-cross compiler, dimana
program dapat ditulis menggunakan bahasa-C. dengan menggunakan
pemrograman bahasa-C diharapkan waktu desain (deleloping time) akan
menjadi lebih singkat. Setelah program dalam bahasa-C ditulis dan
dilakukan kompilasi tidak terdapat kesalahan (error) maka proses
download dapat dilakukan. Microcontroller AVR mendukung system
download secara ISP (In-System Programming)
Dalam menggunakan program ini terlebih dahulu diperlukan
inisialisasi chip yang digunakan, clock, I/O port, dan segala hal
diperlukan dalam mendesain suatu pemrograman pada umumnya. Blok
inisialisasi dapat dilihat pada gambar 2.37 di bawah ini:
62
Gambar 2.37. Blok Penginisialisasian Program
Setelah penginisialisasian chip maka selanjutnya ―Generate,
Save and Exit”. Selanjutnya yaitu penulisan program pada blok bagian
yang telah tersedia, seperti ditunjukkan pada gambar 2.38 berikut:
Gambar 2.38. Bagian Penulisan Program
63
‖Halaman ini sengaja dikosongkan‖
64
BAB III
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Konfigurasi Sistem
Secara garis besar perencanaan dan pembuatan seluruh sistem
proyek akhir ini ditunjukkan dalam gambar 3.1. Hal ini dimaksudkan
untuk mempermudah proses perbaikan alat dan analisa. Secara umum
blok diagram terdebut terdiri atas :
1.
2.
3.
4.
5.
Perancangan Prototype Pintu Air.
Perancangan Kapasitas Aki dan Solar Cell.
Desain Boost Converter.
Desain Battery Charger.
Perancangan sensor pada system penggerak pintu air.
Gambar 3.1. Blok diagram system
Pada blok diagram diatas dijelaskan bahwa untuk mengetahui
kapasitas dari solar cell maka diperlukan total daya yang dipakai beban.
Dalam perhitungan digunakan solar cell dengan kapasitas 50 Wp(Watt
Peak). Solar cell tersebut akan mengeluarkan daya yang kemudian
disimpan dalam aki. Sebelum solar cell yang mempunyai V maks =20 Volt
dan Vmin = 1 Volt mengisi energinya ke aki terlebih dahulu masuk ke
65
rangkaian battery charger. Output dari battery charger yang disetting
sekitar 13,8 - 14,7 Volt digunakan untuk mengisi aki dengan kapasitas
12 V.
3.2. Perancangan Hardware
Dalam perancangan hardware pada tugas akhir ini, ialah dengan
menggunakan sebuah prototype pintu air beserta saluran air serta
rangkaian-rangkaian pendukung lainnya.
3.2.1. Desain Prototype Pintu Air
Prototype saluran air pada tugas akhir ini ditunjukkan pada
gambar 3.2. Dengan panjang saluran 200 cm, lebar saluran 10 cm dan
tinggi saluran 15 cm.
Gambar 3.2. Prototype Pintu Air Tampak keseluruhan
Sedangkan pada prototype pintu air ditunjukkan pada gambar 3.3.
sebagai berikut:
66
Gambar 3.3. Desain Pintu Air
Untuk mengetahui berapa daya motor yang diperlukan agar
mampu menggerakkan pintu air, yaitu dengan langkah-langkah
perhitungan sebagai berikut:
Lebar
: 10 cm
Panjang
: 15 cm
Tebal
: 0.3 cm
Berat jenis besi : 8,76 cm3/gr
3
Berat pintu air : Volume 45cm
5,14gr
Brtjenis 8,76cm 3 / gr
Langkah selanjutnya adalah mencari kekuatan angkat dari ulir
yaitu:
Diameter ulir
: 8 mm
σt (kekuatan tarik ulir)
: 40kg/mm2
w (beban maksimum ulir): 6,37 kg = 63,7 Newton
sehingga dari berat 63,7 N dapat diperoleh nilai Torsi yang diperlukan
agar mampu menggerakkan pintu air, yaitu dengan cara mengalikan jarijari dari gear yang terpasang pada ulir sebesar 5.10-2 m, didapatkan nilai
Torsi yaitu: 3,2 Nm.
Dengan demikian besarnya daya motor yang diperlukan untuk
menggerakkan pintu air dapat diketahui dengan cara sebagai berikut:
n
: 60 rpm
T
: 3,2 Nm
P = ώT = 2πfT = 2 n T 2 3,14 60 3,2 20,1W
60
60
67
Dalam perencanaan desain prototype pintu air menggunakan motor DC
dengan kapasitas 24 Volt-1,2 Ampere dengan daya 28,8 W.
3.2.2. Perancangan dan Pemasangan Solar Cell
Untuk merencanakan kapasitas besar daya solar cell yang
dipakai dalam sistem penggerak pintu air, terlebih dulu harus diketahui
total daya yang dipakai pada beban. Setelah diketahui total beban yang
dipakai dalam system penggerak pintu air barulah dapat diketahui besar
kapasitas solar cell yang akan dipakai. Solar Cell yang dipakai dalam
proyek akhir ini terdapat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Pemasangan Solar Cell
Total Beban :
1 Motor DC 24 V
= 29 W / 1.2A
1 Mikrokontroller 9 V
= 4 W/ 0.4 A
2 Relay 12 V
= 10 W
1 sensor level CD 4066
=2W
Total Daya
= 45 W
*Jadi Solar Cell Yang diperlukan :
P total = 45 W atau ± 50 Wp
dengan I total output dari Solar Cell
= 45 / 12 V
= 3.75 A
68
3.2.3. Desain Boost Converter
Perencanaan dan pembuatan rangkaian boost converter secara
lengkap ditunjukkan pada Gambar 3.5. sebagai berikut:
Gambar 3.5. Boost Konverer
Pada Gambar 3.5. merupakan rangkaian dasar dari boost
konverter dengan PWM yang digunakan sebagai penyulut mosfet pada
rangkaian tersebut. PWM untuk penyulutan mosfet boost converter
dirancang dengan frekuensi 25 kHz. Rangkaian snubber didalam
rangkaian ini digunakan untuk melindungi mosfet dari arus kejut pada
saat switching berlangsung. Boost konverter memperoleh masukan dari
aki sebesar 12 Volt dan dirancang menghasilkan tegangan keluaran
sebesar 24 Volt. Boost ini digunakan untuk menaikkan tegangan aki
agar tegangan output dari aki tersebut dapat digunakan untuk mendrive
motor DC.
Pada proyek akhir ini didesain untuk boost conventer dengan
ketentuan sebagai berikut:
Paramater :
Vin min
= 12 V
Vin max
= 13 V
Vout
= 24 V
Iout
=2A
Switching frequency (fs) = 25 KHz
Ac ferrit core
= 2,545 x 10-6 cm2
Penyelesaian :
69
a. Duty cycle :
D (1
Vinmin
12
) 100% (1 ) 100% 50%
Vout
24
b. Nilai Induktor :
I L 0,4 I in 0,4 I out [
Vout Vf
24 0,7 1,6A
] 0,4 2 [
]
Vin min
12
V
1
1
L ( ) [Vout Vf Vinmin ] ( inmin ) (
)
f
Vout Vf
I L
1
12
1
) [24 0,7 12] (
)(
)
25000
24 0,7
1,65
1
1
L
6,17
25000
1,65 0,15 mH
L(
c. Arus maksimum induktor:
I in I out [
Vout VF
24 0,7 4,12 A
] 2 [
]
V in
12
I maks I in
I L
1,65 4,945 A
4,12
2
2
d. Arus Rms Inductor
2
2
I / 2
1,65 / 2
2
Irms I in L 4,12 2
4,15 A
3
3
e. Arus puncak dioda :
I D, peak
Io
2
4A
D 0,5
f. Arus RMS diode :
I D,rms I D, peak D 4 0,5 2,83 A
g. Arus RMS kapasitor :
I C ,rms I 2 D , RMS Io 2 2,832 2 2 8 4 4 2 A
h. Ripel tegangan output :
Q I C , RMS D T
Vo
C
C
Vo 0,1% Vo 0,001 24 0,024 Volt
i. Kapasitansi output
70
Q I C , RMS D T 2 0,5 25.10 6 10,42 mF
Vo
Vo
0,0024
Jumlah Lilitan
L Im ax 104
n
B max Ac
C
n
0,15 103 4,945 104
0,25 1,3
n =22,8=23 lilitan
Panjang Kawat
Lg =2 x π x r x n + (40% x 2 x π x r x n)
Lg = 2 x 3,14 x 0,65 x 23 + (40% x 2 x 3,14 x 0,65 x 23)
Lg = 131,44 cm
Lg = 132 cm
Setelah kita menentukan arus maksimum sehingga kita bisa menentukan
nilai KHA dan AWG dari kawat sehingga bisa menentukan diamenter
kawat yang akan dipakai atau dipilih seperti dalam tabel 3.1 :
71
Tabel 3.1. Winding Data
Didapatkan dari hitungan diatas yaitu I maks = 4,15 A. Dalam datasheet
4,15 A menunjukkan AWG 17 dengan diameter kawat 1,15 mm .
Berdasarkan hasil perhitungan untuk rancangan boost konverter
maka dapat disimulasikan menggunakan Psim diperoleh hasil simulasi
pulsa penyulutan mosfet, tegangan keluaran boost konverter yang
ditunjukkan pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7, sebagai berikut :
72
Gambar 3.6. Rangkaian simulasi Boost Converter
Gambar 3.7. Tegangan keluaran Boost Converter
3.2.4. Desain Snubber
Pada rangkaian converter DC-DC sangat dibutuhkan sekali
rangkaian snubber yang ditempatkan pada mosfet yang bertujuan untuk
melindungi mosfet dari arus spike yang sangat tinggi ketika penyulutan
pada pertama pada mosfet. Arus spike tersebut dapat merusak mosfet
yang berfungsi sebagai switch atau penyulutan untuk boost konverter.
Komponen pada snubber ini terdiri dari Rs (Resisor), Cs (Capasitor),
dan Ds (Diode). Cara kerja rangkaian snubber ini adalah pada waktu
penyulutan mosfet dalam keadaan on arus spike pada mosfet akan
mengalir ke Rs dan kemudian disimpan ke Kapasitor. Ketika penyulutan
73
mosfet dalam keadaan off arus yang disimpan kapasior tadi akan
dibuang ke dalam beban sedangkan fungsi dari Ds adalah sebagai
pelindung apabila terdapat arus balik yang masuk ke dalam subber.
Desain rangkaian Snubber Boost Konverter :
-
Desain Capasitor Snubber (Cs) :
Tf 1MBH60-100= 0.85 uS.
Ion Tfall
Cs
2 Voff
Cs
-
4,12 0,85 106 =72,96 nF
2 24
Desain Resistor Snubber (Rs) :
Rs 0,5
-
Dt T
0,5 25 10 6
= 0,5
=42,8Ω
2 Cs
2 72,96 10 9
Desain Diode Snubber (Ds) :
Besar diode snubber yang dipakai adalah sesuai dengan arus input
yang mengalir pada boost konverter. Dalam proyek akhir ini type diode
snubber yang dipakai adalah FR-307 dengan Imaks = 4,945 A.
Pada gambar 3.8 merupakan gambar rangkaian snubber yang terdiri dari
komponen Rs (Resistor Snubber), Cs (Kapasitor Snubber), dan Ds
(Diode Snubber).
Gambar 3.8. Rangkaian RCD dan RC Snubber
74
3.2.5. Perencanaan dan Perancangan sistem pengisian pada Battery
Charger
Perencanaan dan perancangan sistem pengisian pada battery
charger yang dibahas pada proyek akhir ini terdiri dari komponenkomponen yang dijelaskan sebagai berikut:
3.2.5.1.
Komponen Kontrol Battery Charger
Dalam Sistem ini akan menggunakan dua buah kontrol untuk
mengatur pengisian battery pada rangkaian sistem pengisian battery
charger, yang meliputi:
1. Regulator LM350
Rangkaian Regulator ini merupakan regulator pengatur tegangan
yang mampu mengatur atau menjaga tegangan agar tetap berada
pada nilai tegangan yang ditentukan. Konfigurasi dari Rangkaian
dasar LM350 ditunjukkan pada Gambar 3.9
Gambar 3.9. Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM350.
2.
Comparator LM 324
Rangkaian Comparator ini berfungsi untuk membandingkan
tegangan antara Vref pada pin 3 dengan tegangan pengisian ke aki
pada pin 2 sehingga bila tegangan pada aki sudah sama dengan
tegangan pada Vref maka relay akan putus dan led akan mati yang
berarti bahwa aki sudah penuh. Gambar 3.10 menunjukkan
Konfigurasi Pin dari LM324.
75
Gambar 3.10. Konfigurasi Pin LM324
3.2.5.2.
Rangkaian Battery Charger
Battery Charger adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi
battery dengan arus konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan.
Bila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus
pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang
telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih
lambat sehingga indicator led mati menandakan battery telah terisi
penuh. Rangkaian Battery Charger yang digunakan dalam Proyek Akhir
ini ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Rangkaian Battery Charger
76
Terdapat dua kondisi pada rangkaian baterai charger, sebagai berikut:
a. Kondisi pertama, yaitu saat rangkaian aktif tapi tidak terhubung
dengan aki, maka LED mati.
b. Kondisi kedua, yaitu saat rangkaian terhubung dengan aki dan
aki belum terisi penuh diindikasikan dengan kontak ON, relay
aktif dan LED nyala, ketika aki sudah terisi penuh maka
rangkaian ini akan secara otomatis menonaktifkan pangisianke
aki. LED mati mengindikasikan bahwa aki sudah terisi penuh.
3.2.6.
Driver Motor
Pada proyek akhir ini digunakan motor DC 24 volt sebagai
penggerak buka tutup pintu air. Maka dari itu diperlukan suatu
rangkaian yang bisa digunakan untuk mendrive motor DC tersebut.
Dalam hal ini rangkaian motor yang dibutuhkan adalah rangkaian motor
DC bolak-balik karena motor bergerak bolak-balik yaitu menggerakkan
buka tutup pintu air. Dalam rangkaian ini digunakan rangkaian H-Bridge
dan optocoupler yang berfungsi sebagai protektor agar tidak terjadi arus
balik dari supply motor yang sebesar 24 volt ke mikrokontroller.
Rangkaian H-Bridge ditunjukkan pada gambar 3.12 berikut:
Gambar 3.12. Rangkaian driver motor dc
3.2.7. Sensor Level
Sensor yang digunakan dalam penentuan level air adalah sensor
mekanik yang berupa potensiometer. Potensiometer adalah sebuah
variable resistor yang nilai hambatannya bisa diubah – ubah dengan cara
memutar potensiometer. Dalam alat ini potensiometer digunakan
sebagai sensing tegangan. Pada prototype pintu air ini digunakan sebuah
besi ulir yang akan menggerakkan sebuah pitu air dimana terdapat
77
resistor geser yang dikopel dengan pintu air serta sebuah potensiometer
yang terhubung dengan pelampung pada sisi sebelum pintu air . Bila
terjadi perubahan level air maka potensiometer yang berfungsi sebagai
sensor ini akan mengalami perubanhan tegangan Maka dari itu bisa kita
gunakan potensiometer sebagai sensornya, karena pergerakan kekanan
dan kekiri batang tersebut bisa digunakan untuk memutar potensio
sehingga terjadi perubahan resistansi, konfigurasi kaki pada
potensiometer ditunjukkan pada gambar 3.13. berikut:
Gambar 3.13. Potensiometer
Gambar 3.14 dan gambar 3.15 berikut ini merupakan gambar rangkaian
dari potensiometer serta gambar desai dari potensio yang terhubung
dengan pelampung sebagai sensor level.
VCC
VCC
Data
ADC
MIKRO
ADC
MIKRO
V
GND
GND
(a)
(b)
Gambar 3.14. (a)Gambar Skematik Potensiometer
(b)Potensiometer dengan parameter tegangan
78
(a)
(b)
Gambar 3.15. (a)Potensiometer sebagai sensor level tampak depan
(b)Potensiometer sebagai sensor level tampak samping
Gambar 3.16. Grafik Linieritas sensor ketinggian level air
3.3 Perancangan perangkat lunak (Software)
Perancangan perangkat lunak pada proyek akhir ini menggunakan
pemrograman CodeVision AVR dengan mikrokontroller AT-Mega 16
yang dijelaskan sebagai berikut:
79
3.3.1. Sistem Mikrokontroller
Mikrokontroler yang digunakan dalam sistem ini adalah
Mikrokontroler ATmega16 dengan memori program internal 512 Kbyte.
Mikrokontroler ATmega16 dipilih karena mempunyai ADC internal di
dalam chip-nya dengan tingkat kestabilan yang cukup presisi,
mempunyai compiler canggih dengan bahasa pemrograman tingkat
tinggi yaitu bahasa C sehingga lebih memudahkan programmer. Selain
itu juga karena mikrokontroler jenis ini memiliki memori, jumlah
timer/counter, serta jumlah port yang cukup untuk digunakan
dalamproyek akhir ini. Dengan mengunakan ATmega16 pengontrolan
sistem lebih mudah.
Mikrokontroler dipergunakan untuk mengontrol system dengan
acuan pembacaan data tegangan dari sensor level dan sebagai pengolah
data dari sensor level. Pembacaan dari sensor berupa level tegangan
yang langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroler dan kemudian
diproses untuk dijadikan acuan dalam pengambilan keputusan oleh
fuzzy logic controller.
Berikut ini merupakan pemakaian Port pada mikrokontroller.
Tabel 3.1. Tabel Input/Output Mikro
PORT
BIT
PORT A
0
2
3
0
1
0-7
0-7
PORT B
PORT C
PORT D
INPUT/
OUTPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
OUTPUT
INPUT
KETERANGAN
Data ADC
Data ADC
Data ADC
Driver Motor
Driver Motor
LCD
Data DAC
Gambar 3.17
berikut merupakan gambar flowchart sistem dari
perancangan software.
80
START
INISIALISASI PROGRAM
SET POINT LEVEL AIR
YA
LEVEL AIR > SETPOINT?
MOTOR PUTAR
KANAN
TAMPILKAN KE LCD
MOTOR PUTAR
KIRI
TAMPILKAN KE LCD
TIDAK
YA
LEVEL AIR <
SETPOINT?
TIDAK
YA
MOTOR
BERHENTI
LEVEL AIR ==
SETPONT?
TIDAK
TAMPILKAN KE LCD
SETPOINT
BERUBAH?
YA
TIDAK
Gambar 3.17. Flowchart system
Pembuatan software pada proyek akhir ini meliputi, bagian
program ADC internal untuk sensor, PWM serta tampilan di LCD.
3.3.2. Cara Penulisan Code Vision AVR
Penulis menggunakan tool atau program CodeVision AVR
untuk menuliskan program ADC ke flash memori ATMega 16. Buka
program Code Vision AVR dengan langkah-langkah sebagai berikut :
81
1. Buka program Code Vision AVR dengan cara klik Start Menu All
Programs Code Vision AVR (namun program ini harus diinstal
terlebih dahulu ke komputer).
2. Membuat proyek baru dengan cara klik Create New New Project.
3. Sebelum menuliskan program, terlebih dahulu menentukan jenis
mikrokontroler apa yang akan dipergunakan dengan men-setting
fasilitas yang diberikan berupa Code Vision Wizard (jenis
mikrokontroler, serial, parallel, clock frekuensi kristal dsb).
4. Setelah itu menuliskan program seperti gambar 3.18.
Gambar 3.18. Proses Menulis Program
Secara garis besar algoritma dari program utama dapat
dijelaskan sebagai berikut:
1. Proses Inisialisasi
Dalam tahap ini meliputi proses inisialisasi dari mikrokontroler
ATMega16 yang meliputi pin-pin ATMega16 untuk internal ADC,
LCD, PWM dan alamat input/output.
2. Tampilan Menu LCD
82
Setelah proses inisialisasi selesai, pada LCD ditampilkan menumenu yang memudahkan untuk membaca set point logika fuzzy dan
melihat semua parameter-parameter logika fuzzy yang ada.
3. Proses Eksekusi
Setelah semua program selesai maka proses selanjutnya program
di compile sehingga dapat ditampilkan pada LCD dan untuk semua
parameter-parameternya.
3.3.3. Pembacaan tegangan oleh mikrokontroler melalui ADC
channel
Pembacaan nilai tegangan-tegangan yang diinginkan melalui 10
bit ADC 8 channel yang terdapat pada mikrokontroler AT MEGA16.
Tegangan-tegangan yang dibaca yaitu tegangan pada sensor level. Nilai
tegangan yang terbaca pada potensio sebagai sensor level digunakan
sebagai umpan balik bagi kontroler untuk dapat mempertahankan nilai
tegangan output sesuai dengan setting yang diinginkan.
Hal pertama yang dilakukan dalam menggunakan ADC
channel pada AT MEGA16 adalah membuat setting terhadap
ADC. Setting yang dilakukan adalah pada panjang data apakah 8 atau 10
bit. Kemudian setting trigger yang terdapat banyak pilihan. Setting ADC
dapat menggunakan wizard pada CV AVR seperti yang terlihat pada
Gambar 3.19.
Gambar 3.19. Setting ADC pada AT MEGA 16
83
3.3.4. Perencanaan dan pembuatan hardware dan program LCD
Pada proyek akhir ini LCD digunakan sebagai tampilan
monitoring output dari system fuzzy pada proses buka tutup pintu air.
LCD yang digunakan adalah jenis Liquid Cristal 16 x 2. Proses
pembuatan program LCD sangatlah mudah, ini dikarenakan sudah
tersedianya wizard dari LCD pada software C compiler CodeVision
AVR.
Gambar 3.17. Rangkaina LCD 2x16
Berikut ini adalah inisialisasi LCD pada mikrokontroler
ATmega16 dengan menggunakan Code Wizart AVR Automatic
Program Generator pada software CodeVision AVR.
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x1b
#endasm
#include <lcd.h>
// LCD module initialization
lcd_init(16);
84
3.3.5. Pembuatan Program Fuzzy
Dalam proses perancangan perangkat lunak (software) program
fuzzy logic controller memerlukan program development yang
digunakan untuk membangun parameter-parameter yang dibutuhkan
dalam proses penulisan program fuzzy. Berikut ini adalah flowchart
proses pengendali logika fuzzy secara lengkap beserta blok diagram
kontroler secara lengkap ditunjukkan pada gambar 3.20 sebagai berikut:
START
PROSES
KUANTISASI
CRISP INPUT
INPUT
MEMBERSHIP
FUNCTION
FUZZYFICATION
FUZZY INPUT
RULE BASE
RULE EVALUATION
FUZZY OUTPUT
OUTPUT
MEMBERSHIP
FUNCTION
DEFUZZYFICATION
CRISP OUTPUT
Gambar 3.20. Flowchart Logika Fuzzy
3.3.6. Desain Crisp Input dan Crisp Output
Langkah pertama dalam proses pembuatan sistem logika fuzzy
diawali dengan penentuan dan pembuatan crisp input dan crisp output.
Langkah pertama dalam proses logika fuzzy mengandung transformasi
domain yang dinamakan fuzzyfikasi. Masukan crisp ini berupa besaran
85
numerik yang nantinya akan diubah menjadi besaran linguistic pada
proses fuzzyfikasi. Sebagai contoh, masukan crisp 100 derajat akan
ditransformasikan dalam variable linguistik berupa ‗low‘. Untuk
mengubah bentuk masukan crisp menjadi besaran linguistic sebagai
masukan fuzzy, fungsi keanggotaan pertama kali harus ditentukan untuk
setiap masukan. Sekali fungsi keanggotaan ditentukan, nilai tersebut
akan diproses menggunakan fuzzyfikasi secara realtime. Setelah itu nilai
tersebut akan dibandingkan dengan informasi fungsi keanggotaan yang
tersimpan untuk menghasilkan nilai masukan fuzzy.
Pada proyek akhir ini menggunakan dua input dan satu output.
Input yang digunakan adalah error (error = setting point - preset value)
dan delta error (delta error = Error – (Error-1)). Range masukan yang
digunakan adalah ketinggian dengan setting point 10 cm. Jumlah
membership function yang digunakan adalah sebanyak 3 buah dengan
jenis segitiga. Sedangkan Output range sebesar 0 –5 volt. Langkah langkah pertama dalam merancang fuzzy sistem adalah menentukan
nilai crisp input dan crisp output, proses tersebut ditunjukan seperti pada
Gambar 3.21 dan gambar 3.22 sebagai berikut:
Gambar 3.21. Proses pemasukan nilai crisp input error dan delta error
86
Gambar 3.22. Proses pemasukan nilai crisp output
3.3.7. Fungsi Keanggotaan
Fungsi keanggotaan (membership function) digunakan untuk
menyatakan fungsi secara keseluruhan dari sistem yang akan dibangun
dalam proyek akhir ini. Untuk menyatakan derajat keanggotaan
(membership function) bagi masing -masing variable adalah error, delta
error dan output.
Bentuk fungsi keanggotaan yang digunakan adalah berbentuk
segi tiga dengan jumlah label sebanyak 5 buah untuk input dan output.
Nama label untuk masing – masing input dan output dijelaskan pada
gambar 3.23 dan gambar 3.24. Setiap masukan crisp kedalam sistem
fuzzy dapat memiliki banyak label yang mengacu padanya. Secara
umum besarnya jumlah label menunjuk pada variable masukan yang
digambarkan, semakin tinggi resolusi resultan system control fuzzy akan
memberikan hasil dalam respon yang lebih baik.
Berikut ini adalah bentuk membership function untuk error dan
delta error :
87
Gambar 3.23. Fungsi keanggotaan Error
Gambar 3.24. Fungsi keanggotaan delra Error
Pada proses pembuatan bentuk dari membership function output
sama dengan langkah memasukan membersip function input, akan tetapi
titik yang dimasukan hanya satu, karena bentuk dari membership
function output adalah singleton. Bentuk dari membership function
output dapat dilihat pada gambar 3.25 dibawah ini:
88
Gambar 3.25. Fungsi keanggotaan Output
Ketika singleton digunakan untuk menggambarkan fungsi
keanggotaan keluaran, defuzzyfikasi COA mereduksi ke perhitungan
rata-rata secara sederhana. Menggambarkan singleton adalah merupakan
aksi keluaran resultan yang mungkin tidak mewakili respon terdekat
yang dituju.
3.3.8. Proses Kuantisasi
Untuk memulai proses fuzzifikasi, terlebih dahulu diawali
dengan proses kuantitasi, yaitu suatu proses pengambilan masukan suatu
masukan numerik yaitu error dan delta error kemudian mengubahnya
menjadi tingkat kuantitasi dengan berdasarkan pada Tabel kuantitasi
yang telah dibuat sebelumnya. Kebalikan dari proses kuantitasi adalah
proses penentuan sinyal kontrol, yaitu Pada proses defuzzyfikasi. Pada
proses ini nilai numerik sinyal kontrol yang masih berupa tingkat
kuantitasi dirubah menjadi nilai yang sesungguhnya sebagai nilai
keluaran.
Proses kuantitasi bekerja berdasarkan Tabel kuantitasi yang
telah ditentukan sebelumnya. Jumlah tingkat kuantitasi biasanya selalu
ganjil misalnya tiga, lima, tujuh , sembilan, dan seterusnya. Semakin
banyak jumlah tingkat kuantisasi yang digunakan, maka semakin rumit
89
perhitungannya dan kompleks sistem kontrolnya, demikian juga
sebaliknya. Dengan demikian jumlah tingkat kuantitasi ikut menentukan
ketelitian dalam pengambilan keputusan.
Pada proyek akhir ini direncanakan menggunakan tiga belas
tingkat kuantitasi, yaitu dimulai dari 0 sampai dengan 12. Sebagai
inputnya adalah error berupa level air, delta error berupa delta level air
dan sinyal kontrol dari posisi pintu air .
Tabel 3.2. Tabel definisi fungsi keanggotaan
NB
Z
PB
0
1
0
0
1
1
0
0
2
0,9
0,1
0
3
0,9
0,1
0
4
0
0.8
0,2
5
0
0,8
0,2
6
0
0,8
0,2
7
0
0
0.7
8
0
0
0.7
9
0
0
0
10
0
0
0
3.3.9. Desain Rule Base
Rule base adalah kumpulan aturan fuzzy dalam berhubungan
dengan keadaan sinyal masukan dan sinyal keluaran. Rule base
merupakan dasar dari pengambilan keputusan atau inference proses
untuk mendapatkan aksi keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi
masukan yaitu error dan delta error dengan berdasarkan rule-rule yang
telah ditetapkan. Pendefinisian rule base tergantung dari sinyal kontrol.
Pendefinisian rule - rule tergantung dari kebutuhan dan sesuaikan
dengan data yang telah didefinisikan pada tabel kuantisasi. Pada tugas
ini digunakan rule base yang ditulis pada table rule – rule matrik dapat
dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.26. Rule Base
90
3.3.10. Fuzzy Evaluation
Langkah berikutnya dalam proses fuzzy adalah evaluasi rule,
yaitu mengevaluasi hubungan atau derajat keanggotaan antecedent
setiap aturan. Untuk mengetahui hubungan tiap antecedent, perpanjang
garis referensi vertical melalui masukan crisp (nilai sumbu X) dan
dapatkan nilai Y simana keduanya berpotongan pada fungsi
keanggotaan.
Sebagai contoh ditunjukan pada gambar 3.27 dibawah ini,
misalnya masukan Error adalah 7 cm ditemukan pada titik 0,9 set fuzzy
―Negatif small‖ dan di titik 0,1 set fuzzy ―Zero‖. Masukan Delta Error
adalah 6 cm akan didapatkan pada perpotongan pada titik 0,9 set fuzzy
―Zero‖ dan pada titik 0,1 set fuzzy ―Positif‖ .
Gambar 3.27. Membership Function Error dan Delta Error pada Proses
Fuzzy Evaluation
Setelah setiap hubungan dari tiap antecedent telah ditentukan,
langkah berikutnya adalah mendapatkan derajat kebenaran (rule strenght) untuk
setiap rule. Saat antecedent dihubungkan melalui Operator ―AND‖, rule strength
akan mengasunsikan nilai-nilai strength terkecil dari antecedent rule. Nilai
minimum inilah yang akan menjadi nilai kebenaran bagi rule base tersebut.
Berikut ini adalah contoh rule strength yang didapat dari contoh pada keadaan
diatas:
Error = 5 cm ; Derror = 11 cm
Rule strenght dari rule yang terseleksi dari sistem control adalah sebagai berikut:
If Zero (0,6) AND Positif (0,8) THEN Zero => Rule Strength(0,2)
91
If Positif small (0,4) AND Negatif small (0,2) THEN Positif 1 => Rule
Strength(0,6)
Keluaran Fuzzy (Fuzzy output ) adalah 0,1 untuk Zero, 0,9 untuk
Negatif 1 dan 0,1 untuk Positif 1, seperti terlihat pada gambar 3.28 dibawah ini:
Gambar 3.28. Rule Strength
3.3.11. Defuzzyfikasi
Dalam proses deffuzifikasi semua keluaran fuzzy yang signifikan
akan dikombinasikan ke dalam bentuk variabel keluaran yang spesifik.
Dalam proses ini seluruh nilai keluaran fuzzy secara efektif akan
mengubah fungsi keanggotaan keluarannya. Seperti halnya pada proses
evaluasi rule, dengan menyimpan rule strength yang terbesar untuk tiap
consequent, maka rule yang paling benar akan mendominasi. Gambar
3.29 merupakan hasil dari fuzzy output.
92
Gambar 3.29. Fuzzy Output
93
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
94
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Metode Pengujian
Pengujian terhadap seluruh sistem rangkaian yang telah dibuat
dilakukan setelah semua rangkaian disusun secara keseluruhan
berdasarkan perencanaan pada blok diagram sistem. Pengujian
dimaksudkan untuk mendapatkan evaluasi terhadap setiap rangkaian
dalam sistem agar diperoleh kinerja yang lebih baik. Kinerja yang lebih
baik didapatkan dengan melakukan perbaikan terhadap setiap komponen
rangkaian yang mengalami kekeliruan yang diketahui saat melakukan
pengujian.
Metode pengujian dari proyek akhir ini dilakukan menjadi dua
tahap, yaitu pengujian parsial dan pengujian integrasi. Dalam pengujian
parsial dilakukan beberapa pengujian untuk panel surya, rangkaian
baterai charger, Boost konverter, sensor level dan driver motor.
Sedangkan untuk pengujian integrasi, pengujian meliputi keseluruhan
dari sistem kerja buka tutup pada pintu air.
4.2 Pengujian Parsial
Pada Proyek akhir ini dilakukan pengujian per bagian dari
rangkaian yaitu seperti yang dijelaskan sebagai berikut:
4.2.1.
Pengujian Tegangan Output Solar Cell
Gambar 4.1. Gambar Solar Cell
Pada gambar 4.1 pengujian solar cell yang dilakukan untuk
mengetahui tegangan ouput dari solar cell. Pengujian ini dilakukan
untuk mengambil data karakteristik dari solar cell tersebut. Hasil output
dari solar cell tersebut sebagai masukan pada rangkaian baterai charger
95
sebagai regulator pengisian ke aki. Hasil pengujian solar cell dapat
dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini :
Tabel 4.1. Data pengujian solar cell
No.
Jam
V-open
V-short
I (A)
(Volt)
(Volt)
1
07.00
19,2
7,72
0,79
2
08.00
18,5
13
1,13
3
09.00
18,34
15,5
1,62
4
10.00
18,3
15,12
1,38
5
11.00
18,65
16,53
1,67
6
12.00
18.55
16,5
1,64
7
13.00
18,7
16,19
1,65
8
14.00
18,91
12,62
1,26
9
15.00
18,94
12,75
1,29
10
16.00
18
3,45
0,34
4.2.2.
Pengujian Baterai Charger
Pengujian digunakan untuk mengetahui kemampuan rangkaian
baterai charger (gambar 4.2) dalam proses pengisian dari solar cell
dengan tegangan yang berubah-ubah mampu mengisi aki dengan
tegangan konstan. Diperoleh data hasil pengukuran pada Rangkaian
Baterai Charger pada tabel 4.2.
96
Gambar 4.2. Rangkaian Baterai Charger
Tabel 4.2. Data pengujian Baterai Charger
No
Tegangan input
(Vin)
1
2
3
4
5
6
7
15 volt
16 volt
17 volt
18 volt
19 volt
20 volt
21 volt
Tegangan output
(Vout) (sebelum
terhubung
dengan aki)
13,67 volt
14,07 volt
14.07 volt
14.07 volt
14.07 volt
14.07 volt
14.07 volt
Tegangan Output
(Vout)(terhubung
dengan aki)
12,95 volt
13,01 volt
13,01 volt
13,01 volt
13,01 volt
13,01 volt
13,01 volt
Pengujian pertama battery charger dilakukan pukul 11.02, dengan
menggunakan resistor 20Watt10ΩJ. dengan
hasil pengukuran :
Tegangan pengisian : 12.3 Volt
Arus pengisian : 0,94 Ampere
Pengujian berikutnya dengan aki 12 Volt 70 Ah dengan hasil :
Tegangan pengisian : 12.95 Volt
Arus pengisian
: 0,75 Ampere
Sehingga lamanya waktu pengisian sesuai dengan persamaan 2.8 adalah
:
Ta
Ah
12
16 jam
A 0,75
97
4.2.3.
Pengukuran Nilai Induktor
Pengukuran nilai inductor dimaksudkan untuk mengetahui
induktansi yang telah dibuat. Hal ini dilakukan untuk mengetahui
apabila nilai induktansi inductor terlalu kecil atau atau lebih kecil dari
desain yang direncanakan maka hal ini akan menyebabkan converter
tidak dapat maksimal. Pengukuran induktansi inductor menggunakan
LCR meter didapatkan hasil seperti gambar 4.3. dan table 4.3. berikut:
Gambar 4.3. Pengukuran nilai induktor
Tabel 4.3. Data pengukuran nilai inductor
Perhitungan Teori
Pengukuran dengan LCR
Keterangan
0,2 mH
0.212 mH
Boost
4.2.4.
Pengujian PWM
Pengujian rangkaian PWM yang ditunjukkan Gambar 4.4.
pengujian rangkaian PWM yang dilakukan untuk mengetahui output
gelombang kotak yang dihasilkan oleh rangkaian tersebut. Ditunjukkan
pada gambar 4.4. dan hasil pengujian rangkaian PWM ditunjukkan pada
gambar 4.5 dengan duty cycle 50%.
98
Gambar 4.4. Pengujian rangkaian PWM
Gambar 4.5. Hasil pengujian PWM
4.2.5.
Pengujian Boost Converter
Pengujian
boost konverter dilakukan pada keluaran
rangkaian. boost konverter memperoleh tegangan masukan sebesar
Vmin=11 Vdc dan Vmaks=12 Vdc, dan di sisi keluaran diberi beban
berupa electronic load. Pada saat tidak ada penyulutan maka besar
tegangan 0 Vdc. Apabila mosfet pada boost konverter diberi
frekuensi penyulutan sebesar 25 kHz dengan duty cycle 0,5, maka
dipadatkan hasil pengukuran seperti tabel 4.4. Rangkaian Boost
Konverter yang dipakai dalam proyek akhir ini seperti pada gambar
4.6.
99
Gambar 4.6. Pengujian Boost Converter
Tabel 4.4. Pengujian boost konverter
Vin
(V)
12
Iin (A)
0,5
Vout
(V)
23,3
Iout
(A)
0,2
Effisiensi
(%)
77,66
12
1,2
21,9
0,5
76,04
12
1,8
20
0,8
74,07
Vin
(V)
12
Iin (A)
2,32
Vout
(V)
19,9
Iout
(A)
1,02
Effisiensi
(%)
72,9
12
2,8
19,64
1,24
72,48
12
3,43
18,8
1,54
70,34
12
3,69
18,2
1,64
67,4
12
4,12
17,4
1,84
64,76
12
4,55
16,6
2,02
61,41
100
Pada tabel 4.4. pengujian boost dilakukan untuk mengambil
parameter nilai tegangan input dan outputnya. Pengambilan data ini
dengan nilai PWM disetting duty cycle sebesar 0,5 dengan frekuensi 25
Khz. Maka didapatkan niai tegangan output seperti pada table 4.
4.2.6.
Pengujian Sensor Ketinggian Air
Untuk menentukan kelayakan dari potensio yang digunakan
sebagai sensor memerlukan beberapa pengujian output hasil dari
potensio itu sendiri. Pengujian dilakukan setiap kenaikan 1 cm, hasil
yang didapatkan berupa data ADC seperti pada table 4.5 sebagai berikut:
Tabel 4.5. Pengujian sensor level
Jarak (cm)
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4,5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
Output Potensio (ADC)
26
37
55
73
85
90
112
128
135
149
165
179
190
204
216
228
241
247
255
101
4.2.7. Pengujian Minimum Sistem Mikrokontroller
Tujuan dari pengujian rangkaian ini adalah untuk mengetahui
apakah rangkaian sistem minimum ATmega 16 sudah dapat berfungsi
dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan dengan cara melakukan
pengetesan pada jalur port–port yang dimiliki oleh mikrokontroller
ATmega 16. Port-Port tersebut dihubungkan dengan perangkat input dan
perangkat output yang digunakan dalam proyek akhir ini. Perangkatperangkat tersebut diantaranya adalah: LCD dan pembacaan ADC. Cara
pengujiannya yaitu terlebih dahulu IC mikrokontroler di isi program
menggunakan software CodeVisionAVR V1.25.3 Standard. Setelah itu
program di-compile dengan tujuan untuk mengetahui apakah program
masih terdapat error atau tidak. Untuk men-download program,
dilakukan dengan cara menghubungkan langsung mikrokontroler
dengan PC menggunakan komunikasi pararel dan menggunakan
rangkaian ISP downloader sebagai rangkaian buffer.
Peralatan yang digunakan dalam proses pengujian rangkaian
sistem minimum ini adalah: modul rangkaian mikrokontroler ATmega
16 beserta modul LCD sebagai indikator keluaran port, rangkaian power
supply sebagai catu daya, kabel konektor, rangkaian ISP downloader
dan seperangkat PC beserta software CodeWizardAVR V1.25.3
Standard.
Listing program yang di-download-kan ke mikrokontroler dibuat
untuk menyalakan PortA yang dihubungkan dengan potensio sebagai
pembacaan ADC, PortC yang dihubungkan dengan LCD dan PortD
yang dihubungkan dengan driver putar balik motor. Program pengujian
dapat dilihat pada lampiran di akhir buku ini. Setelah program selesai didownload ke mikrokontroler, perangkat-perangkat yang terhubung
dengan sistem minimum mikrokontroler tersebut dapat berfungsi dengan
baik. Potensio yang terhubung dengan port A dapat terbaca. LCD yang
terhubung dengan PortC dapat menampilkan pesan sesuai dengan yang
dituliskan pada program. Driver putar balik motor yang terkoneksi
dengan PortD juga bisa membaca masukan dengan baik pada system
minimum mikrokontroler. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.7
dibawah ini.
102
Gambar 4.7. Hasil Pengujian LCD
4.2.8. Pengujian ADC
Pengujian analog to digital converter (ADC) internal
mikrokontroler ini bertujuan untuk mengetahui kinerja dari ADC dalam
mengkonversi tegangan analog ke tegangan digital. ADC yang
digunakan adalah 8 bit internal ADC pada channel 0 (PORTA.0).
Tegangan referensi (Vreff) yang digunakan adalah pada Pin Areff
dimana tegangan sama dengan tegangan sumber dari mikrokontroler,
yaitu sebesar 5 volt. Setting ADC menggunakan clock sebesar 691.200
Khz dengan menggunakan automatic scant Input.
Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan masukan pada
ADC internal mikrokontroler ATmega16 pada channel nol berupa
tegangan analog dengan nilai maksimal sama dengan Vreff yaitu sebesar
5 Volt DC. Tegangan analog berasal dari keluaran sensor tekanan
menggunakan rangkaian potensiometer yang berfungsi untuk mengatur
level tegangan analog yang masuk ke Port ADC channel 0. Untuk
mengetahui nilai konversi yang terbaca oleh mikrokontroler digunakan
LCD sebagai display.
Dalam proses perhitungan pembacaan konversi tegangan analog
ke tegangan digital secara teori dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan 4.2. sebelum menghitung nilai rata-rata 1 Heksadesimal
dapat dihitung menggunakan persamaan 4.1 dibawah ini.
1h
Vreff
5
0.0195volt ………………..…(4.1)
Max FF
Vadc
Vin
Vin
x 28
x256 ………………....(4.2)
Vreff
Vreff
Dimana:
Vadc = tegangan terstruktur yang masuk ke mikrokontroller
103
Vin
Vreff
28
= tegangan analog yang masuk ke pin ADC
= tegangan referensi sebesar 5 volt
= setting ADC yang digunakan yaitu sebanyak 8 bit
Untuk membandingkan hasil pembacaan teori dengan pembacaan
praktek menggunakan persamaan 4.3 dibawah ini.
% Error _ Vadc
Vpengujian Vteori
x100% …(4.3)
Vteori
Berikut ini adalah contoh perhitungan ADC secara teori, dengan
tegangan VREFF = 5 Volt dan dengan tegangan Vin yang berubah-ubah.
a. Perhitungan dengan tegangan Input Vin sebesar 1 volt adalah
sebagai berikut:
1
Vadc x256 51,2volt
5
Dengan perhitungan diatas, setelah dibandingkan dengan hasil
pengujian maka didapatkan prosentase error sebagai berikut:
% Error _ Vadc
b.
51,2 50
x100% 2,34%
50
Perhitungan dengan tegangan Input Vin sebesar 2.5 volt adalah
sebagai berikut:
Vadc
2,5
x256 128volt
5
Dengan perhitungan diatas, setelah dibandingkan dengan hasil
pengujian maka didapatkan prosentase error sebagai berikut:
% Error _ Vadc
c.
128 128
x100% 0%
128
Perhitungan dengan tegangan Input Vin sebesar 4.5 volt adalah
sebagai berikut:
Vadc
4,5
x256 230,4volt
5
Dengan perhitungan diatas, setelah dibandingkan dengan hasil
pengujian maka didapatkan prosentase error sebagai berikut:
104
% Error _ Vadc
230,4 227
x100% 1,48%
227
Data hasil pengujian ADC dapat dilihat pada tabel 4.6 berikut ini:
Tabel 4.6. Tabel Data Pengujian ADC Internal Mikrokontroller
NO.
Teg.
Output ADC
Output ADC
%
Input
(praktek)
(teori)
Error
ADC
Dec.
(Volt)
Teg.
Dec.
(Volt)
Teg.
Dec.
Teg.
(Volt)
(%)
(%)
1.
1
50
0,98
51.2
1,00
2,34
2,00
2.
2
102
2,00
102,4
2,00
0,39
0,00
3.
3
151
2,98
153,6
3,00
1,69
0,67
4.
4
204
4,00
204,8
4,00
0,39
0,00
5.
5
255
4,98
256
5,00
0,39
0,40
4.2.9. Pengujian Program Fuzzy
Tujuan dari pengujian program control logika fuzzy ini adalah
untuk mengetahui kerja dari kontroler tersebut apakah sudah bekerja
dengan baik atau belum. Yang dimaksud baik disini adalah sesuai
dengan perencanaan yang dilakukan pada bab sebelumnya. Untuk
melihat hasil pengujian program control logika fuzzy pada masingmasing proses digunakan LCD, seperti pada gambar 4.8 dan tabel 4.7
berikut:
105
Gambar 4.8. Hasil Pembacaan Input, Error dan Output Fuzzy
Tabel 4.7. Pengujian Output Fuzzy
Error
D_Error
0
3
8
8
13
18
23
27
32
37
42
47
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
106
Output Fuzzy
System
1,67
1,75
1,84
1,97
2,05
2,12
2,20
2,27
2,43
2,5
2,58
2,67
4.3 .Pengujian Integrasi
Pengujian integrasi yang dilakukan pada proyek akhir ini
meliputi pengujian dari keseluruhan sistem yaitu proses pengisian solar
cell ke aki serta sistem kerja dari pintu air. Sistem kerja dari pintu air
disimulasikan seperti keadaan sebenarnya yaitu bila terjadi kenaikan air
maka sensor level ketinggian air akan mendeteksi kenaikan air sehingga
pintu air akan membuka sesuai dengan set point pada pembukaan pintu.
Proses ini dilakukan dengan kontrol logika fuzzy.
Pada pengujian terakhir ini kita akan mendapatkan data dari
keseluruhan sistem pada rangkaian daya untuk sistem penggerak pintu
air. Proses pengisian dari solar cell ke battery charger untuk mengisi ke
aki. Pada tabel 4.8 di bawah ini akan menunjukkan data-data hasil
pengujian keseluruhan sistem rangkaian daya pada sistem penggerak
pintu air dengan membandingkan daya dari sumber solar cell dengan
pemakaian daya dari beban motor DC.
Tabel 4.8. Pengujian sistem rangkaian daya dengan menggunakan
solar cell
Jam
Solar
Cell
Arus
Batery
17
Batery
Charg
er
14.75
Arus
(A)
13.6
Boost
Konver
ter
24
08.00
08.30
0,4
17
14.75
0,3
13.6
23,9
1,5
09.00
09.30
10.00
18
18
19
14.75
14.75
14.75
0,3
0,5
0.3
13.6
13.6
13.6
23,9
23,9
23,8
1,5
1,5
1,5
10.30
19.5
14.75
0,5
13.6
23,8
1,54
11.00
12.00
13.00
20
20
18.9
14.75
14.75
14.75
0,5
0,5
0,3
13.6
13.6
13.6
23,9
23,9
23,8
1,5
1,52
1,52
14.00
18.9
14.75
0,3
13.6
23,8
1,52
15.00
18.6
14.75
0,3
13.6
23,8
1,52
1,54
Proses simulasi pada buka tutup pintu air ditunjukkan pada
gambar 4.9. Sistem kerja pada buka tutup pintu air ini dapat bekerja
107
dengan baik sesuai dengan setiap kenaikan atau penurunan level air dari
pembacaan sensor.
Gambar 4.9. Simulasi Sistem Kerja dari Pintu Air
Pada Proses Simulasi sistem penggerak pintu air diperoleh respon
kecepatan buka tutup pintu air terhadap setiap kenaikan level air, seperti
ditunjukkan pada tabel 4.9 berikut:
Tabel 4.9. Respon Kecepatan Buka Tutup Pintu Air
Kenaikan Level air
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
Respon Pintu air (s)
3
5
8
10
12
15
17
108
Posisi Pintu Air
(cm)
1,1
2,1
3,1
4,1
5
5,9
6,8
8
9
19
20
7,8
8,7
Daya dari sumber Solar Cell :
P V I
P 20 2
P 40Watt
Daya dari sumber baterai yang telah dinaikkan tegangannya
menggunakan rangkaian Boost Konverter:
P V I
P 24 1,54
P 36,96watt
Daya dari beban motor DC :
P V I
P 24 1,2
P 28,8watt
Efisiensi Daya dari sumber Solar Cell :
Pefisiensi
Ppercobaan
PsolarCell
100%
40
100%
50
P 80%
P
Efisiensi Daya dari sumber Baterai:
Pefisiensi
Ppercobaan
Pbaterai
36,96
100%
840
P 4,4%
100%
P
109
Efisiensi Daya dari sumber baterai terhadap beban motor DC :
Pbeban
100%
Pbaterai
28,8
100%
36,96
77,9%
Data Perhitungan
Daya yang dibangkitkan dari solar cell ( rating 20 V 2 A )
P = 20 x 2 = 40 W
Arus pengisian accu
I = P/tegangan pengisian = 40/12,5 = 3,2 A
Lama pengisian ACCU
1. Untuk aki 35 Ah
Waktu yang dibutuhkan pengisian = 35/3,2 = 11 jam
2. Untuk aki 70 Ah
Waktu yang dibutuhkan pengisian = 70/3,2= 22 jam
Lama pemakaian
a. Beban penggerak pintu air (20 W)
Daya pada aki (35 Ah) = 35 x 12 = 420 Wh
Lama pemakaian = 420/20 = 21 jam
Daya pada aki (70 Ah) = 70 x 12 = 840 Wh
Lama pemakaian = 840/20 = 42 jam
Data lapangan
Tegangan keluaran solar cell yang dibangkitkan = 20 Vdc
Arus pengisian pada ACCU = 1 A
Energi yang dihasilkan solar cell perhari 8jam x 50W = 0,4 KWH.
Kapasitas Aki = 2 x 3 x kebutuhan listrik
Faktor pengali 3 untuk mengantisipasi bila hujan/mendung terus
menerus selama 3 hari. Faktor pengali 2 disebabkan baterai tidak
boleh lebih dari 50% kehilangan kapasitasnya bila ingin baterai
tahan lama.
110
Waktu pengisian untuk ACCU 70 Ah = 70 jam pada kondisi
matahari maksimum
Lama pemakain aki
1. Untuk beban penggerak pintu air (max 20 W)
Pemakaian 8 jam/ hari ACCU habis dalam 9 hari
111
BAB V
KESIMPULAN
5.1
KESIMPULAN
Setelah melalui proses perencanaan dan pembuatan alat
yang kemudian dilanjutkan pada tahap pengujian alat secara
keseluruhan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Tegangan keluaran solar cell yang dapat digunakan untuk
pengisian arus battery atau aki melalui Rangkaian Battery
Charger rata-rata sebesar 18,6 volt.
2.
Daya dari solar cell sebesar 0,4 KWH perhari dapat digunakan
untuk mensuply beban penggerak pintu air dengan daya 20W ,
pemakaian 8jam/hari aki 70 Ah habis dalam 9 hari, sehingga
sistem ini dapat bekerja secara efektif dalam proses pengisian
ke aki meskipun waktu pengisiannya relatif lama, karena
dalam sistem penggerak pintu air ini keseluruhan sistem tidak
bekerja secara terus menerus selama 24 jam.
3.
Sistem kerja pada buka tutup pintu air ini dapat bekerja dengan
baik sesuai dengan setiap kenaikan atau penurunan level air
dari pembacaan sensor ketinggian level air.
5.2
SARAN
Dari hasil tugas akhir ini, masih terdapat beberapa
kekurangan yang dapat ditambahkan dalam proses penyempurnaan
alat yang ada, dan yang dapat ditambahkan yaitu:
1. Pada sistem penggerak pintu air sebaiknya ditambahkan
mekanik agar dapat bekerja secara manual atau otomatis.
2.
Sistem dapat dimonitoring melalui PC sehingga system
kerjanya dapat dilihat setiap saat.
.
112
1.
DAFTAR PUSTAKA
DESDM (2007), PLN Targetkan Pemakaian Energi Listrik
Terbarukan 10 %, Jakarta.
diakses tanggal : 13/01/2009 21:09 dari DESDM (2007).
http://www.esdm.go.id/berita/listrik/39-listrik/129-pln-targetkanpemakaian-energi-listrik-terbarukan-10.html
2.
Rashid, Muhammad H., ―Power Electronic Circuit, Devices, and
Apllications,‖ Second Edition, Prentice-Hall International, Inc,
1993.
3.
Bagus Mahendrawan, ― DESAIN PEMBANGKIT TENAGA
LISTRIK HYBRID UNTUK SISTEM PENERANGAN DI
TAMBAK ―, Proyek Akhir 2008.
4.
Fani Bagus, ―OPTIMASI MANAJEMEN PENGGUNAAN
ENERGI LISTRIK DARI BEBERAPA SUMBER PADA
PEDESTRIAN TRAFFIC LIGHT‖, Proyek Akhir 2009.
5.
Surya Darma Adi,―PENERANGAN JALAN UMUM (PJU)
DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA SURYA‖, Proyek Akhir
PENS-ITS, 2009.
6.
Fandi Budiawan, ―RANCANG BANGUN ALAT PENYIRAM
TAMAN DENGAN MENGGUNAKAN MATAHARI SEBAGAI
ENERGI ALTERNATIF (BUCK KONVERTER)‖, Proyek Akhir
2009.
7.
Ridwan Arif, ―RANCANG BANGUN SISTEM PENGATURAN
TEKANAN POMPA AIR MENGGUNAKAN SISTEM
KONTROL LOGIKA FUZZY‖, Proyek Akhir 2009.
8.
Datasheet of LM350 3.0 A, Adjustable Output, Positive Voltage
Regulator. diakses tanggal : 9/06/2009 08:20 dari Uoguelph.
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=LM350
9.
Iklanum, Cara kerja baterai aki, Jakarta diakses tanggal :
15/06/2009 20:15 dari iklanum.
http://www.iklanumum.com/forum/index.php/topic,30.0.html
113
10.
Datasheet of ATmega16 8-bit Microcontroller with 16K Bytes InSystem Programmable Flash diakses tanggal : 9/06/2009 08:38
dari alldatasheet.
http://www.alldatasheet.com/datasheet
pdf/pdf/78532/ATMEL/ATMEGA16.html
11.
Datasheet of IRF540 N-CHANNEL 100V - 0.055 W - 22A TO220 LOW GATE CHARGE STripFET™ II POWER MOSFET.
diakses tanggal : 9/06/2009 08:25 dari alldatasheet.
http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/17799/PHILIPS/IRF540.html
114
LAMPIRAN
LISTING PROGRAM MIKROKONTROLER
/****************************************************
This program was produced by the
CodeWizardAVR V1.25.3 Professional
Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2007 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.
http://www.hpinfotech.com
Project :
Version :
Date : 1/12/2006
Author : F4CG
Company : F4CG
Comments:
Chip type
: ATmega16
Program type
: Application
Clock frequency : 11.059200 MHz
Memory model
: Small
External SRAM size : 0
Data Stack size : 256
*****************************************************/
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x15 ;PORTC
#endasm
#include <lcd.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x20
// Read the 8 most significant bits
// of the AD conversion result
unsigned char read_adc(unsigned char adc_input)
{
115
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCH;
}
void nilaitegangan2(float fnilai,int x,int y,int tanda)
{
int satuan,ribuan,ratusan,puluhan,inilai;
lcd_gotoxy(x,y);
if (tanda==1)
{if (fnilai<0)
{ fnilai = -fnilai;
lcd_putchar('-'); }
else
{ lcd_putchar('+'); }
}
inilai = fnilai *100;
ribuan = inilai/1000;
if (ribuan!=0)
lcd_putchar(ribuan+0x30);
else
lcd_putchar(' ');
ratusan = (inilai - (ribuan*1000))/100;
lcd_putchar(ratusan+0x30);
lcd_putchar('.');
puluhan = (inilai - (ribuan*1000)-(ratusan*100))/10;
lcd_putchar(puluhan+0x30);
satuan = inilai - (ribuan*1000)- (ratusan*100)-(puluhan*10);
lcd_putchar(satuan+0x30);
}
struct rulex
{
int input1;
116
int input2;
float finput1;
float finput2;
int output;
float strengthx;
}
rulext[9];
flash float error[3,4]= {{-49,-49,-49,0},{-49,0,0,49},{0,49,49,49}};
flash float derror[3,4]= {{-10,-10,-10,0},{-10,0,0,10},{0,10,10,10}};
flash float outputx[7]= {0,0.83,1.67,2.5,3.33,4.17,5};
flash
int
rule[9,3]=
{{0,0,0},{0,1,1},{0,2,2},{1,0,1},{1,1,2},{1,2,3},{2,0,2},{2,1,3},{2,2,4}
};
//****************main program here
*******************************************
void main(void)
{
float ferror[3];
float fderror[3];
float foutput[7];
///////////////parameter//////////////////
/*
float seting = 10.0;
float rinput = 98.0;
int resolusi = 255;
float routput = 5.0;
int jumError = 3;
int jumdError = 3;
int jumOutput = 7;
float rasioin;
rasioin = rinput/resolusi; */
int i;
unsigned char outalat;
117
unsigned char teginput;
int s,t;
// float keluaran;
float err1,err2,derr,jum,pembagi;
// float rasioin = 98.0/255;
// float rasiout = 5.0/255;
// Port Init
PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
PORTB=0xc0;
DDRB=0x3f; //Port B sebagai Output kecuali 2 bit terakhir, bit 6 n bit 7
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
PORTD=0x00;
DDRD=0xff; //Port D sebagai Output
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: 11059.200 kHz
// Mode: Fast PWM top=FFh
// OC0 output: Non-Inverted PWM
TCCR0=0x69;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x37;
//pwm duty cycle 50%
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 172.800 kHz
// ADC Voltage Reference: AREF pin
// ADC High Speed Mode: On
// ADC Auto Trigger Source: Free Running
// Only the 8 most significant bits of
// the AD conversion result are used
ADMUX=ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA=0xA6;
SFIOR&=0x1F;
118
// LCD module initialization
lcd_init(16);
PORTD=0;
PORTB=0xc0;
for(i=0;i<=8;i++)
{
rulext[i].input1 = rule[i,0];
rulext[i].input2 = rule[i,1];
rulext[i].output = rule[i,2];
}
//
12345678901234567890
lcd_putsf("AVR Fuzzy ver1.0");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("Copyright by YZ");
delay_ms(1000);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Err: ");
lcd_putchar(51);
lcd_putchar(' ');
lcd_putsf("dErr: ");
lcd_putchar(51);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("Output: ");
lcd_putchar(55);
delay_ms(1000);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
//
12345678901234567890
lcd_putsf("I:00.00 ");
lcd_putsf("E:00.00");
lcd_gotoxy(0,1);
//
12345678901234567890
lcd_putsf("Out:00.00V");
119
err2= 0;
while(1)
{
teginput = read_adc(0);
nilaitegangan2 (teginput*(98.0/255),2,0,0);
err1=(teginput*(98.0/255))-10.0;
nilaitegangan2 (err1,10,0,1);
derr= err1-err2;
//nilaitegangan2 (derr,12,2,1);
err2 = err1;
// fuzifikasi error and get membership value
for (i=0 ;i<3; i++)
{
if (err1 < error[i][0])
{ferror[i]= 0; goto terus;}
if (err1 > error[i][3])
{ferror[i]= 0; goto terus;}
if (err1 <= error[i][1])
{
if (error[i][0] == error[i][1])
{ferror[i]= 1; goto terus;}
else
{ferror[i]= ((err1 - error[i][0]) / (error[i][1] error[i][0])); goto terus;}
}
if (err1 >= error[i][2])
{
if (error[i][2] == error[i][3])
{ferror[i] =1; goto terus;}
else
{ferror[i] =((error[i][3] - err1) /(error[i][3] error[i][2])); goto terus;}
}
ferror[i]= 1;
terus:
}
120
//nilaitegangan2(ferror[0],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk posisi
tampilan di lcd
//nilaitegangan2(ferror[1],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk posisi
tampilan di lcd
//nilaitegangan2(ferror[2],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk posisi
tampilan di lcd
// fuzifikasi derror and get membership value
for (i=0 ;i<3; i++)
{
if (derr < derror[i][0])
{ fderror[i]= 0; goto terus2;}
if (derr > derror[i][3])
{ fderror[i]= 0; goto terus2;}
if (derr <= derror[i][1])
{
if (derror[i][0] == derror[i][1])
{fderror[i]= 1; goto terus2;}
else
{fderror[i]= ((derr - derror[i][0]) /
(derror[i][1] - derror[i][0])); goto terus2;}
}
if (derr >= derror[i][2])
{
if (derror[i][2] == derror[i][3])
{fderror[i] =1; goto terus2;}
else
{fderror[i]
=((derror[i][3]
derr)
/(derror[i][3] - derror[i][2])); goto terus2;}
}
fderror[i]= 1;
terus2:
}
//nilaitegangan2(fderror[0],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(fderror[1],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk
posisi tampilan di lcd
121
//nilaitegangan2(fderror[2],x,y,0); //x dan y diisi sesuai selera untuk
posisi tampilan di lcd
// evaluation rule
for (i=0 ;i<9; i++)
{
rulext[i].finput1 = ferror[rulext[i].input1];
rulext[i].finput2 = fderror[rulext[i].input2];
if (rulext[i].finput1 < rulext[i].finput2)
rulext[i].strengthx = rulext[i].finput1;
else
rulext[i].strengthx = rulext[i].finput2;
}
//nilaitegangan2(rulext[0].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[1].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[2].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[3].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[4].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[5].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[6].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[7].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(rulext[8].strengthx,x,y,0);
untuk posisi tampilan di lcd
// find max for each membership output
for (i=0 ;i<7; i++)
{
foutput[i]=0;
}
122
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
//x dan y diisi sesuai selera
for (i=0 ;i<9; i++)
{
// d=rulext[i].output;
if (rulext[i].strengthx > foutput[rulext[i].output])
foutput[rulext[i].output]=rulext[i].strengthx;
}
//nilaitegangan2(foutput[0],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[1],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[2],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[3],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[4],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[5],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//nilaitegangan2(foutput[6],x,y,0);
posisi tampilan di lcd
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
//x dan y diisi sesuai selera untuk
// fuzifikasi output
jum=0;
pembagi=0;
for (i=0 ;i<7; i++)
{
jum=jum + (foutput[i] * outputx[i]);
pembagi=pembagi + foutput[i];
}
// keluaran = jum/pembagi;
// outalat = keluaran/rasiout;
if ((jum!=0) && (pembagi!=0))
{ outalat = (jum/pembagi)/(5.0/255);
// }
PORTD= outalat;
nilaitegangan2((jum/pembagi),4,1,0);
123
s=read_adc(2); // pintu air
t=read_adc(5); //setting
/* if (t<3)
{ PORTB=0x00;
}
else
{
if (t>253)
PORTB=0x00; // limit max
else
{*/
if (s<t+5) // maju
{
if (PINB.6==0)
{PORTB=0xc3;
lcd_gotoxy(11,1);
lcd_putsf("UP ");
}
else
{PORTB=0xc0;
lcd_gotoxy(11,1);
lcd_putsf("STPUP");
}
}
if (s>t+5)
// mundur
{
if(PINB.7==0)
{ PORTB=0xc2;
lcd_gotoxy(11,1);
lcd_putsf("DW ");
}
else
{PORTB=0xc0;
lcd_gotoxy(11,1);
124
lcd_putsf("STPDW");
}
}
if ((s<=t+5)&&(s>=t+5)) // stop
{
PORTB=0xc0;
lcd_gotoxy(11,1);
lcd_putsf("STP ");
delay_ms(500);
}
// }
// }
}
}
}
125
Biodata Penulis
Nama
TTL
Alamat
Hp
Email
: Triyas Ika Wulandari
: Kediri, 27 Juli 1987
: Ds. Seketi-Ngadiluwih-Kediri
: 085648812487
: [email protected]
Penulis terlahir sebagai anak ketiga dari 3 bersaudara dari
pasangan Sukarji dan Mudawaroh termasuk sosok yang periang dan
mudah bersosialisasi. Dan memiliki motto ―man jadda wa jadda‖.
Riwayat pendidikan formal yang ditempuh:
SDN Jambean 1 lulus tahun 2000
MTsN Kediri 2 lulus tahun 2003
SMA Negeri 1 Kediri lulus tahun 2006
Diploma 4 Jurusan Teknik Elektro Industri
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS)
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Pada tanggal 22 Juli 2010 mengikuti Seminar Proyek Akhir
sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains
Terapan (S.ST.) di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - Institut
Teknologi Sepuluh Nopember (PENS - ITS).
126
